软基处理新技术在高速公路中的应用.doc

软基解决新技术在高速公路中的应用马永强 段立波（中铁大桥局集团有限公司第一工程公司 河南郑州 450053）提 要 本文介绍现浇砼薄壁筒桩、现浇低标号砼桩及可探测式塑料排水板在软基解决中的应用技术，分析各自的解决效果。关键词 薄壁筒桩 低标号砼桩 可探测式塑排板 软基解决 解决效果1. 工程概况1.1工程简介随着我国经济建设高速发展，交通工程建设大规模展开，软土地基已成为高速公路基础工程施工的重要解决对象。沿海地区软土地基分布广泛，高含水量、富有机质，地质情况复杂，成为高速公路病害的重要隐患。高速公路路基填筑有较高的高度，软土地基解决效果将直接影响工程的进度与质量。应用在高速公路中的软基解决技术也在不断创新，软基解决的成本更经济，工艺更简朴，施工更环保，效果更抱负已经成为软基解决技术的发展方向。杭州绕城高速公路南线七合段有路基工程1.2km，途经稻田、池塘、河流、荒滩等，均为软土地基。地质情况复杂，以亚粘土和淤泥质亚粘土为重要解决对象，另有部分淤泥质夹层和局部卵砾石夹层解决。根据设计和实际情况，我协议段采用薄壁筒桩、低标号砼桩和探测式塑排板分别进行软基解决，从而探求最佳解决方案。1.2施工简介根据工程工期和施工组织设计，2023年9月至2023年1月，一方面进行探测式塑排板插打施工。解决范围较广（涉及通道，不含桥台后25m），采用砂砾垫层、土工格栅和等（超）载预压相结合解决软基。2023年2月至2023年5月对主线桥台范围进行现浇砼薄壁筒桩解决。2023年4月至2023年6月对匝道桥台范围进行低标号砼桩解决。根据连续沉降观测，总结软基解决新技术在高速公路中的应用效果。2 施工技术及应用2.1现浇砼薄壁筒桩现浇砼薄壁筒桩是一种新型桩，采用薄壳技术，与钻孔灌注桩及其它的挤土沉桩法不同，薄壁技术采用自动排土、振动灌注成筒桩的方法，不仅速度快，且能有效节约建筑材料，造价低，并有工后沉降小，预压期短，可快速填筑至等超载标高，无须二次开挖和桥台预压等优点，是正在推广应用的创新项目。2.1.1 施工设计 现浇砼薄壁筒桩设计解决范围为路基底宽桥台背墙后32.5m，以工后沉降量控制，应力分担比控制在615之间。薄壁筒桩桩直径设计为1000mm，壁厚120mm，砼强度C20，坍落度6cm12cm，接近桥台段桩间距（中对中）3.0m，过渡桩间距（中对中）3.5m，筒桩距桥台桩3m，梅花形布桩。由于筒桩桩间距较大，为减小桩间土沉降，筒桩桩顶采用盖板设计，盖板长宽=1500mm1500mm，板厚200mm，砼标号C25。筒桩内20cm砼与盖板一起浇筑，盖板施工完毕后，强度达成70时进行路基填筑。2.1.2 施工原理及工序流程根据筒桩的设计壁厚，制作成孔器、成孔器由内外钢护筒组成，使内钢护筒径与外钢护筒外径之差刚好等于筒径设计壁厚；内外钢护筒下端用专制的环形钢筋砼桩尖（或称桩靴）固定，上端特制的振动锤和机械固定，用来浇筑砼，施工时将成孔器和桩尖一起振动打入土中，直至设计标高，再从内外钢护筒空隙处灌入砼，通过振动和拨管，使筒桩砼密实成型。工序流程：桩位放样桩尖埋设桩机就位振动沉管浇注拔管桩机移位。（见下图）2.1.3施工技术要点2.1.3.1沉孔根据地质情况控制沉孔速度，碰到硬地层，不宜过度加压沉孔，以免损坏成孔器。下沉过程中保持成孔器的垂直度和顶部排土出口的通顺。2.1.3.2成孔器止水沉孔之前必须使桩尖与成孔器内、外钢管的空腔密封，根据实际情况选取合适的止水方法：预先灌注约1m3砼在壁腔内，防止地下水渗入壁腔内。在桩尖与成孔器接触处用胶泥或石膏水泥密封防水。沉孔以后若发现有水时，应用专门抽水机将水排出。用止水塑料布或其他止水胶布止水。2.1.3.3技术规定混凝土坍落度：612cm；碎石骨料：04cm；砼搅拌时间：23分钟。成孔器提高速度控制在1m/30Sec，但必须保持成孔器的钢套管埋入砼约1m的深度，提高中不宜过度振动而导致砼离析。成孔器必须保持垂直度，垂直偏差不得超过0.5%。2.1.4质量检测桩身质量检查可采用静压实验，也可以采用小应变法检测，以确认桩身砼强度及完整性。假如发现有严重质量问题时，还可以将桩中心的土体挖除后，用人工在缺陷处补桩，使之达成完整的目的。本协议段共施工筒桩396根，经对所有桩按30%的抽样比例用无破损法（小应变）检测桩的质量，均为类桩，合格率为100%。2.1.5 效果分析 软基解决结束后顶面埋设沉降观测管（板），根据连续观测数据进行分析。断面一观测资料：时间 测点 累计沉降观测起始累计时间备注2023-3-267天15天24天30天36天（填筑完毕）66天96天136天167天318天累计沉降单位：mm； 填筑高度：4.87mK22+161左0.04.58.915.017.518.532.637.638.139.140.3K22+161中0.04.08.213.014.016.031.337.338.839.840.7K22+161右0.04.18.713.816.316.829.235.536.036.838.4注：观测频率为：填筑阶段1次/层，填筑完毕后1次/天；断面二观测资料： 时间观测起始累计时间备注测点 累计沉降2023-4-237天11天（填筑完毕）24天30天40天66天96天136天167天318天累计沉降单位：mm； 填筑高度：2.40mK22+402左0.03.66.612.915.117.122.625.928.429.930.5K22+402中0.02.56.311.116.719.622.427.330.130.430.9K22+402右0.03.26.213.115.117.121.324.526.027.528.7注：观测频率为：填筑阶段1次/层，填筑完毕后1次/天；根据以上观测记录数据分析P-S曲线： 由图表数据可发现，薄壁筒桩解决过的软基地段沉降在5cm以内；沉降量小，趋于稳定期间短，填筑完毕后150天左右，工后沉降量小，效果抱负，达成预期设计目的，为下一步施工发明了优越的条件。2.2 低标号砼桩现浇低标号砼桩是一种新型桩，采用在粉喷桩的基础上加入砂石料灌注成砼桩。提高了单桩承载力，施工方法与薄壁筒桩类似，施工快捷，工艺简朴，效果良好。可快速填筑至等超载标高，无须二次开挖和桥台预压等优点。是近几年大力推广的一种软基解决新技术。2.2.1施工设计 低标号砼桩设计解决范围为(路基底宽+1m)桥台背墙后35m，以填筑高度为控制。低标号桩桩直径设计为426mm，砼强度C10，采用普通硅酸盐水泥，桩体设计强度满足28天无侧限抗压强度大于6.0Mpa，60天无侧限抗压强度大于10.0Mpa，坍落度3cm5cm，桩间距（中对中）2.0m。路基中间为长桩L，路肩外1m至坡脚为短桩L/2。根据填筑高度和设计荷载拟定L值。2.2.2施工原理及工序流程根据低标号桩的设计直径，制作成孔器，成孔器由钢护筒组成；钢护筒下端用专制的锥形钢筋砼桩尖（或称桩靴）固定，上端特制的振动锤和机械固定，用来浇筑砼，施工时将成孔器和桩尖一起振动打入土中，直至设计标高，再往钢护筒中灌入砼，通过振动和拨管，使桩砼密实成型。施工原理及工序流程与薄壁筒桩类似。2.2.3施工技术要点2.2.3.1 材料砼应按设计强度规定由实验室进行配合比实验，粗骨料的最大粒径不大于4cm。施工时严格控制砼的坍落度在30mm50mm之间，振动成桩后桩顶浮浆厚度不许超过20cm.2.2.3.2 沉管与拔管 沉管过程中严格控制垂直度不大于1，桩位偏差不大于20cm。拔管速度要均匀控制，一般在1.21.5m/min左右，根据地质情况不同随时调整。2.2.4质量检查本协议段的低标号砼桩采用小应变法检测，以确认桩身砼强度及完整性。假如发现有严重质量问题时，还可以将桩中心的土体挖除后，用人工在缺陷处补桩，使之达成完整的目的。在施工的低标号桩1004根中，经按30%的抽样比例（300根）用无破损法（小应变）检测桩身质量，有294根为类桩，6根局部出现扩孔为类桩，合格率为100%。2.2.5效果分析 软基解决结束后顶面埋设沉降观测管（板），根据连续观测数据进行分析。 时间观测起始累计时间备注测点 累计沉降2023-6-117天15天24天30天35天（填筑完毕）66天96天136天167天318天累计沉降单位：mm； 填筑高度：5.10mCK0+498左0.04.515.026.535.540.558.473.677.579.381.8CK0+498中0.05.618.631.641.243.762.174.678.182.685.5CK0+498右0.07.516.832.842.644.158.373.179.081.583.5根据以上观测记录数据分析P-S曲线： 由以上图表数据很清楚看出低标号砼桩类似与薄壁筒桩，但是工后沉降略大，沉降趋于稳定期间较短，沉降量相对较小。2.3探测式塑料排水板探测式塑料排水板是在本来粘合型塑料排水板的粘合缝处放置二根铜丝，运用铜丝的导通，测量施工插打后排水板的长度； 控制排水板施工的质量，可探测式排水板的插打是一种简朴、有效的方法，且具有施工速度快，工艺简朴，造价低廉，施工环保等优点。排水板的施工是根据固结排水原理设计，故需结合砂砾垫层、土工格栅、等超载预压及一定的预压期来达成解决软基的目的。根据连续沉降观测控制路基填筑速度，路基填筑完毕后进行长期连续观测沉降数据，直至沉降稳定，方可进入下一步施工。由于预压期长，所以此解决方法是在有充足工期的前提下进行，在江南地带是普遍推广的软基解决新技术。2.3.1施工设计探测式塑料排水板设计解决宽度为路基底宽+2m，插打深度以填筑高度为控制。排水板设计间距为120cm，梅花性布置。施工中应配置测深仪、铜丝专用焊接机，以备检测。插打深度误差率不大于1，垂直度误差率不大于1，抽检率30。2.3.2施工原理及工序流程施工原理及工序流程：平面放样机具就位机具调平、套管对中割断排水板板头二根铜丝点焊连接（积成小球状）穿靴插入套管拔出套管测量塑排板插打长度与人工记录及设计对比。2.3.3施工技术要点2.3.3.1 排水板性能对我协议段使用的探测式B型塑排板，2023年9月2日按照JTJ/T25796标准检测，结果如下：实验项目单位平均值最大值最小值试样数变异系数排水带单位长度质量g/m981039480.031厚度mm4.24.44.0100.037宽度mm99.299.599.0100.002复合体抗拉强度kN/10cm2.722.872.6060.040复合体伸长率%1.82.11.560.131纵向通水量cm3/s73.274.172.22/虑膜单位面积质量G/m29510089100.035厚度mm0.450.470.42100.033干样抗拉强度N/5cm16518015260.071湿样抗拉强度N/5cm12913612060.045渗透系数k20cm/s0.03020.03200.02854/等效孔径Q98mm0.0740.0740.0743/注：铜丝断裂伸长率：9.8；铜丝断裂时强度：2.66N/根； 2.3.3.2 插打与拔管 插打过程中密切关注地质情况，对于有硬夹层的地段不可硬打，放慢速度，加大振动力，避免排水板或铜丝断裂。拔管一定要控制速度，起初应慢，防止回带，对于回带严重的排水板要补打。同时插打过程中随时注意调平机具，以保证垂直度。2.3.4质量检查本协议段采用的可探测式塑排板，可以用仪器（测深仪）进行检查。对施工中部分塑排板进行抽检，结果如下：测点位置50-150-350-550-750-950-1150-1350-1550-1750-1950-2150-22设计深度（m）23.5023.5023.5023.5023.5023.5023.5023.5023.5023.5023.5023.50测深仪测量深度（m）23.3223.4123.6423.6723.4823.24/23.4623.3623.7123.4723.66误差（m）-0.18-0.09+0.14+0.17-0.02-0.26/-0.04-0.14+0.21-0.03+0.16测点位置86-186-286-386-486-5-86-686-786-886-986-1086-1186-12设计深度（m）26.0026.0026.0026.0026.0026.0026.0026.0026.0026.0026.0026.00测深仪测量深度（m）26.1225.81/25.7526.1126.0325.8025.6926.4126.1325.5725.94误差（m）+0.12-0.19/-0.25+0.11+0.03-0.20-0.31+0.41+0.13-0.43-0.06 从表中数据可以看出，在抽检的24根塑排板中，可检测率83.3%，检测合格率100%。测深仪的精度误差可以达成交通部行业标准JTJ/T257-96施工规定，塑排板插打深度可由人工有效控制，在施工中严格按工艺进行，取得良好效果。2.3.5 效果分析软基解决结束后在砂砾顶面埋设沉降观测管（板），根据连续观测数据进行分析。断面一资料： 时间观测起始累计时间备注测点 累计沉降2023-4-57天15天26天（填筑完毕）30天56天86天116天178天239天317天累计沉降单位：mm； 填筑高度：5.21mDK0+350左0.014.944.4158.8195.3343.9520.7618.7676.8685.9691.7DK0+350中0.022.056.5158.5202.0359.3534.8653.8713.5716.5721.5DK0+350右0.020.050.7160.2201.6366.1547.6689.2760.8765.1769.2断面二资料： 时间观测起始累计时间备注测点 累计沉降2023-11-267天37天68天98天127天151天（填筑完毕）240天332天423天433天累计沉降单位：mm； 填筑高度：6.59m 超载预压K22+680左0.017.060.0122.0218.1316.0398.0684.9743.6748.8749.5K22+680中0.021.969.6152.5248.5347.0429.0726.3816.9827.7830.1K22+680右0.019.061.0131.0212.5297.5372.8678.5720.2725.0725.5根据以上观测记录数据分析P-S曲线：根据图表数据直观的反映出，塑排板解决软基预压期长，沉降量大，趋于稳定期间长。3 比较分析及总结3.1 三种软基解决技术比较 薄壁筒桩的解决工艺简朴，施工快捷，沉降量小，趋于稳定期间短，预压期短；低标号砼桩施工工艺简朴，类似薄壁筒桩，沉降量较大于薄壁筒桩，趋于稳定期间较薄壁筒桩长，但施工速度快于薄壁筒桩；塑排板施工快捷，沉降量较大，解决软基原理不同，沉降速率大，受填筑高度和填筑速度影响较大，并且与等超载预压配合较长的预压期完毕软基沉降稳定。3.2总结路基施工完毕后，根据随后的沉降观测中，发现一般路基用塑排板解决软基效果良好，并且没有影响工程进度，在工期内完毕。薄壁筒桩和低标号砼桩解决特殊地段软基更发挥期优势，不仅能有效缩短施工工期（筒桩、低标号砼桩解决后三个月即可进行桥台桩的施工），亦因解决后沉降稳定，为解决桥头跳车提供了一种也许。在以上分析中明显看出，现浇砼薄壁筒桩以其无法比拟的优点成为软基解决的先锋。现浇砼薄壁筒桩技术也许成为桩基发展史上的一个划时代的发明，它亦也许对软土地基解决工程产生深远的影响，从而推动桩基技术的快速发展，全面改变我国乃至世界桩基工程的面貌。