低标号素混凝土桩在六潜高速公路软基处理中的应用.pdf

施工经验 GEOTECHNI CAL ENG I NEER I NG WORLDVOL . 11No . 9 收稿日期 低 标 号 素 混 凝 土 桩 在 六 潜 高 速 公 路 软 基 处 理 中 的 应 用 都春苗 1 孙狂飙 2 ( 1安徽省公路勘测设计院2安徽省高速公路总公司 ) 摘要六潜高速公路原设计为干振复合桩处理软基, 但在施工时由于地下水丰富, 桩顶浮浆过多, 无法 成桩。根据试桩变更为低标号混凝土桩, 从低标号素混凝土桩的设计参数, 沉降和稳定性计算, 施工方法以及质量检测等方面指出低标号素混凝土桩技术要点, 并探讨了该技术的优点、 存在问 题, 同时对其推广提出了一些建议。 关键词低标号混凝土桩软基处理 六安至潜山高速公路是国家重点公路规划中的 东营! 香港 (口岸 )公路的一段, 项目位于大别山腹 地, 全长 72 287公路。其中在 K10+ 220 K11+ 100段分布有河滨相沉积的软土, 软塑 - 流塑状, 厚约 5 8m, 基底为砂层, 透水性好。原设计为干振 复合桩处理, 但在施工试桩时发现由于地下水非常 丰富, 沉管投料后桩体还没来得及凝固就被涌上来 的地下水冲散, 粉煤灰、 石灰等轻质材料浮在桩体表 面, 桩顶浮浆过多, 无法成桩。 通过调整配合比并大量现场试验, 最后直接按 水泥# 砂# 石 = 1#3#6 以低标号混凝土配合比试桩, 成桩效果较好, 桩体较为完整, 强度较高。根据试桩 结果, 调整设计, 变更为采用振动沉管低标号混凝土 桩进行加固。 1 低标号素混凝土桩复合地基设计及参数 由于低标号素混凝土桩在省内首次应用于高速 公路软基处理中, 以前没有这方面的设计规范与标 准, 这次调整设计采用按复合地基理论计算和现场 试桩检测相结合的方法来确定设计、 施工参数和指 标。 1 1 软基路堤沉降与稳定性计算 沉降计算采用复合地基的沉降计算理论进行, 低标号素混凝土桩作为高粘结强度桩与砂垫层、 桩 间土共同形成复合地基, 地基主固结沉降采用 e- p 曲线法, 总沉降采用经验系数法, 沉降修正系数 1 2 , 沉降计算分层厚度 0 5m。本路段设计路堤高 度 7 2m , 路堤设计顶宽 26m, 边坡坡度: 1#1 5 , 工后 沉降基准期5年。通过计算 路面竣工时, 地基沉降 0 329(m); 工后沉降基 准期结束时, 地基沉降 0 561(m) ; 路面竣工后, 基 准期内的残余沉降 0 233(m); 最终地基总沉降 1 200 %0 714 = 0 857(m) ; 根据软土的土质参数 通过计算得出填土 ! 时间 - 沉降曲线与填土! 时 间! 固结度曲线 (图 1、 2)。 稳定采用有效固结应力法计算, 通过计算: 总的 下滑力为 1744 248k N, 总的抗滑力为 2795 661kN, 滑动安全系数为 1 603 , 为稳定状态。 1 2软基地基承载力设计验算 现将该几段选有代表性的钻孔地质资料计算如 2008- 04- 02 1: 82 岩土工程界第 11卷第 9期施工经验 下。复合地基承载力表达式为: Fck= mFpk+ (1- m)Fsk 式中: Fck!复合地基承载力标准值; Fpk!桩体承 载力标准值; Fsk!桩间土承载力标准值; m !复合 地基置换率。 对于等边三角形排列桩孔, 其复合地基置换率 为: m = 0 9069d 2 /S 2 式中: S!桩孔间距; d! 桩孔直径。 设计桩长 6m, 桩径 30c m, 桩间距 1 2m, 按设计 要求 28天单桩承载力取 1000kPa , 桩间土承载力按 软土标准取 80kPa m = 0 9069d 2 /S 2 = 0 9069 %0 32/1 22 = 0 0567 Fck= mFpk+ ( 1- m)Fsk= 0 0567 %1000+ (1- 0 0567) %80 = 132 16 kPa 填土平均高 5 5m , 路基的重力密度 (kN /m 3 ): 19 计算路堤基底压力: 5 5%19 = 104 5 kPa 因此 Fck= 132 16 kPa 104 5 kPa , 满足路堤 基底压力要求。 1 3 处理措施及设计参数 ( 1) 小型构造物处: 箱涵通道加固处理范围, 划 分 B、 A、 C段 3个加固处理区 (表 1), A区为加密加 强处理区, B区为过渡处理区, 其中在加密处理区 A 区桩顶铺设 20cm厚土工格室装碎石回填、 压实, 并 在桩顶垫层的铺设完成后, 铺上 5cm厚的砂垫层。 布桩型式采用正三角形, 平行涵洞的中轴线对称布 桩, 桩长经计算并结合该地区类似工程经验最终确 定。 表 1箱涵通道加固处理范围 涵洞、 通道 A区处理长 /m A区桩 排数 B区处理 长度 /m B区桩 排数 1 25圆管涵 /2 77/cos45 20 /cos6 2m 涵洞、 通道 /3 46/cos56 06 /cos7 3m 涵洞、 通道 /4 16/cos66 93 /cos8 4m 涵洞、 通道 /5 54/cos88 66 /cos10 (为涵洞的设置角度 ) 设计通过调整桩间距的方法控制构造物处与一 般路堤段的差异沉降。控制有效桩长不变, A区的 桩顶标高要满足至少高出涵洞基础的底面标高以上 50cm, 开挖基坑 时再予以破除, 以保证桩头的完好 性, 桩间距 0 8m; B区的桩顶标高按正常工艺控制, 到施工工作面, 桩间距 1 0m。涵洞、 通道处进行低 标号素混凝土桩处理之后, 原则上不再填土预压反 开挖施工, 而是在复合地基强度经检验合格后, 直接 在处理完毕的地基上做涵洞或通道, 结构物做好后, 再填土至设计高度。 ( 2) 桥坡段: 桥坡段按 2倍左右的台后填土高 度等分 A、 B、 C段 3个加固处理区, 采用有效桩长不 变, 通过调整间距控制桥坡段与一般路堤段的差异 沉降的方法进行过渡处理。 A区桩间距 0 8m, B区桩间距 1 0m, C区桩间 距 1 2m, 另外在台前 1 5 2倍左右的台后填土高 度范围内及桥台锥坡地范围内也要进行处理, 称之 为 D区, 桩间距 1 2m, D区不设桩顶垫层, 整平填土 即可。桥台基桩周围调整低标号素混凝土桩布置, 桥台基桩周边 50cm的范围不进行低标号素混凝土 桩施工。布桩型式采用正三角形, 按平行于桥台走 向布设; 桩长经计算并结合该地区类似工程经验最 终确定。软基段应先进行软基处理, 然后进行桥台 桩基施工。 2低标号素混凝土桩的施工与检测 2 1施工工艺 选用 15T型振动锤振动沉管、 管内投料成桩 (图 3)。成桩工艺流程如下: 桩机就位! 沉管! 投 料 (拌和 ) !振动拔管 ! 成桩 ! 移位 ! 材料搅拌。 施工时应注意: ( 1) 采用连续施打顺序施工。连续打桩施工 时, 对相邻桩的振动影响是显著的。通常这种振动 对相邻已施工的桩起到辅助再振实的作用。对于含 水量丰富的地层, 这种辅助振实类似于对湿拌混凝 土的附着式振捣, 因而使桩身变得更加密实。 ( 2) 施工时拔管速度应控制在 1 0 1 5m / min 。拔管速度过快, 会导致成桩直径较小, 甚至产 生缩径或断桩; 拔管速度过慢, 由于振动时间长容易 产生离析, 会使得桩体下部粗颗粒材料含量较多, 桩 顶细颗粒材料含量过多而降低强度。 2 2质量检测 质量检测除了检查施工原始记录、 桩长、 桩数以 及桩偏差等常规检测外, 重点做了现场载荷试验, 随 机进行了 3根桩单桩静载荷试验以及 3组复合地基 静载荷试验, 由于路堤对地基承载力的要求不高, 因 此载荷试验未达到破坏荷载, 所加的荷载为设计最 大荷载, 复合地基采用 2 %2的加载板, 试验结果如 表 2 。 38 施工经验 GEOTECHNI CAL ENG I NEER I NG WORLDVOL . 11No . 9 图 3 桥头段低标号素混凝土桩处理立面布置图 表 2复合地基加载板试验沉降值 沉降值 s/mm1819 28 压板宽度 b/m222 s/b0 0090 00960 004 试验结 果表明: 单桩复 合地基在 标准值为 400kPa的荷载下沉降值与压板作用宽度之比 s/b 分别为 0 009 、 0 0096 、 0 004 , 其比值均小于 0 01, 根据由相对变形 s/b= 0 01确定复合地基承载力推 算出单桩复合地基承载力满足设计要求。另外三根 单桩复合地基静载试验和三根单桩静载试验的 Q - s曲线、 s-lg( t)曲线均未出现陡降迹象, 单桩静载 试验在 标准值 为 650kN 时, 沉降分 别为 2mm、 3 6mm、 3 6mm , 说明单桩承载力仍有很大潜力。 因此地基承载力均大大高于设计要求值, 质量 检测结果表明低标号素混凝土桩处理软土地基效果 良好。 3 结束语 目前六潜高速公路低标号素混凝土桩加固软基 施工已经结束, 通过静载试验和抗压强度试验检测 验收, 均达到设计要求, 取得较好的效果, 得到较高 的评价, 总结低标号素混凝土桩处理软基有如下特 点: (1) 低标号素混凝土桩采用水泥、 石子和砂制 成, 强度一般在 1 10 MPa范围内, 桩体完整性较 好, 同时减少工后沉降; ( 2) 低标号素混凝土桩由于材料种类少, 施工 方便, 比干振复合桩容易控制质量, 同时缩短施工工 期; ( 3) 在同样加固深度和同样孔径的情况下, 按 该工程的价格, 低标号素混凝土桩的每米费用略低 于干振复合桩, 但要远小于粉喷桩, 是一种比较经济 的地基处理方法; ( 4) 低标号素混凝土桩可以在地下水丰富的地 质情况下施工, 避免无法成桩的现象。 参考文献 1安徽省地质调查院. 六安至潜山高速公路工程地质调查报告. 2003 , 9 2龚晓南. 地基处理新技术 M. 西安: 陕西科学技术出版社, 2003 . 3中华人民共和国交通部. 公路软土地基路堤设计与施工技术 规范 ( JTJ 017- 96). 北京: 人民交通出版社, 1997 第一作者通讯地址:安徽省合肥市合作化北路 158号安徽省 公路勘测设计院一分院邮编: 230014 84