透水性混凝土桩在桥头跳车处治中的适用性研究.pdf

2 0 1 5年第 7期 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i ne e r i n g 9 5 文章 编号 ： 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 9 5 - 0 4 透水性混凝土桩在 桥头跳车处治 中的适用性研究 于一凡 ， 张宏博 ， 黄大伟 ， 宋修 广 ( 1 山东大学 土建与水利学院 ， 山东 济南2 5 0 0 6 1 ； 2 山东省路基安全工程技术研究 中心 ， 山东 济南2 5 0 0 6 1 ) 摘要： 桥头跳车现 象作为高速铁路、 公路建设的质量通病 ， 严重影响了行车的舒适性和安全性。为降低 桥 头跳 车 的危 害 ， 本 文结合 正在 施 工的 济 ( 南) 东( 营) 高速 公路 ， 对 透 水性 混 凝 土桩 在 桥 头跳 车 处治 中 的适用性进行了研 究。结果表明： 透水性混凝土桩单桩承载力高、 透水性强 ， 有利于压缩层在施 工期的 排水固结， 可有效减小软土地基 的工后沉降量， 对于处治 8 I n以下路基填高的小桥涵及桥头地基效果明 显 。研 究 结果 为黄 泛平原 区透 水性 混凝 土桩 处 治桥 头跳 车 问题 提供 了理 论依 据 。 关键词 ： 透水性混凝土桩桥头跳车 工后沉降 差异沉降 单桩承载力 中图分 类号 ： U 4 1 6 0 1 文献标 识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 7 2 7 桥头跳车是 由于线桥过渡段的差异沉降使路面纵 坡 出现 台 阶引起 车辆 的跳 跃 现象 。如何 降低 桥头 跳 车 的危 害一直 是工 程界 关 注 的问题 。工程 中常用 的一些 方法 ， 诸如设置桥 头搭板 、 强 夯 。 、 堆载预压 ， 以及碎石桩 、 搅拌桩 、 C F G桩等。 。 均有一定成效 ； 但 由 于上述方法各有各的适用条件， 施工工期 、 施工成本也 不尽 相 同 ， 工 程设计 中仍期 待线桥 过渡段 地基 处理 的新 方法。本文结合济( 南 ) 东 ( 营) 高速公路 的建设 ， 对透 水性 混凝土 桩在桥头跳 车处理 中的适用性进行 了研究 。 1工程地质条件 济( 南 ) 东( 营) 高速沿线主要为黄河冲积平原区， 该地区地势平坦 ， 土层深厚 ， 河滩高地与河间洼地纵横 交错 ， 河网密布 ， 地表排水不畅。通过现场调查与资料 分析发现： 该地区地基土质以粉土、 粉质黏土和粉砂等 为主， 地下水位一般为 1 53 5 m， 已修筑的高速公 路工后沉降量较大， 台背路基 的工后基准期沉降量大 都会超过 1 5 c m， 高填土路段甚至高达 4 0 c m， 引起较 为严重的不均匀沉降。 公路软土地基路堤设计与施 工技术规范 ( J T J 0 1 7 9 6 ) 中规定 ， 桥头的不均匀沉 降应控制在 1 0 c m以内 。正在修建的济东高速基本 为填方路基 ， 路基填筑高度一般在 5 m以上， 少数路段 高达 1 0 m； 设计使用透水性混凝土桩处治桥头 地基 ， 因此有必要对透水性混凝土桩的承 载力 、 布置方式及 处 置效 果进 行研 究 。 典型路段工程地质条件如表 1 所示 。 表 1 济东路桩号 K 8 8+ 2 0 8位置处地质条 件 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 2 - 0 8 ； 修 回日期 ： 2 0 1 5 - 0 5 0 5 基金项 目： 山东省科技发展 计划项 目( 2 0 1 1 G G H 2 1 6 0 7 ) ； 山东大 学 自主 创新基金项 目( 2 0 1 2 T S 0 6 0) 作者简介 ： 于一凡( 1 9 9 0 一) ， 男 ， 山东德州人， 硕 士研究 生。 2 透水性混凝土桩性能分析 2 1 透 水性 混 凝土桩 透水 性 混 凝 土 是 由特 定 级 配 的集 料 、 水 泥 、 外 加 剂 、 增 强剂 和水 等按 特 定 比例 和工 艺 制 成 的 多孔 混 凝 9 6 铁道建筑 土。在实际工程中， 透水性混凝土桩 的成桩可使用振 动 沉管 法 。桩体抗 压强 度 1 02 0 MP a ， 渗 透 系数一 般 介于 0 11 5 c m s 之间。透水性混凝土桩桩体强度 高 ， 透水性强 ， 兼具散体桩和刚性桩的优 点， 一方 面利 用其 自身强度提高浅层地基 的承载力 ， 减小软土地基 的总沉降量 ； 另一方面， 形成竖 向排水通 道， 缩短排水 路径， 有利于压缩层在施工期的排水固结， 尽可能多地 消除工后沉降。 通过室内试验 ， 在综合考虑桩体强度 、 透水性和水 下抗分散性的前提下 ， 设计 出透水性混凝土桩 的最佳 配合 比如表 2所 示 。按此 配合 比拌合 的透 水性 混凝 土 孑 L 隙率可达到 2 2 以上 ， 透水效果较好 ， 2 8 d抗压强 度 在 1 0 M P a以上 。透水 性 混 凝土 成 桩 及 透水 性 试 验 示 意如 图 1 。 表 2透水 性混凝土桩推 荐配合比 k g m 图 1 透水性混凝土桩室 内成桩及透水性测试 2 2透水 性混 凝土 桩单 桩承载 特性 试验 在济东高速公路现场选取4 0 m 2 0 m区域 ， 采用 振动 沉管 法成 透水 性混凝 土桩 9根 ， 桩 径 5 0 e m， 桩 长 1 0 m， 桩 距 5 m。成桩 3月后 ， 选 取 2根 质量 较好 的桩 做单桩承载力试验 ， 以确定其单桩承载力极限值。 单桩承载力试验采用锚桩法 ， 分别在选取的 2根 试验桩周 围对称打 4根锚桩 ， 锚桩为钻孔灌注桩 ， 桩径 0 5 m， 桩长 1 0 m。 试验 流程 ： 试 验 进 行 分 级 加 载 ， 每一 级 荷 载 为 4 0 k N， 其 中第一级取 8 0 k N； 每级荷载施加后按第 5 ， l 5 ， 3 0 ， 4 5 ， 6 0 m i n测读桩顶沉降量 ， 以后每隔 3 0 m i n测读 一 次 ； 每 小时 内 的桩 顶沉 降量 不 超 过 0 1 m m， 并 连 续 出现 2次 ， 可加 下一 级荷 载 。 当出现下列现象之一时， 可终止加载： 沉降急剧 增大 ， 土被挤 出或承压板周围的土 明显地 出现隆起。 沉降急 剧增大 ， 压力一沉 降 ( Q s) 曲线 出现陡 降 段 ， 或压板 的累计沉降量 已大于其宽度或直径的 6 ， 或不小于 1 0 0 m m。 当不出现极限荷载 ， 而最大加载 量 已达到设 计要 求 的 2倍 。 试 验 中 当加载 至 第 7级 荷 载 时 ， 2根试 桩 的 竖 向 位 移 均 陡 然 增 大 ， 因 此 终 止 加 载 ， 其 压 力 一沉 降 ( Q s ) 平均值 曲线如 图 2所 示 。 荷 载 k N 0 50 1 0 0 1 50 2 0 0 ， 0 3 00 g l 0 蠢 一 zo 星 一 3 0 醐 _ 4 。 一 5 O 图 2单桩承载力 Q s 曲线 由 图 2可知 ， 透水 性混 凝 土 桩单 桩 Q s曲线 在 荷 载为 2 4 0 k N之前 ， 桩体竖 向位移缓慢增大 ， 2 4 0 k N时 竖 向位 移 约为 2 c m。 当荷载增 大 至 2 8 0 k N时 ， 竖 向位 移突增至 4 3 c m， Q s曲线发生 陡降， 曲线 明显 向下 弯 曲 ， 2 4 0 k N位 置 为 Q s曲线 的 转 折 点 ， 故 可 判 断 透 水性混凝土桩( 桩长 1 0 m、 桩径 0 5 m) 的单桩竖 向抗 压 极 限承载 力为 2 4 0 k N 。 3 处治 效果计 算分析 3 1建立模 型 以济东高速桩号 K 8 8+2 0 8位置处的地质条件为 例 ， 使用理正岩土软件建立透水性混凝土桩地基处治 模 型 ， 对该新 桩 型 的布 置 方式 及 处 置 效 果进 行 设 计 计 算 ， 分析其在小桥涵及大 中桥 桥头处治 中的适 用性。 K 8 8+2 0 8位 置 处路 基 设 计 高 度 为 6 m， 设 计 顶 宽 2 8 m， 设计坡度 1 ： 1 5 。 设 计透 水性 混凝 土 桩 的布 置 形 式 为等 边 三 角 形 ， 桩 径 0 5 m， 布 置 宽 度 为 路 基 两 侧 坡 脚 各 向 外 延 伸 1 m， 布置范围为桥涵底部及两侧地基各 3 0 m范围内， 地基 的 3 0 m 范 围划 分 为 A， B， c 3个 过 渡 区 ， 每 个 区 的长度为 1 0 m， 如图 3所示。加固区主固结沉降计算 。 l o o o o I o o o o l o o o o lo o o o l 1 0 o o 0 o o 4 o o o o o 0 I o o o 0 I o o o o l o o o o lo o o o I I O 0 o 母 O O o 口 O 0 O O 0 o 口 一一 le 0一 e_。 e 0 0 e O O- O-O斗 G -O- O+一 I o o o o o o o o o o o o q I o o o o I o o o o l o o o o lo o 0 o I I O O o 诤 O O o 啼 o O O O o O O I o o O O I O o O O l O o o O lo O o o I l o O o中 O o o Q o o o 0 o o o口 1桥涵区 l A区 I B区 I c区 l 图 3透水性混凝土桩平 面布 置( 单位 ： m) 2 0 1 5年第 7期 于一凡 等 ： 透水性混凝土桩在桥 头跳 车处 治中的适用性研究 9 7 方 法 采用 复合 模量 法 ， 基 底 压 力计 算 方 法 按 多 层 土 实 际重度计算 ， 计算时考虑弥补地基沉降引起 的路堤增 高量 ， 透 水性混凝 土桩排 水体 当量直径折 减系数 为 0 3 ， 单 桩 承载力 取 2 4 0 k N， 控 制 工后 沉 降 在 2 0 c m 以 内， 差异沉降在 1 0 e m以内。按此标准来设计桩长与 桩 间距 ， 用 理正 软件 建立 的模 型 如 图 4所示 。 46 2 8 - I I l l l l l T l l l l l l l l l I Tl l l l l l IlIllllIlIll llllIll lllll 图 4 用理正软件建立 的模型 ( 单位 ： m) 3 2小桥 涵处 治 结果 ( 表 3 ) 从表 3的处治 结 果 中 可 以看 出 ， 透 水 性 混 凝 土 桩 处 治 小 桥 涵 的结 果 满 足 规 范 规 定 ， 即最 大 工 后 沉 降 1 5 8 c m( 2 0 e m) ， 最大差异沉降 4 8 e m(1 0 c m) ， 可 以较好 地控 制桥 头跳 车 问题 。最 大 桩 长 1 2 m， 振 动 沉管 施工 并不 困难 。由于小 桥涵 区域 的换 算密 度较 路 基 区域偏 小 ， 所 以 在 桩距 相 同 的 情 况 下 ， 过 渡 区 A 使 用 的桩长 偏大 。 3 3大 中桥处 治结 果 ( 表 4 ) 从表 4的处治结果来看 ， 工后沉 降及差异沉降同 样 满 足规 范规 定 。 3 4不 同路基 填高 小桥 涵 区处治 结果 ( 表 5 ) 表 3小桥 涵处治结果 ( 6 i n高路基 ) 表 4大中桥 处治结果( 6 i n高路基 ) 表 5 不同路基填高小桥涵 区处治结果 9 8 铁道建筑 根据 桩 号 K 8 8+2 0 8位 置 处 的 地 质 条 件 ， 分 析 路 基 填高 不 同时 ， 透 水性 混凝 土桩处 治桥 头跳 车 的结果 。 从 表 5可知 ， 对于不 同路 基填 高 ， 透 水性 昆 凝 土桩 处 治桥 头跳 车 的结 果 满 足规 范 规 定 ， 最 大 差 异 沉 降仅 为 4 8 c t n 。但当路基填高为 8 t n时 ， 最大桩长 已增至 1 5 m， 此 时振动沉 管 施 工 已 比较 困难 ， 且 易造 成 断 桩 ， 若考虑增大桩径又不经济； 所 以， 透水性混凝土桩适宜 处治 8 I l l 以下路基填高的桥头跳车问题。 4 结论 1 ) 透 水性 混 凝土 桩 兼具 散体 桩 和 刚性 桩 的优 点 ， 可提高地基的承载力 ， 加速压缩层在施工期 的排水 固 结 ， 减小 工后 沉 降。 2 ) 透 水性 混 凝 土 桩 可 有 效 控 制 8 I n以下 路 基 填 高的小桥涵与桥头路基的差异沉降 ， 但对于大中桥下 部地基处治并不适用 ， 可用于处治大中桥桥头地基。 3 ) 透水性混凝土桩相 比同等直径与桩长 的浆 喷 桩 、 碎石桩， 其单桩承载力 明显偏大 ， 对于软土地基及 地下水位较高的湿陷性黄土地基处的小桥涵修建十分 适用 。 参 考 文 献 1 周玉 民 ， 谈至明 ， 胡跃 军 ， 等 桥 头搭板结构分 析 J 公路 ， 2 0 0 4( 1 )： 8 2 - 8 6 2 胡长 明， 梅源 ， 王雪艳 离石地区湿陷性黄土地基强夯参数 的试验研究 J 岩 土力学 ， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 1 O ) ： 2 9 0 3 2 9 0 9 3 周健 ， 史旦达 ， 贾 敏才 ， 等 低能量 强夯法 加固粉质 黏土地 基试 验研 究 J 岩 土力 学 ， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 1 1 ) ： 2 3 5 9 2 3 6 4 4 涂平 晖， 杜文山 ， 张 弥 深厚层软土路堤涵基真空联合堆载 预压试验研究 J 中国公路学报 ， 2 0 0 0 ， 1 3 ( 4 ) ： 2 9 3 2 5 栾茂 田， 武亚军 ， 杨庆 ， 等 大连港大 窑湾 吹填 区软 基 的堆 载预压处 理研究 J 建筑结构 ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 4 ) ： 1 0 1 2 ， 2 6 6 曹文贵 ， 杨泽华 柔 性基础 下碎石桩 加筋 复合地基 沉降分 析方法 J 岩土工程学报 ， 2 0 1 2 ， 3 4 ( 1 1 ) ： 1 9 9 7 2 0 0 4 7 徐新跃 水泥土搅拌桩极限承载力的灰色预测 J 水文地 质工 程地 质 ， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 5 2 5 4 8 张定邦 ， 朱金凤 新 型 C F G桩板结构加 固软 土地基模拟研 究 J 铁道建筑 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 7 5 7 8 9 中华人 民共 和国交 通部 J T J O l 7 9 6 公路软土地基路堤 设计 与施 工技 术规 范 S 北京 ： 人 民交通出版社 ， 1 9 9 6 1 O 张娜 ， 崔 新壮 ， 张炯 ， 等 路堤 荷载作 用下透水 性 混凝土 桩 减压 降沉效应研究 J 山东大学 学报 ( 工学 版 ) ， 2 0 1 3 ， 4 3 ( 4) ： 8 O一 8 8 1 1 中华 人 民共和 国住 房和 城 乡建设 部 J G J 1 0 6 2 O 1 4 建 筑基桩检测 技 术规 范 S 北 京 ： 中 国建 筑工 业 出 版社 ， 2 0】 4 Re s e a r c h 0 n s u i t a b i l i t y 0 f p e r m e a b l e c o n c r e t e p i l e f o r l - l l l 1 s o l v i ng pr oD l e m 0 I j um pl ng a t Dr i a ge e nd YU Yi f a n ，ZHANG Ho n g b o 一， HUANG Da we i ， S ONG Xi u g u a n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l En g i n e e r i n g ， S h a n d o n g U n i v e r s i t y ， J i n a n S h a n d o n g 2 5 0 0 6 1 ， Ch i n a ； 2 S u b g r a d e S e c u r i t y E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o f S h a n d o n g P r o v i n c e， J i n a n S h a n d o n g 2 5 0 0 6 1， C h i n a ) Abs t r a c t： Ve hi c l e bu m p i ng a t bridg e e nd wa s a mo ng c o m mo n d e f e c t s o f hi g h- s pe e d r a il wa y a n d e x pr e s s wa y， a ffe c t i ng t he c omf o r t a nd s a f e t y I n o r d e r t o s o l ve t hi s p r o b l e m ， the a pp l i c a tio n o f p e r m e a b l e c o nc r e t e p ile t o i mp r ov e v e hi c l e bu m p i ng a t b r i d g e e n d wa s s t ud i e d ba s e d o n J i na n Don g y i ng Ex pr e s s wa y， whi c h wa s u nde r c o ns t r uc ti on Th e r e s u l t s s h o we d tha t p e r me a b l e c o n c r e t e p i l e h a d l a r g e b e a r i n g c a p a c i t y o f s i n g l e p il e a n d s t r o n g p e r me a b i l i ty ， h e l pi ng th e d r a i na g e c o ns o l i da tio n o f the c omp r e s s i on l a y e r d ur ing c on s t r uc d o n a nd t he r e d uc e o f the s e t tl e m e nt a f t e r c o n s t r u c ti o n o f s o f t s o il f o u n d a ti o n 。 I n p a r t i c u l a r ， the p e r me a b l e c o n c r e t e p i l e i mp r o v e s the j u mp i n g s i g n i f i c a n d y whe n a p pl i e d i n s m a l l s p an b r i d g e s c ul ve r t s in 8 m e mba n k m e nt I t c a n be a p p l i e d in Ye No w Ri v e r f l o od p l a in Ke y wo r ds： Pe r me a b l e c o n c r e t e p il e； J umpi ng a t b r i d g e e n d； Se t tl e me n t a f t e r c o ns t r uc t i o n； Di ffe r e nt i a l s e t tle me n t ； B e a r i n g c a p a c i ty o f s i n g l e p i l e ( 责任审编孟庆伶)