双桥静力触探在申嘉湖高速公路软土路基施工中的应用.doc

双桥静力触探在申嘉湖高速公路软土路基施工中的应用(2006年第12期)发布日期：2007-1-24 浏览次数：1745 双桥静力触探在申嘉湖高速公路软土路基施工中的应用(2006年第12期)Application of Dual-bridge Static Probing to Soft Soil Road BaseConstruction of Shanghai-Jiaxing-Huzhou Express Way嘉兴市交通投资集团有限公司 许海云/XU Haiyun武启诚/WU Qicheng李 君/LI Jun摘要：简介静力触探测试技术在申嘉湖高速公路工程软基处理施工中的应用，探讨如何应用双桥静力触探技术指导软基施工机械选型。关键词：双桥静力触探锥尖阻力qc总贯入阻力机械选型1 引言随着公路建设事业的快速发展，高等级公路通车里程越来越长。在公路建设过程中经常会遇到河滩、沼泽、洼地堆积和冲湖积平原等软土地基。高等级公路经过的这些地区一般都要进行软土路基处理，以保证路基的整体稳定性。目前我国常用的软土路基处治方法很多，但在处理深层软土路基时较常用的还是塑料排水板、浆喷桩、预应力管桩等方法。这些软土路基处理方法在施工时都要使用一些特种设备，目前市场上流行的软土路基施工设备种类、型号、功率等很多。如何选用合适的软基施工机械既是施工中非常关键的一个环节，同时也一直是困扰施工单位的一个难点。2 工程概况申嘉湖高速公路（嘉兴段）全长59.100km，其中嘉兴境内58.774km，上海境内0.100km，湖州境内0.226km。该项目所经区域杭嘉湖平原，属于太湖冲湖积平原区，均为第四系全新统冲湖积相及第四系上更新统海陆交互相沉积物覆盖，路段内分布的不良地质体主要为软土和软粘土。施工图设计中大量采用了预压结合塑料排水板（板宽150mm，间距1.31.5m）处理深厚软土地基路段，并采用浆喷桩（直径50mm，间距1.31.5m）处理涵洞、通道以及软土底深小于12m的桥头路段。施工过程中各合同段普遍存在塑料排水板和浆喷桩打不到设计深度，甚至出现部分路段可打入深度与设计要求相当悬殊的现象，尤其靠近上海段更为普遍和明显。为满足设计要求、确保工程质量，快速确定实际的持力层位置，相关路段采用了双桥静力触探原位测试技术。3 静力触探简介静力触探试验作为岩土原位测试技术的一种，在岩土工程中已得到广泛应用，在公路地质堪探及设计单位中应用的也很多。静力触探的基本原理就是借助机械用准静力（相对动力触探而言，没有或很少有冲击荷载）将一个内部装有传感器的圆锥型触探头按一定速率压入土中，通过电子量测仪器测定探头受到的贯入阻力，以获得土层原始状态的物理力学性质。静力触探使用微电脑使地质层的数据采集、存储、处理、打印和绘图，实现自动化，在现场即能取得土层剖面的变化信息，并提供土的工程参数，大大缩短勘测周期，并对岩土的工程问题，如天然地基承载力、桩基承载力、地基土层的贯入阻力等进行评价。目前我国采用的静力触探主要分三类，即单桥静力触探、双桥静力触探和孔压静力触探。单桥静力触探所测的参数是贯入阻力ps，双桥静力触探所测的参数是锥尖阻力qc和侧壁摩阻力fs，孔压静力触探所测的参数是锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs和孔隙水压力u。双桥静力触探设备一般包括微机、探头、连杆、液压设备、油泵、地锚等。最重的设备四人即可移动，整套设备使用一台1.5t载重农用车即可运走。3静力触探技术的施工应用3.1判定软土层厚及持力层位置对于浆喷桩及预应力管桩等桩体复合地基处理方法，一般均要求必须打设至持力层，如果未达到持力层,检桩时单桩承载力容易不合格，对于浆喷桩尤其更为突出；对于塑料排水板处理深厚软土的应用也应尽可能处理到位。因此现场快速界定软土层与非软土层或者持力层至关重要。3.1.1软土力学性质的判定标准 对于软土力学性质的判定标准，目前仍然不完全统一：公路行业规定应该说在软土物理、力学性质各种参数中，不排水抗剪强度是判定软土类别以及进行软土路基稳定性计算的一个关键指标，国内外常用十字板剪切试验获得软土的抗剪强度。交通部公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ017-96）（以下简称“公软规”）明确规定软土划分三大指标之一的十字板剪切强度Su35KPa。但由于十字板试验不能获得连续的试验数据，所以各部门都在研究应用静力触探估算不排水抗剪强度，根据浙江省经验，静探指标与十字板强度换算关系经验公式见表1。铁路行业规定铁道路静力触探技术规则（JBJ37-93）（以下简称“铁静规”）将锥尖阻力qc0.7MPa的土层统一归入软土。3.1.2软土层厚及性质判定实例申嘉湖高速公路K3+300-K3+690段，原设计采用150mm宽、20m深的塑料排水板处理。开工后采用一台30锤头、15cm管径插管的塑料排水板插板机，施工时只能插深3-3.5m。初步认为插板机功率小，又再调入一台40锤头、13cm插管插板机。40锤头插板机基本是常用型号中功率最大的插板机，使用40锤头插板机试插结果也只有4-5m深。采取静力触探原位测试结果及换算十字板剪切强度见表2。 显然此段路基无论从“铁静规”的锥尖阻力qc还是从“公软规”的十字板剪切强度Su两个力学指标哪一个来判断都已经没有设置塑料排水板处理的必要，因此变更取消了此段塑料排水板。此段路基塑料排水板施工两次调遣插板机，再加上静探、变更时间接近一个月，对施工进度影响很大。如果开工前即做静探，可迅速判别是否需要变更设计，可大大提高工作效率。3.2 指导软基施工设备选型双桥静力触探的探头有上下两个电桥，分别测定锥尖阻力qc和侧壁摩阻力fs。通过这两个参数可计算施工机械工作过程中入土的锥头阻力、侧壁阻力、地质的层阻力及总贯入阻力。具体计算方法如下：锥头阻力=qc*ss作用于土体下压机具的横截面积侧壁阻力=fs*h*Lhfs土层厚度L作用于fs土层施工机具的周长层阻力=锥头阻力+侧壁阻力总贯入阻力=层阻力+以上土层的侧壁阻力可以说贯入阻力既是地基土物理力学性质的综合反映,同时也是指导施工机械选型的有力依据。3.2.1浆喷桩施工机械选型目前国内常用的浆喷桩搅拌机的功率普遍为37kW，且有高转速（5060转/分钟）和低转速（3050转/分钟）两种规格。根据机械原理，高转速搅拌机效率高，但搅拌过程中扭力小；低转速搅拌机效率低，但搅拌过程中扭力大。申嘉湖高速公路K1+900-K1+940段为浆喷桩处理,加固K1+920箱形通道地基,静力触探测试（钻头+搅拌叶面积s=0.0514m2；钻杆周长L=0.4396m）结果及地基层阻力及总贯入阻力计算见表3。使用功率为37kW、转速为60转/分钟的浆喷桩搅拌机施工时，仅能钻进3.5m，搅拌钻进深度与搅拌机电流强度关系见表4。以上数据是试桩几十根的平均值，由于搅拌机不能长时间工作在电流强度大于90A状态下，所以此搅拌机不适用。在同一区域，使用功率为37kW、转速为40转/分钟、其余工作状态相同的浆喷桩搅拌机施工时，可打至8.0 m，搅拌机钻进深度与搅拌机电机电流强度关系见表5。从两种浆喷桩搅拌机施工状况看，浆喷桩搅拌机施工时的难易程度与qc值有关,与fs关系不大。原因是浆喷桩施工时所喷射的水泥浆对钻杆有润滑作用。从以上数据看，当浆喷桩施工深度内存在qc值大于1.5MPa的地质层，且超过2m时不易使用高转速浆喷桩搅拌，qc值大于1.5MPa且地质层小于2m时，可通过反复提钻冲击穿过此层，但此种施工方法效率低，且浪费水泥浆，最好不用。3.2.2塑料排水板施工机械选型根据在浙江申嘉湖高速公路使用插板机经验，在插板机插板过程中，计算总贯入阻力，如果大于100kN，使用30型锤头插板机施工就很困难，基本打不下去。如果计算总贯入阻力大于150kN，使用40型锤头的插板机也很难打入。遇到总贯入阻力大于150kN的地质而又必须施工塑料排水板时，应考虑引孔或使用60型锤头插板机，60型插板机目前市场上非常少，通过静探发现必须使用时，可提前做准备。3.3.3 管桩施工机械选型预应力管桩施工机械分锤击式打桩机及静压式打桩机。使用静压打桩机时，静压桩机根据压力分100T、150t、200t或更大的机型。根据静力触探测得的施工地质层的qc及fs，即可计算地质层的层阻力及总贯入阻力，根据总贯入阻力选择静压桩机的吨位及型号。4结束语在软基施工前先做静力触探对判定详细地质状况、选择机械设备确实有很大帮助，以上是在软基施工中总结的一点经验，具有一定的局限性，也许不同地质条件及施工方式得出的结论不尽相同。在此只是总结一点思路供大家参考。参考文献1. 彭益军. 浅析静力触探的应用J. 西部探矿工程,2004，102(11).2. 张留俊. 公路地基处理设计施工实用技术M. 北京:人民交通出版社，2004. 12 - 14.3. 彭益军. 静力触探在合无高速公路工程勘察中的应用J. 合肥工业大学报，2003，26(5).(收稿日期：20060915)（本文图、表略,详情请见建设机械技术与管理杂志2006年第12期）。