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        高速公路橋頭深厚軟土地基的水泥攪拌樁處理

        2013-11-16 11:54:34歐陽光
        交通運(yùn)輸研究 2013年1期
        關(guān)鍵詞:跳車噴漿橋頭

        歐陽光

        (湖南省高速公路管理局,湖南 長沙 410016)

        0 引言

        軟土地基上修建的高等級(jí)公路,通車運(yùn)營后,往往會(huì)產(chǎn)生一定的沉降,沉降量的大小隨軟土深度、處治方式不同而不同。軟基處理不當(dāng)導(dǎo)致的后果對(duì)高等級(jí)公路的運(yùn)營安全有較大的影響[1,2]。當(dāng)處治不當(dāng)時(shí),往往會(huì)產(chǎn)生較大的差異沉降,導(dǎo)致路基差異變形,進(jìn)而發(fā)展到路面整體開裂,在雨水的作用下,掏空路面基層及土基,嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生路基整體失穩(wěn)。軟土路基的這種差異沉降,在橋梁結(jié)構(gòu)物與路基相接處更為明顯。軟基路段的橋臺(tái)差異沉降一般都較難處理,往往產(chǎn)生較大的橋臺(tái)跳車,嚴(yán)重影響行車舒適性和安全性[3,4]。

        本文通過計(jì)算分析水泥攪拌樁處理橋頭軟基的實(shí)例,得出一定軟土深度范圍內(nèi)的橋頭路基處理方式。采用水泥攪拌樁處理橋頭軟基,路基工后差異沉降滿足設(shè)計(jì)要求,通車運(yùn)營后沒有產(chǎn)生明顯的橋臺(tái)跳車病害,說明該軟基處理方式取到較好的處治效果。

        1 軟基拓寬處理方案比選

        某高速公路項(xiàng)目在K22+400~K25+880段落廣泛分布淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土等軟土,根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料,大部分軟土深度為6.5~13.8m左右,軟土物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

        表1 主要土層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

        針對(duì)本項(xiàng)目的軟土的具體特點(diǎn)和分布情況,參照本地區(qū)施工技術(shù)成熟、處治效果較好的軟土路基處理方式進(jìn)行系統(tǒng)的分析比選(見表2)。此外,考慮到工期要求以及橋頭路基工后沉降量應(yīng)小于等于10cm,綜合對(duì)比,本段橋頭軟基處理方式選擇水泥攪拌樁進(jìn)行處理。

        表2 軟基處理方案對(duì)比

        2 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)及施工

        2.1 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)

        2.1.1 設(shè)計(jì)方案

        本項(xiàng)目軟基處理水泥攪拌樁采用漿噴樁。樁直徑0.5m,樁間距根據(jù)各路段計(jì)算情況確定,一般為1.3~1.5m。樁的長度由沉降及穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果確定,原則上全部穿透軟土層,并打入持力層大于等于0.5m,主要用于處理深度小于14m的軟土地基。

        圖1 水泥攪拌樁處理橋頭軟基設(shè)計(jì)圖

        漿噴樁在平面上呈正三角形布置(布置區(qū)域邊線與構(gòu)造物基礎(chǔ)輪廓線平行,見圖1)。漿噴樁處理段采用等載預(yù)壓,預(yù)壓期90d。樁身設(shè)計(jì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為:R28=0.6MPa,R90=1.2MPa。

        水泥攪拌樁布置范圍至路基坡腳處。橋頭處理路段水泥攪拌樁樁距1.5m;在復(fù)合地基處理段與一般路基段之間設(shè)置10m過渡段,水泥攪拌樁樁距1.7m;臺(tái)前處理長度為1.5H,H為橋臺(tái)填土高度,水泥攪拌樁樁距也是1.5m。過渡段處理采用變間距的方法,以使不同處理方案路段間的工后沉降均勻過渡,避免處治方法本身帶來的差異沉降。

        2.1.2 承載力[5,6]

        水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值一般可通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定,也可根據(jù)下式計(jì)算:

        式中:fsp——水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值;

        c——水泥攪拌樁樁土置換率;

        Rk——水泥攪拌樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值;

        Ad——水泥攪拌樁截面面積;

        α——承載力折減系數(shù),一般可取0.5-1;fs——原有天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

        2.1.3 沉降[5,6]

        水泥攪拌樁復(fù)合地基的沉降量一般較少,主要包括兩部分:樁身以內(nèi)復(fù)合地基的壓縮變形S1和樁端往下未處理土基的壓縮變形S2。其中:

        式中:S1——復(fù)合地基的壓縮變形;

        P1——群樁體底面處平均自重壓力;

        P2——群樁體底面處平均附加壓力;

        L——水泥攪拌樁有效樁長;

        Eps——復(fù)合地基的壓縮模量。

        2.1.4 典型斷面沉降量計(jì)算

        對(duì)軟基路段的橋頭路基處理進(jìn)行沉降量計(jì)算,在兩側(cè)橋頭路基選取三個(gè)計(jì)算斷面,分別為橋頭過渡段、橋頭處理段和臺(tái)前處理段。大樁號(hào)橋頭路基(0號(hào)橋臺(tái))填高5.0m,小樁號(hào)橋頭路基(n號(hào)橋臺(tái))填高4.5m,各斷面計(jì)算沉降量見表3。

        表3 橋頭路基沉降計(jì)算表

        從以上計(jì)算結(jié)果分析,橋頭路基過渡段、橋頭路基處理段、臺(tái)前段的工后沉降、總沉降均滿足設(shè)計(jì)要求(橋頭路基過渡段小于0.2m、橋頭路基處理段小于0.1m、臺(tái)前段小于0.1m),說明水泥攪拌樁處理該處橋頭路基及過渡段能有效減小路基沉降,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

        2.2 材料要求

        水泥采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,所購置的水泥應(yīng)是國家的免檢產(chǎn)品,且在有效期內(nèi)使用;嚴(yán)禁使用受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥。對(duì)非免檢廠生產(chǎn)的水泥,應(yīng)分批提供有關(guān)標(biāo)號(hào)、安定性等試驗(yàn)報(bào)告[9]。 水灰比一般采用0.4~0.45。

        2.3 施工質(zhì)量控制及質(zhì)量檢驗(yàn)

        2.3.1 質(zhì)量控制

        施工時(shí)的質(zhì)量控制應(yīng)符合以下規(guī)定:

        a)漿液拌制必須按預(yù)定的配合比進(jìn)行,拌制好的漿液應(yīng)無離析現(xiàn)象,且放置時(shí)間不宜超過2h;

        b)開始泵送作業(yè)前,應(yīng)保持管路處于潮濕狀態(tài),一遍漿液順利輸入,現(xiàn)場施工時(shí)應(yīng)對(duì)漿液拌制、泵送施工全過程進(jìn)行記錄;

        c)正式施工前應(yīng)進(jìn)行試樁試驗(yàn),得出全面開展施工的的技術(shù)參數(shù),再行開展大面積施工;試樁試驗(yàn)過程應(yīng)全程記錄,如每米下沉?xí)r間、提升時(shí)間、送漿時(shí)間、停漿時(shí)間等參數(shù);

        d)提供使用的漿液必須拌合均勻,施工中供漿必須連續(xù);如果因不可抗因素停漿,為避免斷樁,應(yīng)將噴漿攪拌機(jī)放置停漿面以下1.0m處,等供漿回復(fù)正常后再噴漿提升;

        e)噴漿施工過程中攪拌機(jī)施工至至地面以下2m左右時(shí)提升速度應(yīng)減慢;當(dāng)噴漿口施工至地面時(shí),應(yīng)暫停提升,攪拌噴漿10左右秒以保證樁頭施工質(zhì)量;

        f)漿噴樁施工過程中如果噴漿量不足使得該樁失去設(shè)計(jì)功效時(shí),必須在旁邊補(bǔ)充一根新樁,補(bǔ)充的新樁施工與其它樁施工質(zhì)量相同;

        g)噴漿施工過程時(shí),必須嚴(yán)格按試驗(yàn)得到的鉆進(jìn)深度、停灰時(shí)間、噴粉時(shí)間、送漿時(shí)間等,確保施工質(zhì)量,以電流大于60A作為控制電流,確保樁體穿透軟土層進(jìn)入持力層50cm;

        h)漿噴樁施工結(jié)束28d,并經(jīng)檢驗(yàn)合格后,方可以填筑路基。

        2.3.2 質(zhì)量檢驗(yàn)

        2.3.2.1 施工允許偏差

        施工允許偏差檢驗(yàn)項(xiàng)目包括樁長、樁徑、樁距、單樁噴漿量(由水泥摻量及水泥漿水灰比換算得出)和強(qiáng)度等(詳見表4)。

        2.3.2.2 挖樁頭檢驗(yàn)

        成樁7d內(nèi),應(yīng)進(jìn)行挖樁頭檢驗(yàn),觀察樁體成型情況及攪拌均勻程度,如實(shí)做好記錄,檢查頻率為1%,開挖深度不小于1.5m,如發(fā)現(xiàn)凝體不良等情況,應(yīng)報(bào)廢補(bǔ)樁。

        表4 漿噴樁施工允許偏差

        2.3.2.3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

        成樁28天后,對(duì)不同軟土地質(zhì)條件、不同樁長路段,分別在整樁長度范圍內(nèi)進(jìn)行鉆芯取樣,并進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),要求其上、中、下部(按樁長1/3等分)強(qiáng)度的平均值≥0.6MPa,最小值≥設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1/3,抽檢頻率≥樁數(shù)的2%。

        3 軟基處理效果觀測

        為施工安全考慮,軟基處理設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)竣工驗(yàn)收及通成運(yùn)行后的沉降觀測數(shù)據(jù)(見表5),設(shè)置沉降板和孔隙水壓力計(jì)[7~9],依據(jù)觀測數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工[10]。

        表5 沉降觀測表

        由表中數(shù)據(jù)可知,本項(xiàng)目橋頭路基軟土路段經(jīng)過水泥攪拌樁處理,兩側(cè)橋頭路基處理段路基總沉降分別為0.075m和0.058m,小于0.1m,滿足設(shè)計(jì)要求;通車至今一年沒有產(chǎn)生橋臺(tái)跳車病害,說明水泥攪拌樁處治橋頭路基深厚軟土達(dá)到了預(yù)期效果。

        實(shí)際觀測到的沉降量較計(jì)算值大,可能是由于實(shí)際施工時(shí)成樁未豎直,部分水泥攪拌樁有傾斜,軟土材料具有不均一性,試驗(yàn)獲取的軟土物理力學(xué)參數(shù)不能完全代表軟土整體物理力學(xué)性質(zhì)等因素引起的。

        4 結(jié)論

        軟土地區(qū)的橋頭路基是連接一般路基與橋梁結(jié)構(gòu)物的過渡段,軟基處理方式的選擇尤為關(guān)鍵,處理不好,很容易在通車后產(chǎn)生橋臺(tái)跳車病害,這對(duì)橋頭路基的軟土處理提出了較高的要求。由于橋梁構(gòu)造物是剛性的,沉降基本可忽略,因此對(duì)橋頭路基的處理應(yīng)選擇偏剛性的復(fù)合地基處理方式。本文工程實(shí)例分析說明,一定深度范圍內(nèi)的橋頭軟土路基,水泥攪拌樁處理能有效控制路基沉降,避免產(chǎn)生橋臺(tái)跳車。本文所得主要結(jié)論如下:

        a)對(duì)不同軟土深度及不同工期要求的橋頭軟基處理,應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的處治原則,在控制沉降變形及工期允許的前提下,應(yīng)選擇造價(jià)更為經(jīng)濟(jì)的處治方式;

        b)橋頭路基軟土處理應(yīng)設(shè)置橋頭路基處理過渡段,樁間距較橋頭路基處理段可適當(dāng)放大,以避免橋頭路基與一般路基間的差異沉降過大,同時(shí)應(yīng)對(duì)橋臺(tái)臺(tái)前一定范圍內(nèi)也進(jìn)行處理,本項(xiàng)目臺(tái)前范圍1.5H,H為橋頭填土高度,其他項(xiàng)目可參考使用;

        c)水泥攪拌樁處理3~14m深度的橋頭軟土路基,能使工后沉降滿足要求,避免橋頭跳車,同時(shí)也是較為經(jīng)濟(jì)的軟基處治方式,且施工工期較短,同類工程可參考使用。

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