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        高速公路大型預(yù)制堆載場(chǎng)地地基處治方法比選運(yùn)用

        2017-11-09 02:17:24苗秋福
        山西交通科技 2017年1期
        關(guān)鍵詞:層土密樁灰土

        苗秋福

        (山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司 陽泉分公司,山西 陽泉 045000)

        隨著高速公路的飛速發(fā)展,高速公路建設(shè)施工技術(shù)和管理水平有了較大的提高,較好地完成了建設(shè)目標(biāo),但是施工過程中也暴露了施工期間控制能力不足,出現(xiàn)不少的質(zhì)量問題,質(zhì)量通病層出不窮。實(shí)踐證明,推行高速公路標(biāo)準(zhǔn)化施工,加強(qiáng)施工過程監(jiān)控是確保高速公路建設(shè)質(zhì)量的有效措施。標(biāo)準(zhǔn)化施工包括標(biāo)準(zhǔn)化管理、標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝流程、標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件等等。其中標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件就需要大型的預(yù)制工廠,統(tǒng)一進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)。為了保證施工的不中斷及預(yù)制施工安全性等,預(yù)制場(chǎng)地本身的安全性尤為重要,其中堆載場(chǎng)地基穩(wěn)定是不可忽視的主要因素之一。

        1 堆載場(chǎng)地地基處治目的和作用

        地基所面臨的問題主要有以下幾個(gè)方面:a)承載力及穩(wěn)定性問題;b)壓縮及不均勻沉降問題;c)滲漏問題;d)液化問題;e)特殊土的特殊問題。當(dāng)天然地基存在上述五類問題之一或其中幾個(gè)同時(shí)出現(xiàn)時(shí),需采用地基處理措施以保證上部結(jié)構(gòu)的安全與正常使用。

        2 堆載場(chǎng)地地基處治原理

        地基剪切破壞的具體表現(xiàn)形式有建筑物的地基承載力不夠,由于偏心荷載或側(cè)向土壓力的作用使結(jié)構(gòu)失穩(wěn);由于填土或建筑物荷載,使鄰近地基產(chǎn)生隆起;土方開挖時(shí)邊坡失穩(wěn)基坑開挖時(shí)坑底隆起。地基土的剪切破壞主要因?yàn)榈鼗恋目辜魪?qiáng)度不足,因此,為防止剪切破壞,就需要采取一定的措施提高地基土的抗剪強(qiáng)度,提高地基土的壓縮模量,以減少地基的沉降和不均勻沉降。對(duì)于濕陷性黃土和膨脹土,就是消除或減少黃土的濕陷性或膨脹土的脹縮性。

        3 工程概況

        某高速公路大型預(yù)制堆載場(chǎng)地,跨度L=24.0 m,柱基礎(chǔ)底面寬度b=4.0 m,基礎(chǔ)埋深d=2.0 m,地基土0~30.0 m為粉質(zhì)黏土、黏土,平均壓縮模量Es=7.0 MPa,30.0 m以下為砂卵石及砂巖層,未見地下水。堆載縱向長(zhǎng)度a=48.0 m,地面堆載荷載q=65.0 kPa,周圍無其他建構(gòu)筑物。

        圖1 地面堆載圖(單位:cm)

        在地面堆載荷載作用下,柱基內(nèi)側(cè)邊緣處地基必然產(chǎn)生附加沉降,從而影響柱基產(chǎn)生不均勻沉降變形。當(dāng)沉降變形超過一定的限值時(shí),柱基沉降變形易造成上部結(jié)構(gòu)破壞,給施工人員帶來安全隱患,中斷作業(yè),從而影響高速公路建設(shè)工期等。

        4 沉降變形計(jì)算

        為避免柱基在地面堆載作用下出現(xiàn)較大的沉降變形,對(duì)堆載作用下柱基內(nèi)側(cè)邊緣進(jìn)行沉降變形計(jì)算分析。本文柱基內(nèi)側(cè)邊緣中點(diǎn)處地基附加沉降變形按應(yīng)力面積法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算深度取30 m,公式[1]如式(1):

        式中:S為沉降變形量;n為沉降變形深度內(nèi)的土層層數(shù);p0為基底下的附加應(yīng)力,kPa;Esi為基底下第i層土的壓縮模量,MPa;zi、zi-1為基底下至第i層土、第i-1層土底面的距離,為基底下計(jì)算點(diǎn)至第i層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)[1]。

        根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄N,荷載范圍橫向?qū)挾?4 m,超過柱基寬度4 m的5倍,按5倍荷載柱基礎(chǔ)寬度進(jìn)行計(jì)算分析。荷載柱基礎(chǔ)兩側(cè)地面荷載計(jì)算時(shí)以每段0.5倍基礎(chǔ)寬度為原則劃分為10個(gè)區(qū)間,并計(jì)算等效均布地面堆載。等效均布地面堆載荷載按公式(2)進(jìn)行計(jì)算:

        式中:qep為等效均布地面荷載,kPa;βi為第 i區(qū)間的荷載換算系數(shù),按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范查??;qi為荷載柱基內(nèi)側(cè)第i區(qū)間的荷載值,kPa;pi為荷載柱基外側(cè)第i區(qū)間的荷載值,kPa。

        根據(jù)a/5b=48/(5×4)=2.5>1,查建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄N得各個(gè)區(qū)間的換算系數(shù)βi。

        等效均布地面荷載計(jì)算為:

        計(jì)算荷載柱基內(nèi)側(cè)邊緣中點(diǎn)的沉降變形量時(shí),將荷載面積48 m×20 m分為兩個(gè)24 m×20 m,總的附加應(yīng)力系數(shù)為小矩形附加應(yīng)力系數(shù)的2倍。附加應(yīng)力系數(shù)見表1。

        表1 附加應(yīng)力系數(shù)表

        根據(jù)沉降變形計(jì)算公式得荷載柱基內(nèi)側(cè)邊緣中點(diǎn)的沉降變形量為:

        查建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范7.5.5表,a=48.0 m,b=4.0 m,地基附加沉降允許值[S'g]=79.0 mm,S'=91.55 mm>[S'g]=79.0 mm,不滿足規(guī)范要求。

        5 沉降處治方案比選

        根據(jù)計(jì)算,在地面堆載荷載作用下,柱基內(nèi)側(cè)邊緣中點(diǎn)的附加沉降量大于地基附加沉降允許值,不滿足規(guī)范要求,需對(duì)地基進(jìn)行處理。為了消除地基的附加沉降變形量,擬定3個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選論證,最終確定處理方案。

        5.1 堆載預(yù)壓方案

        5.2 強(qiáng)夯法方案

        強(qiáng)夯法[4-5]又稱動(dòng)力固結(jié)法,可以適用加固各類粉土、砂性土、一般黏性土、黃土等,尤其適應(yīng)加固大塊碎石類土及建筑生活垃圾或工業(yè)廢料組成的雜填土??紤]預(yù)制場(chǎng)地的適宜性,本文強(qiáng)夯法方案采用1 000 kN·m的夯擊能以梅花型布置對(duì)預(yù)制場(chǎng)地基土進(jìn)行夯擊,第一遍夯擊點(diǎn)間距可取夯錘直徑的2.5~3.5倍,第二遍夯擊點(diǎn)應(yīng)位于與第一遍夯擊點(diǎn)之間,夯擊能為600 kN·m。兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時(shí)間間隔,間隔時(shí)間由土中超孔隙水壓力的消散時(shí)間決定,本文無地下水,土質(zhì)含水量較低,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行確定。強(qiáng)夯處理范圍每邊超出柱基外緣寬度3 m。當(dāng)最后兩次夯擊的平均夯擊沉降量小于等于5 cm時(shí)可以停止夯擊,強(qiáng)夯結(jié)束時(shí)間初步估計(jì)為15 d。

        5.3 灰土擠密樁方案

        灰土擠密樁[6]是由樁間擠密土和灰土樁樁體一起承擔(dān)上部荷載的復(fù)合地基,其能夠較大地提高地基土的承載力特征值和增強(qiáng)地基水穩(wěn)定性??紤]提高地基承載力,減小地基沉降,對(duì)預(yù)制場(chǎng)地地基采用灰土擠密樁進(jìn)行處理。灰土擠密樁樁徑500 mm,樁長(zhǎng)12 m,樁孔呈等邊三角型布置,處理范圍為預(yù)制場(chǎng)地兩側(cè)各加6 m。經(jīng)過灰土擠密樁擠密及置換作用后,樁間土地基承載力特征值得到提高,土的壓縮模量增大,預(yù)制場(chǎng)地基沉降有效減少。考慮樁施工完畢后14~28 d才能進(jìn)行承載力檢測(cè),故復(fù)合地基方案結(jié)束時(shí)間初步估計(jì)1個(gè)月以上。

        6 堆載場(chǎng)地處理方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

        堆載預(yù)壓方案優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)相對(duì)較低、施工方便、技術(shù)要求較低等,缺點(diǎn)是工期長(zhǎng)、處治效果不佳;灰土擠密樁方案優(yōu)點(diǎn)是能夠有效提高地基承載力和壓縮模量,減少地基沉降,處理效果好,缺點(diǎn)是工程造價(jià)高、施工復(fù)雜、工期相對(duì)較長(zhǎng)等;強(qiáng)夯方案優(yōu)點(diǎn)工程造價(jià)相對(duì)較低、施工方便、工期較短,缺點(diǎn)是易對(duì)周圍建筑物產(chǎn)生振動(dòng)影響。

        根據(jù)上述地基沉降計(jì)算可知,未處理前地基沉降超高允許沉降約12 mm,要求處理的沉降量較小。預(yù)制場(chǎng)地經(jīng)3種方案處理后均能滿足規(guī)范要求,但灰土擠密樁方案及堆載預(yù)壓方案工程造價(jià)相對(duì)較高、工期較長(zhǎng),綜合考慮采用強(qiáng)夯方案。

        7 處治效果

        8 結(jié)語

        根據(jù)強(qiáng)夯后沉降變形量計(jì)算結(jié)果可知,采用強(qiáng)夯法處理堆載場(chǎng)地后其沉降變形能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求,有效地節(jié)約了工期,降低了工程成本,保證了工程質(zhì)量,取得了較好的工程效果。強(qiáng)夯法由于其施工方便、工程成本較低,能夠有效減少地基沉降、提高地基的承載力及地基壓縮模量等,現(xiàn)已廣泛用于各類土建工程中,處治效果較好。

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