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        新農(nóng)至西中島公路軟基處理方案及加固效果

        2018-06-11 10:38:26王莉
        城市道橋與防洪 2018年5期
        關(guān)鍵詞:橋頭淤泥路段

        王莉

        (中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司,天津市 300381)

        1 概述

        隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會的建設(shè)和城市的發(fā)展,很多城市選擇了新城區(qū)建設(shè),有的城市向大陸縱深發(fā)展,也有很多城市選擇了向大海延伸。每年陸地面積擴(kuò)展速度以數(shù)百上千平方米計,但軟土地基處理技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上這一迅猛勢頭。目前吹填土土性也愈來愈復(fù)雜,總體上看,從吹填砂礫、粉砂和移山倒海土石料逐漸向細(xì)粒土方向發(fā)展,由此帶來的巖土工程問題也日趨復(fù)雜,技術(shù)含量也更高。

        新農(nóng)至西中島公路項目位于大連長興島沿海地區(qū),設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為一級公路,全線長約18 km,先后連通陸地、交流島、駱駝島和西中島,其中十余千米路段穿越海灘、鹽田及吹填的軟土地區(qū)。沿線所經(jīng)地貌按成因可分為沖洪積平原、海積階地和潮間帶等。沿線特殊土主要類型為素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。其中素填土為第四系全新統(tǒng)人工回填,黃褐色,稍濕,松散,主要由粉砂、黏性土及碎石回填而成,層厚0.50~5.40 m;淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為灰褐色,濕,軟塑,局部混粉砂,分布不均勻,呈透鏡體分布,無搖震反應(yīng),稍有光澤反應(yīng),干強(qiáng)度低,韌性低,該層主要分布場地東側(cè),層厚1.00~6.80 m。這種地基土的特點是強(qiáng)度低、固結(jié)慢、變形大。軟土路基主要位于潮間帶,地表水深0.5~2.0 m。由于該工程受海水波浪侵襲和周邊規(guī)劃高程的影響,路基填土較高,平均填土高度約5 m,局部橋頭路段填土高度8 m左右。

        在軟土地區(qū)修筑路堤將產(chǎn)生一系列問題,如地基抗剪強(qiáng)度不夠引起路堤側(cè)向整體滑動,邊坡外側(cè)土體隆起,橋頭路堤縱向沿路線向河床方向產(chǎn)生整體滑動,導(dǎo)致橋臺破壞:人工構(gòu)造物與路堤銜接處產(chǎn)生差異沉降,引起橋頭跳車及路面破壞;路基底面沿橫向產(chǎn)生盆形沉降曲線,導(dǎo)致路面橫坡變緩,影響橫向排水等。對于高速行駛的車輛來說,其安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性均會受到影響,大大降低了道路的功能,同時也給養(yǎng)護(hù)部門帶來了諸多不便。因此選擇合適的方法對軟土路基加以處理,具有十分重要的意義。

        2 工程地質(zhì)條件

        根據(jù)勘察場地鉆孔揭露,場地巖土體構(gòu)成及分布規(guī)律自上而下的順序?qū)Ω魍翆拥幕咎卣骶C述見表1。

        依據(jù)本工程地質(zhì)勘察報告,給出各段土層的承載力容許值見表2。

        3 軟基處理方案

        3.1 常用軟基處理方法

        結(jié)合工程實際及類似項目調(diào)研,大連地區(qū)常用的軟基處理方法有:一般路段多采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法、強(qiáng)夯置換法及挖除換填法等;橋頭路基路段多采用水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、振沖碎石樁等軟基處理方法。

        堆載預(yù)壓排水固結(jié)法的特點:質(zhì)量可靠、技術(shù)控制難度小、施工簡單、省電,但工期略長,需較大的預(yù)壓材料。

        強(qiáng)夯置換法適用于粉砂土和軟黏土地基等,具有施工簡單、工期短、處理質(zhì)量高等優(yōu)點,且處理深度較深,滿足沉降要求。

        挖除換填法基本適用于任何地基情況,優(yōu)點是工期短、施工方便、現(xiàn)場檢測簡便等,缺點是需要大量換填材料。

        水泥攪拌樁主要用于加固飽和軟黏土地基。采用水泥攪拌樁復(fù)合地基處理軟基,施工簡便、造價不高、效果較好,在該地區(qū)使用廣泛,有比較成熟的工程經(jīng)驗。但水泥攪拌樁也存在著樁長不能過長(一般不大于15 m)、施工質(zhì)量較難控制等弊病。

        高壓旋噴樁適用于處理淤泥,淤泥質(zhì)土,流塑、軟塑或可塑飽和黏性土地基,特別適宜在施工場地狹窄、凈空低、上部土質(zhì)較硬而下部軟弱時采用,缺點是造價較高。

        碎石擠密樁復(fù)合地基設(shè)備簡單,施工方便、快捷,對材料的要求也不是太高,是一種較經(jīng)濟(jì)、合理的加固軟弱地基技術(shù)。由于復(fù)合地基中的碎石樁體由粗粒材料組成,可起到加速排水固結(jié)的作用,土的強(qiáng)度提高,抵抗樁體側(cè)向變形能力更強(qiáng),樁體應(yīng)力集中更明顯,達(dá)到樁、土協(xié)調(diào)一致,提高了復(fù)合地基強(qiáng)度,減少地基的沉降量,增強(qiáng)地基穩(wěn)定性。

        考慮該項目特點、工程經(jīng)濟(jì)、施工難度及成熟經(jīng)驗等,經(jīng)綜合比選,確定該工程一般路段采用強(qiáng)夯置換法,橋頭路基路段采用振沖碎石樁法進(jìn)行路基處理。

        表1 巖土體基本特征表

        表2 地基土承載力基本容許值一覽表

        3.2 該工程軟基處理方案

        3.2.1強(qiáng)夯置換

        該工程選用強(qiáng)夯置換錘直徑為1.2 m,置換墩中心距為4 m,共進(jìn)行4遍夯擊(2遍點夯,2遍滿夯)。第一遍點夯,夯點間距為4 m,夯擊能為4 000 kN·m(具體夯擊能量應(yīng)通過試夯確定),處理范圍為兩側(cè)道路紅線外延5 m(寬度60 m),采用隔樁跳打的方式,保證連續(xù)兩次夯點間距為8 m,每一次夯擊后應(yīng)及時平整場地、補充開山石碴。單點最后兩擊夯沉量不超過10 cm,夯擊時用水準(zhǔn)儀觀測沉降。

        經(jīng)間歇期(不少于2周)后進(jìn)行第二遍夯擊,夯點為第一遍點夯中央,夯點間距為4 m,夯擊能為4 000 kN·m(與第一遍夯擊能量相同),處理范圍、施作方法及觀測沉降與第一遍點夯相同。

        3.2.2振沖碎石樁

        路基兩側(cè)坡腳外15 m位置打壩、抽水、清淤1 m,鋪設(shè)1 m碎石墊層并夯實,以此作為施工平臺在其上布點進(jìn)行振沖碎石樁施工。平臺頂面寬度為路基兩側(cè)坡腳外各延伸5 m。

        碎石樁設(shè)計中按照承載力控制計算樁距,樁徑設(shè)計為0.8 m,橫向路基范圍為加固范圍,按間距2 m正三角形布設(shè)碎石樁;其后20m路基為橋頭過渡段,過渡段和錐坡部分及路基邊坡范圍,按間距2.2 m正三角形布設(shè)碎石樁。

        4 加固效果檢驗

        4.1 強(qiáng)夯置換加固效果檢驗

        為了解加固范圍內(nèi)巖土的工程地質(zhì)特性,用來比較地基加固后土體的各項物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的改善情況,強(qiáng)夯前分別布設(shè)取樣孔3個,每層土分別取一個樣,試驗后在上部填土層(淤泥層)和下臥粉質(zhì)黏土層中分別取6組樣進(jìn)行試驗,取樣總數(shù)為12組,進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)試驗及部分特殊性土工試驗。室內(nèi)土工測試結(jié)果均值見表3。

        從實驗結(jié)果可以看出,強(qiáng)夯后淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土的含水率和孔隙比均有所下降,但粉質(zhì)黏土的下降幅度不是很大;淤泥質(zhì)黏土的摩擦角有較大提高,但凝聚力有所下降,這與強(qiáng)夯破壞其結(jié)構(gòu)性有關(guān)。

        實驗區(qū)內(nèi)距離夯坑中心2 m,兩個夯坑中心和三個夯坑中心分別在強(qiáng)夯置換實驗前后進(jìn)行了靜力觸探和動力觸探實驗。從靜力觸探測試結(jié)果可以看出,強(qiáng)夯置換后,距離夯坑中心2 m處和兩坑中心處的比貫入阻力高于強(qiáng)夯置換前,說明強(qiáng)夯置換加固效果較為明顯;在三個夯坑中心處的加固效果稍遜于前兩處。在垂直深度1~7 m段加固效果較好,8 m以下的加固效果不是很明顯,如圖1所示。

        從動力觸探測試結(jié)果可以看出,2 m以下的強(qiáng)夯置換效果均較為明顯,2 m以上的錘擊數(shù)有所減小,可能由于強(qiáng)夯置換使土體擾動所致??傮w來說,強(qiáng)夯置換顯著提高了海相淤泥軟土地基的承載力。強(qiáng)夯置換后地基承載力特征值均大于150 kPa,滿足設(shè)計要求。

        圖1 動力觸探曲線

        4.2 橋頭段碎石樁處理效果檢驗

        在強(qiáng)夯置換碎石樁處理軟弱軟地基時,比較重要的是驗證處理后的地基承載力。該工程碎石樁采用正三角形布置,等效影響圓的直徑

        面積置換率

        復(fù)合地基承載力計算公式為

        式中:fsp,k、fp,k、fs,k分別為復(fù)合地基承載力、碎石樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值、原狀土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

        式中:n為樁土應(yīng)力比,通常為2~4。

        表3 室內(nèi)土工測試結(jié)果

        根據(jù)地勘報告可知原狀土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值為120 kPa,取不同樁徑、樁間距代入上面公式可得到復(fù)合地基承載力為fs,k=174~191 MPa。考慮碎石墊層的作用,預(yù)計加固后各工點地基的承載力設(shè)計值均可在180 kPa以上。

        根據(jù)規(guī)范要求,路面設(shè)計使用年限內(nèi)(15年)工后沉降標(biāo)準(zhǔn)為一般路段不大于30 cm,橋頭路堤不大于10 cm,涵洞或箱形通道處不大于20 cm。

        沉降計算采用理正軟件、經(jīng)驗系數(shù)法,輸入ep壓縮曲線,工后沉降基準(zhǔn)期結(jié)束時間取 180(個月)。計算結(jié)果見表4。

        從計算結(jié)果可見,經(jīng)過碎石樁處理后的橋頭段復(fù)合地基承載力及工后沉降均可滿足規(guī)范要求,達(dá)到良好的加固效果。

        表4 工后沉降基準(zhǔn)期結(jié)束時沉降計算

        5 結(jié)語

        在該工程中對于一般路段,采用強(qiáng)夯置換法能達(dá)到理想的地基承載力(大于150 MPa),與傳統(tǒng)挖除換填方法相比,能節(jié)省15%的費用,具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。對于橋頭路段,采用振沖碎石樁法加固效果明顯,能夠滿足工后沉降要求。此外,沉降與穩(wěn)定動態(tài)監(jiān)測是地基處理施工中不可缺少的重要環(huán)節(jié),也是驗證設(shè)計的重要手段,必須請有資質(zhì)的獨立的第三方進(jìn)行監(jiān)測。為保證施工質(zhì)量,施工前要進(jìn)行成樁工藝和成樁擠密試驗。當(dāng)成樁質(zhì)量不能滿足設(shè)計要求時,應(yīng)調(diào)整樁間距、填料量提升高度、擠密時間等施工參數(shù),重新進(jìn)行試驗或改變設(shè)計。

        濱海公路的軟基處理方案應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)條件、不同工點、工程材料供應(yīng)和工期等因素綜合比選,以便選取最優(yōu)方案。

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