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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(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司,天津市 300381)

        1 概述

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)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(jì),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(shì)頭。目前吹填土土性也愈來(lái)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(lái)的巖土工程問(wèn)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(xiàng)目位于大連長(zhǎng)興島沿海地區(qū),設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)公路,全線長(zhǎng)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(wú)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(chǎng)地東側(cè),層厚1.00~6.80 m。這種地基土的特點(diǎn)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(wèn)題,如地基抗剪強(qiáng)度不夠引起路堤側(cè)向整體滑動(dòng),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(dòng),導(dǎo)致橋臺(tái)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(chē)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(duì)于高速行駛的車(chē)輛來(lái)說(shuō),其安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性均會(huì)受到影響,大大降低了道路的功能,同時(shí)也給養(yǎng)護(hù)部門(mén)帶來(lái)了諸多不便。因此選擇合適的方法對(duì)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(chǎng)地鉆孔揭露,場(chǎng)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(jiàn)表1。

        依據(jù)本工程地質(zhì)勘察報(bào)告,給出各段土層的承載力容許值見(jiàn)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(shí)際及類似項(xiàng)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(diǎn):質(zhì)量可靠、技術(shù)控制難度小、施工簡(jiǎn)單、省電,但工期略長(zhǎng),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(jiǎn)單、工期短、處理質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn),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(diǎn)是工期短、施工方便、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)簡(jiǎn)便等,缺點(diǎn)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(jiǎn)便、造價(jià)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(yàn)。但水泥攪拌樁也存在著樁長(zhǎng)不能過(guò)長(zhǎng)(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(chǎng)地狹窄、凈空低、上部土質(zhì)較硬而下部軟弱時(shí)采用,缺點(diǎn)是造價(jià)較高。

        碎石擠密樁復(fù)合地基設(shè)備簡(jiǎn)單,施工方便、快捷,對(duì)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(xiàng)目特點(diǎn)、工程經(jīng)濟(jì)、施工難度及成熟經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)夯,2遍滿夯)。第一遍點(diǎn)夯,夯點(diǎn)間距為4 m,夯擊能為4 000 kN·m(具體夯擊能量應(yīng)通過(guò)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(diǎn)間距為8 m,每一次夯擊后應(yīng)及時(shí)平整場(chǎng)地、補(bǔ)充開(kāi)山石碴。單點(diǎn)最后兩擊夯沉量不超過(guò)10 cm,夯擊時(shí)用水準(zhǔn)儀觀測(cè)沉降。

        經(jīng)間歇期(不少于2周)后進(jìn)行第二遍夯擊,夯點(diǎn)為第一遍點(diǎn)夯中央,夯點(diǎn)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(cè)沉降與第一遍點(diǎn)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(shí),以此作為施工平臺(tái)在其上布點(diǎn)進(jìn)行振沖碎石樁施工。平臺(tái)頂面寬度為路基兩側(cè)坡腳外各延伸5 m。

        碎石樁設(shè)計(jì)中按照承載力控制計(jì)算樁距,樁徑設(shè)計(jì)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(guò)渡段,過(guò)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(yàn)

        4.1 強(qiáng)夯置換加固效果檢驗(yàn)

        為了解加固范圍內(nèi)巖土的工程地質(zhì)特性,用來(lái)比較地基加固后土體的各項(xiàng)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(gè),每層土分別取一個(gè)樣,試驗(yàn)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(yàn),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(yàn)及部分特殊性土工試驗(yàn)。室內(nèi)土工測(cè)試結(jié)果均值見(jiàn)表3。

        從實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)距離夯坑中心2 m,兩個(gè)夯坑中心和三個(gè)夯坑中心分別在強(qiáng)夯置換實(shí)驗(yàn)前后進(jìn)行了靜力觸探和動(dòng)力觸探實(shí)驗(yàn)。從靜力觸探測(cè)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(shuō)明強(qiáng)夯置換加固效果較為明顯;在三個(gè)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(dòng)力觸探測(cè)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(dòng)所致??傮w來(lái)說(shuō),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(jì)要求。

        圖1 動(dòng)力觸探曲線

        4.2 橋頭段碎石樁處理效果檢驗(yàn)

        在強(qiáng)夯置換碎石樁處理軟弱軟地基時(shí),比較重要的是驗(yàn)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(jì)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(cè)試結(jié)果

        根據(jù)地勘報(bào)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??紤]碎石墊層的作用,預(yù)計(jì)加固后各工點(diǎn)地基的承載力設(shè)計(jì)值均可在180 kPa以上。

        根據(jù)規(guī)范要求,路面設(shè)計(jì)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(jì)算采用理正軟件、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法,輸入ep壓縮曲線,工后沉降基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí)間取 180(個(gè)月)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

        從計(jì)算結(jié)果可見(jiàn),經(jīng)過(guò)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(shí)沉降計(jì)算

        5 結(jié)語(yǔ)

        在該工程中對(duì)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(fèi)用,具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是地基處理施工中不可缺少的重要環(huán)節(jié),也是驗(yàn)證設(shè)計(jì)的重要手段,必須請(qǐng)有資質(zhì)的獨(dú)立的第三方進(jìn)行監(jiān)測(cè)。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(yàn)。當(dāng)成樁質(zhì)量不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),應(yīng)調(diào)整樁間距、填料量提升高度、擠密時(shí)間等施工參數(shù),重新進(jìn)行試驗(yàn)或改變?cè)O(shè)計(jì)。

        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(diǎn)、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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