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        振沖法在蘇泗莊水閘地基加固中的應(yīng)用

        2020-06-29 02:58:36鮑文強(qiáng)
        山東水利 2020年5期
        關(guān)鍵詞:承載力變形施工

        鮑文強(qiáng)

        (鄄城縣水務(wù)局蘇泗莊引黃灌區(qū)管理處,山東 鄄城 274600)

        蘇泗莊引黃灌區(qū)位于山東省鄄城中南部,灌區(qū)總面積為 678.9km2,設(shè)計灌溉面積 3.07×104hm2,灌區(qū)內(nèi)主要農(nóng)作物為:小麥、玉米等。擬建分水閘位于三干渠左岸,樁號8+650,水閘中線垂直干渠中線,與支渠中線一致。閘室主體段采用C30鋼筋混凝土,沿水流方向閘室底板長為4.3m,垂直方向?qū)挒?.2m,底板厚為0.6m。水閘僅設(shè)一個凈寬為2.0m的閘孔,閘墩厚0.6m。

        水閘地基以砂土為主,兩岸存在少量淤泥、黏土,地基土主要問題是淤泥、黏土承載力較低以及砂土液化。

        1 地基加固處理

        1.1 處理方案

        針對表層的淤泥、黏土采用挖掘機(jī)清理,換填為中粗砂,形成振沖施工面。設(shè)計振沖管徑為377mm,采用等邊三角形布置,孔距為1.7m,沉管需進(jìn)入礫石層,深度為6.0m,振動器功率為75kW。

        設(shè)計沉管速度為1~2m/min,設(shè)計成孔水壓為0.6MPa,當(dāng)沉管達(dá)到6.0m時,需要停止振動1~2min。拔管速度應(yīng)在1~1.5m/min范圍內(nèi),拔管是利用人工將中粗砂回填至振沖孔內(nèi),回填料振實后,進(jìn)行下一次上提振沖器,單次上提高度為0.4m,直至達(dá)到地面高度。

        1.2 現(xiàn)場試驗

        根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知,基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)的砂土結(jié)構(gòu)松散,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N’63.5不大于3,采用振沖擠密的方法加固地基。

        試驗前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)對比見圖1。從圖1可知,加固后錘擊數(shù)明顯提升,達(dá)到了8~10次,大于錘擊數(shù)大于6次的設(shè)計要求。

        圖1 加固前后錘擊平均數(shù)對比

        為研究地基處理后砂樁、樁間土以及復(fù)合地基的承載力,采用載荷試驗,試驗結(jié)果見表1。

        根據(jù)表1結(jié)果可知,通過振沖處理,地基承載力提升較大,其中砂樁承載力為466kPa,樁間土在擠密作用力承載力也提高至178kPa,復(fù)合地基承載力為245kPa,滿足承載力設(shè)計要求。

        2 加固效果數(shù)值模擬分析

        2.1 數(shù)值模擬模型建立

        根據(jù)現(xiàn)場勘察,水閘地基巖土體從上至下依次為:填砂土(1.0m)、中粗砂(2.0m)、夾砂淤泥(1.0m)、中粗砂(2.5m)。根據(jù)設(shè)計樁長6.0m,深入至從上至下第二層中粗砂層中。樁間距為1.7m,樁徑為377mm,根據(jù)地層特征以及振沖樁特征,建立FLAC數(shù)值模擬模型,研究水閘施工及后期運(yùn)行期間振沖樁、樁間土應(yīng)力應(yīng)變特征。

        表1 載荷試驗結(jié)果

        2.2 數(shù)值模擬計算結(jié)果分析

        1)沉降變形分析。振沖樁和樁間土沉降變形結(jié)果見圖2。從圖2可知,在水閘施工及后期運(yùn)行過程中,振沖樁和樁間土的沉降量逐漸增大,變形速度在施工完成后逐漸降低。在水閘施工初期,振沖樁和樁間土沉降差值較小,這主要是由于建設(shè)初期上部荷載較小,樁間土和振沖樁以相同的變形速率發(fā)生沉降變形。隨著水閘的不斷施工建設(shè),上部荷載逐漸增大,大于樁間土承載力時,樁間土以較大的變形速度發(fā)生沉降,振沖樁與樁間土的沉降差值逐漸增大,在水閘施工完工期達(dá)到最大值。之后,隨著荷載的穩(wěn)定,振沖樁與樁間土沉降差值減小,樁、土共同承擔(dān)水閘在地基中形成的應(yīng)力。

        圖2 沉降變形監(jiān)測結(jié)果

        2)樁土應(yīng)力比分析。樁土應(yīng)力比為振沖樁與樁間土所承受應(yīng)力的比值。樁土應(yīng)力比計算結(jié)果見圖3。從圖3可知,在水閘建設(shè)初期,荷載處于樁間土承載力范圍,樁土應(yīng)力比處于較小的水平,表明樁土所承受應(yīng)力差值較小。在水閘的不斷施工過程中,荷載不斷增大,直至樁間土所承擔(dān)應(yīng)力大于其承載力,此時,振沖樁承載主要的主應(yīng)力,樁土應(yīng)力比逐漸增大,在水閘完工時,樁土應(yīng)力比達(dá)到最大值。當(dāng)荷載穩(wěn)定后,樁間土固結(jié)后承載力提升,此時,樁土應(yīng)力比值下降并逐漸趨于穩(wěn)定值。

        圖3 樁土應(yīng)力比

        3 結(jié)語

        1)通過分析,振沖法加固松散砂土地基主要包括兩方面作用:擠密效應(yīng)、排水減壓效應(yīng)。

        2)結(jié)合蘇泗莊引黃灌區(qū)水閘建設(shè)工程實例,采用標(biāo)貫試驗、載荷試驗研究振沖法加固地基效果,加固后地基密實度和承載力均得到提升。

        3)通過數(shù)值模擬試驗研究加固后地基沉降控制效果及樁土應(yīng)力比。采用振沖法加固地基沉降變形量不大于35mm,且樁土沉降差值穩(wěn)定后的數(shù)值小于2mm,樁土應(yīng)力比也小于1.,加固效果較好。

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