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        堆載預(yù)壓和預(yù)應(yīng)力管樁聯(lián)合處理軟土地基方法

        2020-08-05 12:19:12田中亞
        山東交通科技 2020年3期
        關(guān)鍵詞:工后排水板試驗(yàn)段

        喬 穎,田 勛,田中亞

        (1.湖南中大檢測(cè)技術(shù)集團(tuán)有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410205;2.齊魯交通發(fā)展集團(tuán)濟(jì)南分公司,山東 濟(jì)南 250001)

        1 研究背景

        軟弱地基土地區(qū)出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象較多,在路基段的地基處理過程中工藝較復(fù)雜,難度較大。橋梁樁基一般都是采用深層剛性樁,而與橋梁搭接的路基段則是淺層的柔性基礎(chǔ),這種不均勻沉降的差異化,加大了橋頭跳車出現(xiàn)的頻率以及嚴(yán)重程度。橋頭軟基處理常用的方法有排水固結(jié)法、水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等。

        在淤泥厚度小于15 m時(shí),采用水泥攪拌樁基本可以解決橋頭路基的不均勻沉降問題,但是對(duì)于深度大于15 m,甚至達(dá)到30 m以上的局部路基段,一般采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行處理。但是混凝土管樁處理價(jià)格比較昂貴,所以在試驗(yàn)段采用塑料排水板堆載預(yù)壓法和預(yù)應(yīng)力管樁綜合處理的方法進(jìn)行處理,驗(yàn)證其處理效果。

        選擇溫州市甬臺(tái)溫高速公路進(jìn)行軟土地基處理試驗(yàn),該路段采用雙向六車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計(jì)時(shí)速100 km。部分橋頭搭接路基部分存在較嚴(yán)重的軟弱性路基,淤泥深度為30~35 m。工程地基淤泥深厚且呈流塑性,具有含水量高、透水性差、靈敏性高、抗剪強(qiáng)度低、承載力低等特征,設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)文件中,預(yù)應(yīng)力管樁采用平行四邊形布置,管樁外徑采用400 mm,每根管樁包含接樁和開口(閉口)型樁尖,樁尖采用B型,樁帽采用C30現(xiàn)澆混凝土。在場(chǎng)地允許的情況下,采用靜壓法沉樁。在采用預(yù)應(yīng)力管樁處理路段,樁頂50 cm厚德填筑材料應(yīng)采用粒徑不大于5 cm,含泥量小于10%的清宕渣墊層。

        2 聯(lián)合處理法的現(xiàn)場(chǎng)處理

        針對(duì)幾種傳統(tǒng)的軟基處理方法優(yōu)缺點(diǎn),選取3處橋頭軟基處理段位置,其軟基深度及地質(zhì)情況基本一致。選取K24+305—K24+505段作為綜合處理的試驗(yàn)段,K31+498—K31+602、K50+007—K50+300按照設(shè)計(jì)文件進(jìn)行軟基處理作為對(duì)比段。試驗(yàn)路段總長(zhǎng)度為200 m,路基寬度為35 m,在試驗(yàn)路段采用塑料排水板堆載預(yù)壓法和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行綜合處理,對(duì)比路段采用常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行軟基處理。

        2.1 試驗(yàn)段軟基處理

        試驗(yàn)段采用塑料排水板堆載預(yù)壓法和預(yù)應(yīng)力管樁法綜合處理,施工現(xiàn)場(chǎng)布置見圖1、圖2,施工及監(jiān)測(cè)流程見圖3。

        圖1 平面

        圖2 立面

        圖3 試驗(yàn)段主要施工及監(jiān)測(cè)流程

        2.2 對(duì)比路段軟基處理

        根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求,預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在平面位置上采用平行四邊形布置,管樁樁長(zhǎng)穿透軟土層,并進(jìn)入持下臥持力層深度不小于1 m,預(yù)應(yīng)力管樁外徑為40 cm,沉樁采用靜壓法。施工及監(jiān)測(cè)流程見圖4。

        圖4 對(duì)比路段施工及監(jiān)測(cè)流程

        2.3 堆載預(yù)壓的技術(shù)要求

        (1)堆載預(yù)壓的材料宜采用素填土、砂等散料;(2)堆載要嚴(yán)格控制加荷速率,按設(shè)計(jì)要求分級(jí)加荷。根據(jù)堆載材料的密度,換算成相應(yīng)散料的每級(jí)堆載高度,保證在各級(jí)荷載下地基的穩(wěn)定性,同時(shí)要避免局部堆載過高而導(dǎo)致地基局部破壞。一般堆載控制指標(biāo)是:最大豎向變形量不應(yīng)超過10 ~15 mm/d;邊緣水平位移不應(yīng)大于5 mm/d;孔隙水壓力不超過預(yù)壓荷載所產(chǎn)生應(yīng)力的50~60%;(3)堆載邊緣宜超出地基處理部位底邊緣并適當(dāng)超出插板地帶;(4)大面積施工時(shí)可采用自卸車與推土機(jī)聯(lián)合作業(yè),但要注意不能損壞已插好的排水板,更不允許超鏟將塑料排水板拔出。

        2.4 地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

        根據(jù)設(shè)計(jì)要求在軟土處理地段埋設(shè)沉降觀測(cè)標(biāo)志、設(shè)置沉降板,沉降板鋼板采用300 mm×300 mm×5 mm的鋼板,直桿(沉降桿)為一根Ф40 mm的鋼管,并由一根套管及四塊鋼肋板將其焊接在沉降板上。

        沉降桿應(yīng)隨填土升高而逐漸接高,一般每段接管的長(zhǎng)度為500 mm,兩端由螺紋接頭與空心管緊咬連接,隨著填土高度的增加接長(zhǎng)觀測(cè)桿及套管。沉降觀測(cè)應(yīng)有明顯的標(biāo)志,防止施工碰撞。橋頭路段設(shè)置2~3個(gè)觀測(cè)斷面,路基填筑期間,每填筑一層觀測(cè)一次,填筑間歇期間,每3 d觀測(cè)一次,路堤進(jìn)入預(yù)壓期后,每周觀測(cè)一次、路面施工期間,每層觀測(cè)一次。工后沉降每月觀測(cè)一次。

        根據(jù)設(shè)計(jì)要求做好沉降觀測(cè),埋設(shè)完應(yīng)至少測(cè)量?jī)纱危院竺吭黾右患?jí)荷載,至少觀測(cè)兩次,并及時(shí)做好記錄。在預(yù)壓期應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行觀測(cè)。

        試驗(yàn)路段及對(duì)比路段選取原則:兩者軟基情況基本一致,且都為橋頭路段,都為填方段,填方高度基本一致。每橫斷面布置三個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn),路基邊緣各一點(diǎn),路基中心樁號(hào)一點(diǎn),并加強(qiáng)保護(hù),嚴(yán)格控制填筑速率,橋頭路段原地面每晝夜沉降速率應(yīng)小于5 mm。預(yù)壓期間連續(xù)兩個(gè)月的月沉降速率小于3 mm,工后沉降量小于10 cm。

        本項(xiàng)目試驗(yàn)段堆載預(yù)壓時(shí)間為3個(gè)月,卸壓后按照設(shè)計(jì)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁處理,對(duì)比路段直接按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行處理。對(duì)以上路段,在各個(gè)施工階段以及工后階段進(jìn)行沉降觀測(cè),在路面設(shè)置工后觀測(cè)點(diǎn),點(diǎn)位布置與施工期間監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置一致,施工期間每10 d監(jiān)測(cè)一次,工后沉降觀測(cè)時(shí)間為一年,每個(gè)月觀測(cè)一次。

        3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及對(duì)比

        對(duì)試驗(yàn)路段和其他預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行處理路段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,分為施工監(jiān)測(cè)階段和工后監(jiān)測(cè)階段,根據(jù)每個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)各斷面的沉降量平均值列出時(shí)間-沉降量變化圖來進(jìn)行沉降量對(duì)比,堆載預(yù)壓期見圖5~圖7,工后路面沉降見圖8~圖10。

        圖5 K24+305—K24+517施工期間監(jiān)測(cè)

        圖6 K31+498—K31+602施工期間監(jiān)測(cè)

        圖7 K50+007—K50+300施工期間監(jiān)測(cè)

        圖8 K24+305—K24+517工后監(jiān)測(cè)

        圖9 K31+498—K31+602工后監(jiān)測(cè)

        圖10 K50+007—K50+300工后監(jiān)測(cè)

        從圖5~圖7數(shù)據(jù)可以得知,綜合處理的軟基路段和預(yù)應(yīng)力鋼管樁處理路段的沉降值,都滿足設(shè)計(jì)文件的沉降控制要求,連續(xù)2個(gè)月的月沉降率小于等于3 mm且小于預(yù)壓期間沉降值控制值。試驗(yàn)段的軟基沉降值要大于預(yù)應(yīng)力鋼管樁處理段的沉降值,因?yàn)閮煞N方法處理后的軟基都屬于符合地基,復(fù)合地基的沉降量與其綜合模量成反比關(guān)系,雖然軟基經(jīng)過排水堆載預(yù)壓后其模量可以得到一定程度的提高,但是仍小于預(yù)應(yīng)力鋼管樁群所構(gòu)成復(fù)合地基的綜合模量,塑料排水板堆載預(yù)壓和預(yù)應(yīng)力鋼管樁聯(lián)合處理法,是利用預(yù)應(yīng)力鋼管樁把大面積軟土分割成小塊局域,在小塊區(qū)域內(nèi)進(jìn)行塑料排水板堆載預(yù)壓加固。預(yù)應(yīng)力鋼管樁為塑料排水板堆載區(qū)域提供一個(gè)較強(qiáng)的邊界約束條件,使得塑料排水板處理區(qū)域在剛性約束下進(jìn)行排水固結(jié)。該方法能夠減少軟土地基處理的工期,降低軟土地基處理的造價(jià),其綜合模量也較傳統(tǒng)的塑料板排水堆載預(yù)壓方法有一定的提高,控制軟土地基處理的工后沉降。所以試驗(yàn)路段和對(duì)比路段的堆載預(yù)壓期沉降值都可以滿足設(shè)計(jì)要求,試驗(yàn)段的沉降值要稍大于對(duì)比路段的沉降值。

        根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 017-965.1)一般規(guī)定中的5.1.2條款,對(duì)于高速公路、一級(jí)公路中,在路面設(shè)計(jì)使用年限內(nèi),橋臺(tái)與路堤相鄰處的容許工后沉降小于等于0.1 m,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)工后容許工后沉降為0.06 m。從圖7~圖10工后路面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以得知,各個(gè)斷面的沉降值控制的較好,試驗(yàn)段的年沉-降值也控制在3 mm以下,也都小于堆載預(yù)壓期的沉降平均值,說明在堆載預(yù)壓期間軟基都完成了大部分的主要固結(jié),公路通車后,路基的沉降也比較穩(wěn)定,沒有發(fā)生較大的沉降,兩種方法都可以較好的控制工后沉降。綜合處理法由于預(yù)應(yīng)力管樁施工數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原設(shè)計(jì)方法,基本未發(fā)生樁身位移偏位的情況;由于管樁施工數(shù)量減少,施工過程中對(duì)周邊建筑物的擾動(dòng)也相對(duì)較低,試驗(yàn)路段周邊的建筑物也基本未發(fā)生地基拱起或者房屋開裂的情況;根據(jù)該項(xiàng)目排水預(yù)壓和預(yù)應(yīng)力管樁的造價(jià)來比較,排水板預(yù)壓55元/平方米,預(yù)應(yīng)力管樁施工費(fèi)用加材料的造價(jià)為40元/米,在管樁深度較大的情況下,綜合處理方法的造價(jià)比預(yù)應(yīng)力管樁的造價(jià)降低了30%左右。但是聯(lián)合處理方法在一般情況下,施工周期比預(yù)應(yīng)力管樁法略長(zhǎng),在工期允許的情況也參考使用,且后續(xù)的工后沉降控制效果如何,也需要進(jìn)一步的進(jìn)行監(jiān)測(cè)研究。

        4 結(jié)語

        對(duì)浙江省溫州市的甬臺(tái)溫高速公路的軟基路段,采用塑料排水板堆載預(yù)壓和預(yù)應(yīng)力管樁聯(lián)合處理的方法進(jìn)行處理試驗(yàn),并對(duì)其沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,初步表明該方法可以較好控制工后沉降,相比較該地區(qū)應(yīng)用較多的預(yù)應(yīng)力鋼管樁的處理方法,降低了軟基處理的工程造價(jià)。

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