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        復合地基在沿海公路深層軟土地基處理中的應用

        2020-12-09 08:28:52王亞
        工程建設與設計 2020年22期
        關鍵詞:工程

        王亞

        (中國建筑第八工程局有限公司設計管理總院,上海201206)

        1 軟基處理方式簡述

        一般而言,深層軟土地基處理的方法主要有夯能置換法、堆載+排水固結法、樁體復合地基、輕質路堤等。

        1)夯能置換法。使重錘從高處落下,利用夯錘的沖擊能量以波的形式改變土體的物理力學性質,在地基一定深度內改變了地基土的孔隙分布,迅速提高了地基的承載力和壓縮模量,還可以提高路基的穩(wěn)定性,減少沉降,增強土體的抗液化能力,形成比較均勻的、密實的地基,主要以強夯法為代表。

        2)堆載+排水固結法利用橫向或豎向排水體在地基土中形成排水體系,在土體的重力作用下縮短土體的排水通道,加速軟土地基的排水固結,提高軟土的強度。

        3)復合地基法。復合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強,或被置換,或在天然地基中設置加筋材料,加固區(qū)是由天然地基土體或和增強體兩部分組成的地基。一般比較常見的有加固土樁(水泥攪拌樁、高壓旋噴樁)、擠密樁(砂樁、碎石樁)、CFG樁、剛性樁(管樁、方樁、混凝土樁等)。

        4)輕質路堤。通過降低路堤自重荷載減小總沉降,增強路基的穩(wěn)定。比較常見的路堤填料有粉煤灰、土工泡沫(EPS)、現(xiàn)澆泡沫輕質土等[1]。

        2 工程實例

        福建沿海某道路為一級公路,全長8km,設計速度80km/h,路基寬50m,設計車輛荷載為公路-I級。

        2.1 地質情況

        工程所屬地質單元為海岸沖淤積階地,根據勘察報告,地質條件如下:

        1)①填土(Q4ml):淺灰、灰褐色,稍濕,松散,成分較雜,均勻性很差,以黏性土為主,含中粗砂、碎石、耕土,厚度為0.50-4.80m。

        2)②淤泥(Q4m):深灰、灰色,飽和,流塑-軟塑狀,干強度中等,韌性中等,搖振反應慢,切面較光滑,局部為淤泥至土,海積成因;此層天然含水量高、孔隙比大、強度低的特性,屬高壓縮性土,沿線均有分布,夾有細砂②1透鏡體。本層厚15.10~23.80m。

        3)③粉質黏土(Q4al-pl):淺黃色,淺灰色,灰白色,可塑-硬塑狀,以黏粒、粉粒為主,局部含砂量較多,屬中等偏高壓縮性土,力學強度較低,沖洪積形成,本層厚度為0.60~11.40m。

        4)⑦殘積砂質黏性土(Qel):灰黃色、灰白色,可硬塑,稍有光滑,干強度中等,中等韌性,由花崗巖風化殘積而成,厚度為1.30~9.60m。

        2.2 力學參數(shù)指標

        根據室內土工試驗,對主要土層的力學指標進行了統(tǒng)計分析,如表1所示。

        3 處理方式適應性

        從處理效果、環(huán)境、造價、工期等方面,對前述幾種常用的地基處理方式的適應性進行分析比較:(1)夯能置換法。適用于加固碎石土、砂土、塑性指數(shù)小于10的黏性土、濕陷性黃土、雜填土以及泥炭等。處理深度根據夯能大小,處理深度一般可達到7~8m,施工工藝簡單,速度快。但對于飽和性黏土、淤泥的處理效果一般,而且對周邊環(huán)境影響大,考慮到工程周邊建筑密集,村莊較多,此種方法難以采用。(2)堆載+排水固結法。這是一種常用的軟基處理方式,但不足之處是預壓期較長,由于本工程的工期較為緊張,也難以采用。(3)輕質路堤。輕質路堤已在許多高速公路工程中采用,主要用于橋梁后的高填土區(qū)域,減少填筑的土體重力,但造價較為昂貴,難以大面積采用。(4)復合路基。樁體復合地基的處理方式較多,主要以樁體的強度分為柔性、半剛性、剛性樁。造價也有不同,一般而言剛性樁造價高,柔性樁造價低。

        綜上所述,本工程80%以上的路段均存在15~26m的深厚淤泥軟土,綜合考慮工期、造價、環(huán)境等因素,擬采用樁體的復合地基處理方式。

        水泥攪拌樁主要是確定樁長、置換率、水泥摻量,其中,樁長是主要因素。水泥攪拌樁加固一般以穿透淤泥層,達到承載力相對較高的土層為宜,但如果無法穿透時,可以考慮重點加固淤泥層的上層土層,因為路基受力主要作用至路面結構以下7~10m,只要在淤泥上層形成一個相對承載力與變形模型較大的硬殼層,且總的路基變形(包括軟弱下臥層)符合技術標準,就能夠有效減小樁長,既節(jié)約了投資,也保證了處理效果[2]。

        4 工程實際應用

        4.1 計算原理

        考慮到本工程攪拌樁的樁長難以穿透淤泥層,因此,復合地基的沉降S應包括復合地基加固區(qū)的沉降S1和加固區(qū)下臥層的沉降S2兩部分,即:

        加固區(qū)的沉降可按式(2)和式(3)計算:

        式中,Epsi為各層樁土復合壓縮模量,kPa;Ep為樁體壓縮模量,

        kPa;Esi為各層土體壓縮模量kPa;Δp1為地基中各土層中點的附加應力,kPa;Δhi為各土層的初始厚度,m;m為置換率。軟弱下臥層S2按相關規(guī)范予以計算[3]。

        4.2 基礎條件

        路基寬50m,邊坡1∶1.5,填土厚度3.5m,填土容重18kN/m3;路面結構厚0.7m,平均重度23kN/m3;路堤加載方式:9個月完成路基填筑,預壓期3個月,3個月完成路面結構,總共用時15個月,工后沉降基準期180個月;沉降修正系數(shù)1.2;工后沉降要求≤0.30m。

        4.3 沉降計算(分層總和法)

        4.3.1 不進行地基處理時

        施工期末的沉降為0.363m,工后基準期末的沉降為0.777m;工后沉降Sp=0.777-0.363=0.414m>0.3m。則計算得出的工后沉降大于工后沉降,需要進行地基處理。

        4.3.2 采用水泥攪拌樁復合地基處理時

        擬采用的水泥攪拌樁樁長12m,樁徑0.5m,樁間距1.2m,正三角形布置。計算出加固區(qū)的工后沉降Sp1=0.269m,軟弱下臥層的工后沉降Sp2=0.018m,則地基總的工后沉降為Sp=Sp1+Sp2=0.287m<0.3m。經過地基處理后,工后沉降可以滿足要求。

        5 結語

        復合地基是處理沿海深層軟土路基的主要方式,選擇樁型時,要重點考慮軟土性質、造價、工期、周邊環(huán)境等約束條件,綜合比較、因地制宜,才能保證路基的使用效果。

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