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        麻昭高速改擴建工程試驗段差異沉降對比觀測分析

        2020-12-26 02:54:14石先火
        鐵道建筑技術(shù) 2020年10期
        關(guān)鍵詞:板樁鋪筑路堤

        石先火

        (中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司 四川成都 610500)

        1 引言

        隨著我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展,綜合國力持續(xù)增強,公路運輸需求穩(wěn)步增長,公路工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)同時發(fā)生了歷史性轉(zhuǎn)變,尤其是高等級公路的迅速發(fā)展,改變了我國公路事業(yè)的落后面貌[1-2]。

        在軟土地區(qū)高速公路的改擴建項目中,新舊路基的差異沉降問題復雜多樣,舊路路基由于經(jīng)過多年的固結(jié)沉降已基本達到穩(wěn)定狀態(tài),而新路路基在交通荷載的作用下,由于填筑時間不長從而引起新舊路基的差異沉降[3-5]。對于軟土地基而言,地基承載力低、沉降量大,不能滿足高速公路對基礎(chǔ)的基本要求,因此需對軟土地基地段進行相應處理。路基沉降作為公路工程施工中最常見的病害之一,在高速公路修建中,由于路線長、所遇地質(zhì)環(huán)境復雜,對高速公路施工技術(shù)提出了更高的要求[6-7]。

        鑒于此,在進行高速公路改擴建工程中,需在施工階段進行線下工程沉降變形監(jiān)測工作,做好數(shù)據(jù)的采集、計算和分析。通過軟土地基路段沉降問題的研究,對保證高速公路建設(shè)質(zhì)量、正常運營以及延長公路的使用壽命具有重要意義。

        2 試驗準備

        2.1 試驗段路基處治方案

        本試驗段主要采用板樁結(jié)構(gòu)進行對比試驗,由于CFG樁或水泥攪拌樁的樁頂基礎(chǔ)形式直接決定了樁基的加固效果,各種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式必須實現(xiàn)荷載向樁的有效傳遞,以便達到加固處理的效果。

        通過樁板結(jié)構(gòu)把地基和路基聯(lián)系在一起,形成整體的路基工程系統(tǒng),通過系統(tǒng)設(shè)計和施工達到需要控制的變形標準。樁板結(jié)構(gòu)包括CFG樁或水泥攪拌樁的樁基及鋼筋混凝土承載板兩部分。

        對于CFG樁或水泥攪拌樁的樁板結(jié)構(gòu),樁與板的接觸形式一種是樁頂與鋼筋混凝土板直接接觸;另一種是在樁頂和鋼筋混凝土板之間鋪設(shè)20 cm厚的碎石墊層,目的是減小樁頂?shù)拇倘肫茐?,但由于樁頂刺入產(chǎn)生了樁與墊層的相對位移,增加了路基整體的沉降量[8]。根據(jù)目前高速公路的既有施工經(jīng)驗,直接接觸形式的總沉降量是墊層接觸形式的78%,直接接觸形式的預壓沉降是墊層接觸形式的81%。從兩種樁板接觸形式對軟基沉降的控制結(jié)果來看,直接接觸效果優(yōu)于間接接觸[9]。

        2.2 觀測點設(shè)置與觀測裝置布設(shè)

        沉降板測定裝置由測桿、沉降底板、保護套管等組成。測桿由直徑45 mm、壁厚3.5 mm的無縫鋼管制成,兩端為可接長絲扣,每根長度25 cm;沉降底板為尺寸(400×400×10)mm的鋼板;保護套管采用直徑不小于75 mm、壁厚不小于4 mm的硬PVC管。

        在觀測斷面上準確標出埋設(shè)沉降板的位置,開挖略大于沉降板尺寸的方形坑,坑深度大于沉降板高度約10 cm。在坑底勻鋪約5 cm厚的砂層,整平壓實[10];將沉降板放入坑內(nèi),底板用砂填實,并用水平尺測量沉降板四角,確保四角水平;套上保護套管,保護套管略低于沉降板測桿,上口加套管帽(堵頭)封住管口;分層回填土坑,在沉降管1 m2范圍內(nèi)用小型振動夯夯實,完成沉降板的埋設(shè)工作。隨著路基填筑施工逐漸接高測桿和保護套管,測桿用內(nèi)接頭連接,保護套管用觀測方法,每次接長高度以0.5 m為宜,測量接長前后測桿頂標高變化量確定接高量[11]。

        觀測頻率取決于路基的沉降速率,過程中進行的沉降觀測須使系統(tǒng)觀測的次數(shù)確實能反映出沉降過程,并使觀測數(shù)據(jù)在指定時間段內(nèi)反映可靠的沉降量,又不遺漏沉降變化的時刻。具體要求如下[12-13]:

        (1)拓寬路堤填筑期路基沉降速率較大,觀測頻率應該增加,一般每填筑1~2層或5~10 d觀測一次。

        (2)拓寬路面施工期沉降曲線走向平緩,可以每層觀測一次,若上層與下層施工間隔時間較長,宜適當增加次數(shù)。

        在路基加寬工程中,由于碾壓設(shè)備的工作空間有限,如果把沉降板的測桿露出路基,會給碾壓工作帶來很大的困難,影響施工進度,而且碾壓過程中容易破壞測桿,導致測量失敗。為避免這種情況出現(xiàn),本監(jiān)測項目可采取把測桿控制在每層路面以下20 cm左右,既不影響施工又保證測桿不被破壞。為了保證每次測量之前能準確找出沉降板的位置,需在埋設(shè)沉降板的同時至少選擇兩個參照物來標定沉降板的位置。沉降板埋設(shè)現(xiàn)場見圖1。

        圖1 沉降板埋設(shè)現(xiàn)場

        3 試驗路段觀測點沉降分析

        3.1 路基填筑過程試驗路段持續(xù)沉降分析

        由圖2~圖3可以看出:

        圖3 路基填筑過程試驗段持續(xù)沉降觀測曲線

        (1)試驗路段觀測點所處的加寬路堤的路肩、加寬路堤中心和新舊路堤結(jié)合處,路基沉降趨勢基本一致,均為隨填土高度和路基土固結(jié)時間的增加而增加,在路堤填筑完成后沉降最大。板樁結(jié)構(gòu)加固處治路段的最大沉降量為8.1 mm,無板樁結(jié)構(gòu)加固處治路堤段的最大沉降量為7.1 mm,兩者相差12.35%,均位于路堤填筑施工末期的路肩位置。

        (2)經(jīng)過板樁處治后的測點沉降量變大,忽略部分測點出現(xiàn)的回彈現(xiàn)象及人與儀器的誤差,板樁處由于鋼筋混凝土板的自重明顯大于填筑土體的質(zhì)量,因此前期的填筑施工,板樁處的測點較無板樁處的沉降增加明顯,額外的板樁自重加大了下方土體的固結(jié)速度。但隨著施工進行,板樁處沉降量的增量較無板樁處呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,鋼筋混凝土板樁開始作為一個整體有效結(jié)構(gòu)承受上方土體荷載,減小了其下方地基的受力,降低了土體固結(jié)過程產(chǎn)生的沉降。

        3.2 半剛性基層鋪筑完成后路段持續(xù)沉降分析

        由圖4~圖5可以看出:

        圖4 半剛性基層鋪筑完成后無板樁和有板樁路段持續(xù)沉降觀測曲線

        圖5 半剛性基層鋪筑完成后路段持續(xù)沉降觀測曲線

        (1)基層填筑期間,試驗路段觀測點所處的加寬路堤的路肩、加寬路堤中心和新舊路堤結(jié)合處,均為沉降隨填土高度和路基土固結(jié)時間的增加而增加,雖然路基沉降量依然增大,但是增量已經(jīng)減小,且變化趨勢較路堤填筑階段更為平緩。板樁結(jié)構(gòu)加固處治路段的最大沉降量為8.1 mm,無板樁結(jié)構(gòu)加固處治路堤段的最大沉降量為7.3 mm,兩者相差9.88%,忽略部分測點出現(xiàn)的回彈現(xiàn)象及人與儀器的誤差,兩者均位于基層填筑施工末期的路肩位置。

        (2)試驗路段觀測點所處的加寬路堤的路肩、加寬路堤中心和新舊路堤結(jié)合處,路基沉降趨勢基本一致,均為隨基層施工的進行而逐漸增加,但是沉降量變化趨于穩(wěn)定,有板樁處的測點沉降量依然大于無板樁處,但兩者之間的沉降差值已經(jīng)開始逐漸縮小,說明板樁自身的重量影響逐漸減小,板樁結(jié)構(gòu)下方的路基土經(jīng)過不斷固結(jié)已經(jīng)逐漸趨于穩(wěn)定,受力減小,降低了土體固結(jié)產(chǎn)生的沉降,板樁結(jié)構(gòu)對加強路堤穩(wěn)定性、降低沉降的效果開始顯現(xiàn)。

        3.3 鋪筑面層之前路段持續(xù)沉降分析

        由圖6~圖7可以看出:

        圖6 鋪筑面層之前無板樁和有板樁路段持續(xù)沉降觀測曲線

        圖7 鋪筑面層之前路段持續(xù)沉降觀測曲線

        (1)路面結(jié)構(gòu)層鋪筑過程中,開始階段的路基填筑期是沉降量增大最為明顯的階段;進入基層施工后,沉降量雖仍然增加,但是增量非常小,且增速也已經(jīng)開始放緩;到施工后期基本趨于穩(wěn)定。忽略部分測點出現(xiàn)的回彈現(xiàn)象及人與儀器的誤差,說明在施工過程中,路基填筑過程沉降最為明顯,基層的沉降已經(jīng)基本穩(wěn)定。

        (2)試驗路段觀測點主要集中在加寬路堤的路肩、加寬路堤中心和新舊路堤結(jié)合處,路基沉降趨勢基本一致,均為隨施工的進行而逐漸增加,同一對比界面的測試點,兩者相差在0.1~1.0 mm左右,說明在改擴建過程中,新舊路堤結(jié)合處的穩(wěn)定性受到的影響最大。

        3.4 鋪筑面層之后路段持續(xù)沉降分析

        由圖8~圖9可以看出:

        圖8 鋪筑面層之后無板樁和有板樁路段持續(xù)沉降觀測曲線

        圖9 鋪筑面層之后路段持續(xù)沉降觀測曲線

        (1)路面結(jié)構(gòu)層鋪筑過程中,開始階段的路基填筑期是沉降量增大最為明顯的階段;進入基層和面層施工后,沉降量雖仍然增加,但是增量已經(jīng)很小,且增速也已經(jīng)開始放緩,最明顯的是在面層施工階段,無板樁處治路段的沉降量出現(xiàn)明顯的增大,而有板樁處治路段的沉降量依然保持穩(wěn)定,忽略部分測點出現(xiàn)的回彈現(xiàn)象及測量誤差,說明在施工過程中,路基填筑過程的沉降最明顯,面層施工階段沉降量依然增大。

        (2)試驗路段觀測點主要集中在加寬路堤的路肩、加寬路堤中心和新舊路堤結(jié)合處,路基沉降趨勢基本一致,均為隨施工的進行而逐漸增加?;鶎邮┕ぶ埃粚Ρ冉缑娴臏y試點,兩者相差在0.1~1.0 mm左右;到面層施工階段,有板樁處的測點沉降量保持穩(wěn)定,且小于無板樁路段測點的沉降量,兩者相差在0.1~1.3 mm左右,說明在改擴建過程中,新舊路堤結(jié)合處的穩(wěn)定性受到的影響最大,板樁處治路段在施工后期開始顯現(xiàn)其整體的穩(wěn)定性。

        4 結(jié)論

        (1)通過有無板樁結(jié)構(gòu)加固處治路堤段沉降數(shù)據(jù)對比分析可知,在完成板樁結(jié)構(gòu)加固處治后開始的基層施工初期,同一對比界面測試點,有板樁處測點沉降量小于無板樁路段測點的沉降量,兩者相差在0.6~1 mm左右,三個測試界面的變化趨勢基本一致,說明混凝土板樁提升承載力、降低沉降的整體效應隨施工進程逐漸顯現(xiàn),整體變化非常小,而無板樁路段處的沉降量隨著施工進行仍在繼續(xù)增加。

        (2)出現(xiàn)板樁處治路段的沉降量大,這主要是由于開始階段,鋼筋混凝土板樁自身的重量明顯大于相應體積的土體質(zhì)量,使得板樁下方的路基土在初始階段受到明顯壓縮,進而導致沉降量增大。隨著施工的進行和板樁下方土體的逐漸固結(jié),板樁的整體性優(yōu)勢開始逐漸顯現(xiàn),板樁自身重量對下方的土體影響也逐漸減小,鋼筋混凝土板樁作為整體承受上方土體荷載的效應開始顯現(xiàn),降低了其下方的地基受力,從而降低了土體固結(jié)產(chǎn)生的沉降,表現(xiàn)在雖然沉降加大但其沉降增量卻逐漸減小,證明板樁作為整體承載的效果明顯優(yōu)于壓實的土體。混凝土板樁可以提升路基承載力、加強路堤穩(wěn)定性、降低路基沉降。

        (3)進入面層施工后,板樁下方土體和上方填筑的土體已經(jīng)固結(jié)穩(wěn)定,板樁的整體性優(yōu)勢開始逐漸顯現(xiàn),作為整體承受上方荷載,減小了其下方地基的受力,降低了土體固結(jié)過程產(chǎn)生的沉降。因此,整個階段的沉降量表現(xiàn)非常穩(wěn)定,并不隨著施工的進行二次增大,證明板樁作為整體承載的效果明顯優(yōu)于壓實的土體,而無板樁處治路段處的沉降量隨施工進行仍在持續(xù)增加。

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