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        超高含水率淤泥地質(zhì)攪拌樁成樁試驗研究

        2021-05-24 07:31:36李俊峰
        運輸經(jīng)理世界 2021年21期
        關(guān)鍵詞:浮筒試樁單樁

        李俊峰

        (華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司廈門分院,福建廈門361000)

        0 引言

        近年來,隨著吹填造地區(qū)項目增多,眾多大面積的淤泥軟土地基處理被投入使用。由于剛吹填的造地區(qū),吹填淤泥含水量高,機械無法進場施工。根據(jù)以往經(jīng)驗,主要是先由造地工程對整個地塊進行預(yù)處理(如真空預(yù)壓),滿足機械上場條件后,再由各個地塊根據(jù)相關(guān)標準進行二次地基處理。而對于在吹填造地未進行地基處理的基礎(chǔ)上(未進行真空預(yù)壓)直接采用攪拌樁一次性處理到位的案例較少。因此結(jié)合某道路的地基處理,并選擇了非常規(guī)的機械設(shè)備浮筒式攪拌樁(可直接在吹填流泥區(qū)進行施工作業(yè),不受施工條件限制),進行了試樁工程,并依據(jù)現(xiàn)場試驗檢測情況,綜合評判浮筒式攪拌樁在道路地基一次性處理的可行性。

        1 工程概況

        該道路為片區(qū)主干路,要求運行速度不可超過60km/h,道路紅線寬43m。主要建設(shè)內(nèi)容包括道路工程、管線綜合等市政配套設(shè)施。

        2 地形地貌與地質(zhì)特征

        該道路沿線現(xiàn)狀場地主要為農(nóng)田、吹填區(qū)。其中K1+673~K2+760 位于吹填區(qū),場地內(nèi)原始地貌是海灣灘涂,標高設(shè)定在-1.0~0.5m 范圍內(nèi)現(xiàn)已完成淤泥吹填工作,標高增高至5.5m,多數(shù)淤泥呈流塑狀態(tài),施工機械難以進場。

        根據(jù)鉆探揭露,K1+673~K2+760 段,吹填淤泥厚度為3.5~5.2m,下伏淤泥1.6~5.0m,軟土總厚度為5.1~10.2m。擬建場地巖土體的分布及特征按埋藏順序分述如下:

        吹填淤泥③a:該層沿線吹填造地區(qū)部分鉆孔有分布,厚度為1.60~5.20m。呈灰黑色,含水量約在80%~100%范圍,飽和,流塑狀,成分由黏、粉粒組成,混10%~35%石英中、細砂,見貝殼碎屑等。原狀芯樣搖振無反應(yīng),屬高壓縮性土,力學(xué)強度低。

        主要地層巖土設(shè)計參數(shù)表,詳見表1。

        表1 巖土設(shè)計參數(shù)表

        3 試樁

        3.1 試樁目的

        3.1.1 確定浮筒式水泥攪拌樁是否能在吹填的淤泥(超高含水量)上成樁。

        3.1.2 提出合理的設(shè)計參數(shù)、施工工藝,為道路及類似工程提供設(shè)計依據(jù)。

        3.2 試樁區(qū)域選擇

        此次吹填淤泥工作涵蓋三種形態(tài):軟塑狀、流塑狀吹和流泥。對比流泥狀態(tài),含水量最差,約為100%,而流塑狀的含水量高達78%,軟塑狀約為60%,且下伏原狀淤泥含水量數(shù)值為65%(見表2)。

        表2 試樁區(qū)域位置

        1 號塊主要為流塑狀吹填淤泥與原狀淤泥,軟土厚度較薄,地質(zhì)條件較好;且離周邊進場的道路較遠,不便于材料進場運輸,試樁造價較高。

        2 號塊涵蓋了所有淤泥的狀態(tài),地質(zhì)條件最差。

        3 號塊主要為軟塑狀吹填淤泥、流塑狀吹填淤泥與原狀淤泥,地質(zhì)條件次之。

        因此工程試樁區(qū)域選擇比較有代表性且便于施工入場條件段進行試樁,為此后續(xù)試樁在軟土條件最差、且便于施工的部位靠近便道的2 號及3 號地塊開展,地質(zhì)剖面詳見圖1。

        圖1 地塊地質(zhì)剖面

        經(jīng)水泥攪拌樁施工工藝對比,考慮常規(guī)的攪拌樁無法進入吹填造地區(qū),因此此次采用浮筒式攪拌樁施工工藝。在施工項目中,軟土層整體水量較高,孔隙比大,很容易被壓縮,更加靈敏,依據(jù)地基處理經(jīng)驗,結(jié)合專業(yè)性的特征分析,可選用大直徑固化樁混合水泥的策略,樁徑設(shè)定為1m,應(yīng)用四攪兩噴的施工工藝。

        3.3 試樁參數(shù)及要求

        水泥攪拌樁的處理深度參數(shù)設(shè)計標準,最大處理深度為13m。對于該工程中,水泥攪拌樁使用浮筒式施工策略,具體的試樁要求是:

        3.3.1 試樁水泥攪拌樁中原材料使用普通硅酸鹽水泥,強度等級為42.5 級,水灰比設(shè)定為0.7,水泥摻量為18%、20%。

        3.3.2 外摻劑選擇中,依照室內(nèi)試驗結(jié)果,相應(yīng)的予以增添。

        3.3.3 強度要求中,水泥攪拌樁單樁直徑在0.8m 的,實際承載力超過12 噸。隨著水泥攪拌樁直徑增大,承載力相應(yīng)提升,此時復(fù)合地基承載力超過80kPa。要求樁體水泥土,室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度高于0.8MPa 標準,現(xiàn)場施工強度也應(yīng)在0.6MPa 以上[1]。

        綜上所述,此次攪拌樁試樁的位置、樁徑、間距及根數(shù)等參數(shù)詳見表3。

        表3 試樁參數(shù)表

        4 檢測

        4.1 室內(nèi)水泥試塊試驗

        此次選取不同的水泥摻入量,進行室內(nèi)配合比試驗(見圖2),完成相應(yīng)的無側(cè)限抗壓強度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(見表4)。對于水泥摻入比分類設(shè)定,結(jié)合圖表內(nèi)容,不同配比的水泥固化吹填土強度各不相同,均超過0.8MPa。由于現(xiàn)場施工水泥攪拌情形特殊,與室內(nèi)相比,均勻性可能受到限制,可能折減現(xiàn)場強度數(shù)值,一般情況下,折減率為1/2,如果預(yù)計現(xiàn)場目標強度為0.6MPa,選擇18% 或20% 的配比完成現(xiàn)場試樁工作。

        表4 無側(cè)限抗壓強度表

        圖2 室內(nèi)混凝土試塊

        4.2 標貫-樁身質(zhì)量

        標貫是根據(jù)錘擊數(shù)來推定土的力學(xué)特性的一種原位試驗方法。根據(jù)打入的錘擊數(shù),檢驗樁體強度沿深度變化情況及均勻性。

        此次選取了3-20-100-220-1 試驗樁進行標貫試驗。根據(jù)相關(guān)文獻的經(jīng)驗公式,錘擊數(shù)N=30 時,強度能達到1.0MPa 左右,從表5 可知,不同深度的水泥攪拌樁錘擊數(shù)N 均為50 擊以上,強度大于設(shè)計要求。

        表5 水泥攪拌樁標貫擊數(shù)

        4.3 鉆芯法檢測樁身強度

        根據(jù)表6 及圖3 可知,浮筒式水泥攪拌樁28d 強度均>0.6MPa,滿足水泥土強度設(shè)計等級的要求。

        圖3 水泥攪拌樁取芯

        表6 水泥攪拌樁芯樣強度檢測結(jié)果

        4.4 單樁豎向靜載荷試驗

        通過分散豎向的荷載,確保單樁受力是均勻的,進行單樁變形觀測,知曉分級荷載特點,隨著沉降速率逐步穩(wěn)定,每增加一級荷載施加,探究不同荷載下的單樁樁頂沉降效果,完成靜載試驗的Q—s 曲線和s—lgt 輔助曲線圖繪制,從而結(jié)合曲線公式,推算單樁豎向抗壓承載力特征值,具體結(jié)果詳見圖4、表7。

        圖4 單樁承載力曲線圖

        表7 水泥攪拌樁單樁承載力檢測結(jié)果

        4.5 復(fù)合地基豎向靜載荷試驗

        將總豎向荷載進行分級施加,由多樁復(fù)合地基予以承擔,相應(yīng)的觀察并測量復(fù)合地基的變形效果,隨著沉降速率達到穩(wěn)定標準后,再施加下一級荷載,實際檢測復(fù)合地基的不同荷載沉降表現(xiàn),完成曲線繪制,從而推算出復(fù)合地基的承載力特征值[2],具體結(jié)果詳見表8。

        表8 水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力檢測結(jié)果

        從表8 及圖5 可知,浮筒式水泥攪拌樁單樁承載力和復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計要求。

        圖5 復(fù)合地基承載力曲線圖

        5 結(jié)語

        經(jīng)對試樁結(jié)果進行檢測,證明在吹填造地區(qū)未經(jīng)真空預(yù)壓預(yù)處理而直接實施水泥攪拌樁,工藝可行,檢測合格。浮筒式攪拌樁作為吹淤造地區(qū)中道路軟基處理的核心組成,建設(shè)工期短,施工速率較高,具有極佳的經(jīng)濟性,與傳統(tǒng)方式相比,處理效果更好,對此廣泛的使用浮筒式攪拌樁,提升軟基處理的可行性,成為吹填土地基處理的一種優(yōu)選方案。

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