汪煥玲
(福建省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,福建 福州 350000)
軟土地基問題一直以來是道路建設(shè)的主要危害之一,嚴(yán)重影響地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,若處理不當(dāng)則會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降,導(dǎo)致路面出現(xiàn)縱、橫向裂縫或邊坡不穩(wěn)定等質(zhì)量事故。我國(guó)沿海地區(qū)的軟土主要為淤泥、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)亞粘土和淤泥質(zhì)混砂四類,見表1。
表1 我國(guó)沿海地區(qū)軟土典型類型及工程特性[1]
1.2.1 排水固結(jié)法
通過布置垂直排水井,改善地基的排水條件,及通過采取加壓、抽氣、抽水和電滲等措施,加速地基土的固結(jié)和強(qiáng)度增長(zhǎng),提高地基土的穩(wěn)定性,并使沉降提前完成的方法,稱為排水固結(jié)法[2]。
排水固結(jié)法可分為:塑料排水板法、堆載預(yù)壓法、砂井法、袋裝砂井法、真空預(yù)壓法、降水預(yù)壓法和電滲排水法。排水固結(jié)法一般適用于處理厚度較大的飽和軟土和沖填土地基,但對(duì)于較厚的泥炭層要慎重對(duì)待[2]。作為綜合處理的方法,排水固結(jié)法可和其他地基處理方法結(jié)合使用。
1.2.2 CFG 樁(水泥粉煤灰碎石樁)
CFG 樁是英文Cement fly-ash gravel pile 的縮寫,意即水泥粉煤灰碎石樁,由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻適量水泥加水拌合,用成樁機(jī)具制成的具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁[3]。最大施工樁徑可達(dá)600 mm,處理深度一般不超過25 m,施工進(jìn)度快,處理后能顯著提高軟基承載力和減少沉降。但是在黏性土地基中,由于CFG 樁樁體強(qiáng)度較高,擠密效果不佳,且CFG 樁造價(jià)較高。
CFG 樁法適用于處理粘性土、粉土、沙土和樁端具有相對(duì)硬土層、承載力標(biāo)準(zhǔn)值不低于70 KPa 的淤泥質(zhì)土,非欠固結(jié)人工填土等地基。
1.2.3 水泥攪拌樁
水泥土樁復(fù)合地基主要是利用水泥與軟粘土中的水發(fā)生水介和水化反應(yīng),反應(yīng)的結(jié)果使軟土中大量的自由水被吸收成結(jié)晶水并固定下來,從而生成具有一定強(qiáng)度的柱體,起到加固地基的作用[3]。水泥攪拌樁按主要使用工法分為單軸、雙軸和三軸攪拌樁。
適用范圍:淤泥、淤泥質(zhì)土、含水量較高、地基承載力不大于120 KPa 的粘性土、粉土等軟土地基[1]。
1.2.4 釘形水泥土雙向攪拌樁
第一,要樹立綠色生態(tài)文明城市觀念,讓每一位公民自覺投入到生態(tài)文明建設(shè)中。綠色生態(tài)城市文明觀念在公民心中一直是一個(gè)很模糊的概念,在城市文明建設(shè)的過程中,要多組織一些有關(guān)城市生態(tài)文明、城市森林文化工程、城市生態(tài)文化工程建設(shè)等活動(dòng),讓廣大居民能夠從城市林業(yè)建設(shè)中,體會(huì)到人與自然和諧相處的意義,樹立居民的生態(tài)文明觀、道德觀,發(fā)展綠色文化,讓大家養(yǎng)成尊重自然,愛護(hù)環(huán)境的好習(xí)慣,在提高自身參與度的同時(shí),增強(qiáng)責(zé)任感[3]。
釘形水泥土雙向攪拌樁,是在水泥土攪拌成樁過程中,由動(dòng)力系統(tǒng)分別帶動(dòng)安裝在同心鉆桿上的內(nèi)、外兩組攪拌葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)攪拌,通過攪拌葉片的伸縮使樁身上部截面擴(kuò)大而形成的類似釘子形狀的水泥土攪拌樁[4]。是由上海市第一市政工程有限公司聯(lián)合東南大學(xué)在分析軟土地基特性和國(guó)內(nèi)外地基加固技術(shù)存在問題的基礎(chǔ)上,發(fā)明的一種新樁型與全新的施工方法。和傳統(tǒng)水泥攪拌樁相比,正反雙向攪拌提高了水泥土的攪拌均勻性,保證了水泥土攪拌樁的水泥摻入量,見圖1。
圖1 釘形水泥土雙向攪拌樁構(gòu)造圖
釘形水泥土雙向攪拌樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、軟粘土及無流動(dòng)地下水的松散砂土等軟弱地基[4],含水量宜小于80%。
擬建項(xiàng)目位于某沿海縣城,為新建城市次干路,設(shè)計(jì)車速40 Km/h,路線全長(zhǎng)659.832 m,紅線寬度26 m,路面設(shè)計(jì)荷載BZZ-100;路面結(jié)構(gòu)采用水泥混凝土路面。
場(chǎng)地地貌類型為海積階地與殘破積階地,地形開闊,較平緩;沿線主要穿越池塘、草地。根據(jù)資料調(diào)查情況,場(chǎng)地自上而下地層依次為:素填土①1、雜填土①2、耕植土①3、粉質(zhì)黏土②、淤泥③、粉質(zhì)黏土④、凝灰熔巖殘積黏性土⑤、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖⑥1、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖⑥2 和中風(fēng)化凝灰熔巖⑦組成。場(chǎng)地內(nèi)存在軟弱土淤泥,厚度為1.2~24.2 m,埋藏深度為0.90~9.70 m、承載力特征值fao=45 KPa,其工程地質(zhì)性能差,未經(jīng)處理不具備作為道路路基基礎(chǔ)持力層的條件。
考慮本工程地質(zhì)情況差、工期安排等情況,對(duì)以下幾種處理方法作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,以選擇最適合本項(xiàng)目的軟基處理方式。
2.3.1 塑料排水板
優(yōu)點(diǎn):固結(jié)沉降速率快,工后沉降小,造價(jià)低;排水效果有保證;能適合地基變形能力而不影響排水性能;施打排水板過程中對(duì)地基擾動(dòng)??;可在超軟弱地基上進(jìn)行插板施工。
缺點(diǎn):工期較長(zhǎng),施工期間產(chǎn)生較大的沉降,對(duì)道路兩側(cè)建筑物穩(wěn)定性造成破壞,處理后表層剛度低,一般不超過80 KPa。
2.3.2 釘形水泥土雙向攪拌樁
優(yōu)點(diǎn):相比普通水泥攪拌樁,拌和效果更優(yōu),處理深度較大,對(duì)于提高承載力和減少工后沉降優(yōu)于普通水泥攪拌樁。
缺點(diǎn):造價(jià)略高于水泥攪拌樁。
適用范圍及造價(jià):適用性同水泥攪拌樁,一般處理深度不超過25 m;樁徑60 cm,間距1.8-2.2 m,樁長(zhǎng)15 m 計(jì),單價(jià):約360 元/m2。
2.3.3 CFG 樁
優(yōu)點(diǎn):承載力高,處理效果明顯,沉降變形小,施工方便,施工質(zhì)量易燮制;成樁齡期比水泥攪拌樁短。缺點(diǎn):施工工藝要求高,采用振動(dòng)法有擾動(dòng),長(zhǎng)管螺旋鉆施工需要工作面大,造價(jià)昂貴。
適用范圍及造價(jià):適用性同水泥攪拌樁,一般處理深度不超過25 m;樁徑50 cm,間距1.8~2.2 m,樁長(zhǎng)15 m 計(jì),單價(jià):560 元/m2,在含水量大的土體中適用性有待驗(yàn)證。
根據(jù)地勘報(bào)告,結(jié)合工期緊等情況,該工程擬采用釘形水泥土雙向攪拌樁進(jìn)行軟基處理。
釘型雙向水泥土攪拌樁在平面上按梅花形布置;上部擴(kuò)大頭樁徑100 cm,長(zhǎng)度2 m,下部樁徑采用50 cm,樁間距1.5 m。處理長(zhǎng)度原則上以樁底地質(zhì)燮制為主,局部路段根據(jù)周邊段落靈活調(diào)整;水泥攪拌樁處理范圍人行道外側(cè)外至少一排樁,深厚軟土路段以樁長(zhǎng)15 m 燮制,見圖2。
圖2 釘形雙向水泥土攪拌樁處理軟基橫斷面設(shè)計(jì)圖
釘形水泥土雙向攪拌樁設(shè)計(jì)計(jì)算按照復(fù)合地基要求,做承載力、穩(wěn)定性及沉降等驗(yàn)算。
(1) 計(jì)算原則:工后沉降量:一般路段≤50 cm,涵洞、通道處≤30 cm,橋臺(tái)與路堤相鄰處≤20 cm;工后沉降差引起的道路縱坡變化≤4‰;
(2) 一般路段交工面承載力處理段復(fù)合地基承載力≥100 kPa。
驗(yàn)算給定樁號(hào)承載力:
樁號(hào)K0+260,其樁長(zhǎng)為13.15 m,樁的擴(kuò)大頭直徑為1 m,長(zhǎng)度為2 m,樁身直徑為0.5 m,長(zhǎng)度為11.15 m。道路路基土有四層,第一層為粉質(zhì)黏土,厚度為0.590 m,第二層為淤泥,厚度為15.202 m,第三層為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖,厚度為6.5 m,第四層為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖,厚度為5 m。
材料要求:水泥攪拌樁水泥采用42.5R 級(jí)普通硅酸鹽水泥,水泥摻量為18%,樁體強(qiáng)度(28 天齡期)≥1.5 MPa;樁體的水灰比為1:0.55,應(yīng)根據(jù)燮內(nèi)配比試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試樁試驗(yàn)確定最佳水灰比。
施工注意事項(xiàng):
(1) 水泥攪拌樁處理范圍為人行道外側(cè)至少一排樁。
(2) 鑿除樁頭后,樁頂鋪設(shè)20 cm+30 cm 級(jí)配碎石砂墊層和雙向土工格柵,之后埋設(shè)沉降盤,在觀測(cè)到穩(wěn)定的初始值后,方可進(jìn)行路堤填筑。
(3) 樁處理長(zhǎng)度原則上以樁底地質(zhì)燮制為主,上部擴(kuò)大頭直徑100 cm,長(zhǎng)度2 m;下部樁徑50 cm,局部路段根據(jù)周邊段落靈活調(diào)整。
(4) 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及頻率:間距1.5 m 段復(fù)合地基承載力特征值104.73 KPa,單樁承載力特征值139.88 KN,檢測(cè)頻率為總根數(shù)的1%。
(1) 工后沉降量燮制指標(biāo):一般路段≤50 cm,涵洞、通道處≤30 cm,橋臺(tái)與路堤相鄰處≤20 cm;工后沉降差引起的道路縱坡變化≤4‰;連續(xù)兩個(gè)月觀測(cè)的沉降量每月不超過5 mm。
(2) 地表沉降觀測(cè)斷面在一般路段宜每100 m布設(shè)一處;在跨度大于30 m 的結(jié)構(gòu)物的兩端相鄰路堤段,各布設(shè)一處,跨度小于30 m 時(shí)可僅在一端布設(shè);在地基條件差、地形變化大的部位應(yīng)加密設(shè)置觀測(cè)斷面[5]。
(3) 沉降觀測(cè)在施工期應(yīng)每填一層觀測(cè)一次;路堤填高達(dá)到極限高度之后應(yīng)每天觀測(cè)一次;臨時(shí)中斷施工或加載間隙期可3 d 觀測(cè)一次[5]。
沿海地區(qū)道路軟基普遍較深厚,設(shè)計(jì)上應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水文及環(huán)境條件等進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上的方案比較,兼顧項(xiàng)目周期安排情況選擇適合的處理方法。施工過程要燮制好材料配比,并做好施工監(jiān)測(cè),保障軟基處理的質(zhì)量。