碎石樁在軟土路基處理中的應用

論文類別:工學論文 > 工程建築論文
論文作者: 杜楊昆
上傳時間:2006/3/20 10:10:00

摘要:我省具有典型的山巒縱橫、溝壑遍布的喀什特地形地貌,軟土在山间谷地分布較廣。 隨著高等級公路建設規模不斷擴大,路線經常不可避免地穿過軟土地段,所以軟基處理在高等級公路設計施工中已經是个很重要的議題。

關鍵詞:樁 基礎 路基

1 引言

  由於軟土含水量大,壓縮性高,因而軟土地基強度低,從而導致路堤因不均勻沈降或剩余沈降量過大而破坏。因此要保證路基穩定首先就得進行軟基的固接處理。

  贵新公路K119+170~K119+348段軟基具有軟土厚度深、面積大的特點。針對這一情況采用了振壓沈管碎石桩對其進行固接處理。以下就處理情況作簡要介紹。

2 軟基的基本概況

  貴新公路K119+170~K119+348路段,地處山間谷盆。由於地勢平坦,排水不暢,地下水發育(左側有兩個湧水泉點),長年淤積而形成大面积的軟土。經地質鉆孔揭示,該段軟基上覆流塑~軟塑狀淤泥質土層,呈灰黑色,具腥臭味,遍布整個面積,厚1.5~2.5米;其下为淤泥質土層,含碎石,呈軟塑~可塑狀態,饱水,強度低,厚6.0~14.8米;下伏基巖為二叠系上統吳家坪組薄層矽質灰巖夾粘土巖,其頂部風化強烈。對軟土取樣四組進行實驗其物理力學性質如表所示。

物 理 性 質 力 學 性 質

含水量w(%) 48.9~63.6 固结試驗壓縮系數a100~200(Mpa-1) 0.990~1.520

密度P(g/cm3) 1.54~1.66 壓缩模量Es100~200(Mpa) 1.522~2.243

比重Gs 2.56~2.60 直接剪切試驗凝聚力C(Kpa) 6~24

孔隙比e 1.332~1.741 內摩擦角Ф(度) 7.2~13.5

液限WL(%) 65.70~84.6 燒失量(%) 9.43~11.35

塑限WP(%) 34.90~43.90

塑性指數Ip 29.90~43.00 土樣類別 有機質高液限粉土 灰黑色粘土,含腐質草根及礫石

天然稠度Wc 0.19~0.56

從表上可以看出該段軟土天然含水量高,孔隙比大,壓縮性高,抗剪強度低。

3 軟基處理措施及計算依據

3.1 處理方案

  貴新公路K119+170~K119+348段,最高填方9.46米,最低填方3.66米,填方面積8302平方米。因軟基深度較大(7~17米),地勢平坦,面積較大,不易采用換土填石或拋石擠淤處理。经過會審論證,決定采用振壓沈管碎石樁對其进行固結處理。碎石樁采用正方形排列,全平面同一樁徑、樁间距。根據部頒《規範》及以往施工經驗,選擇樁間距为1.2米,樁直徑根據振沖器外徑定為32.5米,碎石樁要求穿過風化巖層。碎石樁施工結束後,在地基上鋪設20厘米厚的碎石墊層,以加強路基排水。

3.2計算依據

  路堤填料為粘土,其主要計算參數取值:γ土=18kN/m3 ,C土=25Kpa ,Ψ土=15。 ;軟基主要計算參數取值:γ軟=16kN/m3 ,C软=15Kpa ,Ψ軟=7。 ,固結系數 Cv=1.5x10-7m2/s 。

  根據填方高度、填土容重、附加應力、軟土深度和壓縮系數,通過計算可得加固前路基沈降量S前=82cm。

加固後路基總沈降減少量S減=[1/1+(n-1)η]×S前

式中 n______樁土應力比,對于粘性土n=2~4,取n=2

η_____ 面積置換率

η=d2/de2

d____桩直徑

de____等效圓直徑,由於樁孔為正方形布置所以de=1.13倍樁間距

η=0.325/(1.13×1.2)2

=0.05744

S減= [1/1+(2-1)0.05744

= 78cm

通過計算可知,地基采用碎石樁處理後,总沈降量減少78cm,剩余沈降4cm,滿足沈降量控制要求。

單樁承載力[б]桩=20×C軟/K

C軟 ____凝聚力,C软=15KPa

K____安全系數,K=1.25

[б]樁=20×15/1.25

=240Kpa

復合地基承載力[б]復= β[б]土×[1+η(n/β)- η]

η_____ 面積置換率, η=0.0574

[б]土 _____樁間天然地基土的承載力

n= [б]桩/ [б]土,稱为樁土應力比,據有關資料,其值在2-12 之

間變化,本文取值為2

[б]土=[б]樁/2=240/2=120Kpa

β____樁間土承載力折減系数,取值1.0,因為樁土應力比已經考

慮了這一因素。

[б]復=1×120×[1+0.0574(2/1)- 0.0574]

=126.9KPa

通過以上計算證明,加固後的地基承載力得以較大提高,沈降量控制在可靠的範圍內,

並且承載力的計算結果為後期的承載試驗提拱了可靠的數字依據。

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4.施工工藝及註意事項

  施工前,应清除流塑狀淤泥,鋪设0.5米厚的石屑臨時垫層,整平場地,以便施工機械進場。墊層应嚴格控制粒徑,以免無法進行成孔。然後放線定出孔位。施工順序應从左到右,先邊部後中部,便於復合地基土体固結程度隨時間延長不斷深入。施工時要註意水、电、料三者的控制。水要充足,但水量不易過多,以防把填料回出流走;電主要是控制振密過程中的密實電流;料要註意加料不得過猛,原則上要勤加料,但每批不宜加得太多。碎石采料粒徑不得大於5cm。完工後加鋪20cm厚的碎石墊層,以利于排水。

清淤排水整平場地 放樣定孔位 设備材料進場 成孔试驗

承載試驗檢測強度 鋪設墊層並碾壓 碎石樁施工

5.承載試驗檢測及結論

  经過一個月的緊張施工,共完成碎石樁總進尺73122米,成孔5916個,灌入碎石約 11000立方米。根據地基承載力計算數據,進行了三組五個點承載板静載試驗,兩個樁上點,三過樁間土。試驗用的圓形承载板與等效影響圓直徑相等,加載總荷載至少是復合地基設計值的一倍。荷載按25Kpa為一級分級加載,每級加載後,分時觀測沉降值直至每小時變形值小於0.1mm,即認為底板已處於相對穩定而終止觀測,然後進行下一級加載,直至試驗結束。其結束试驗的條件為:累計加荷值達300Kpa,或在此荷载之前地基出現明顯變形,底板周邊出現裂縫、隆起等現象。卸載時測讀回彈量,直至變形结束。

  整理觀測數據,繪制沈降S、荷載P、時間T三者之間的关系曲線可以看出曲線由兩段近似直線所組成,曲率變化不大,分級沈降值亦無明顯增大,各個點的累計觀測沈降量均小於設計值4cm,當加載至300Kpa以內均未出現板底復合地基破壞迹象。所以加固後的復合地基處於压密階段,承載能力有很大的提高,軟基處理是成功的。並且固結效果隨著時間还應有所增加,故以後填方施工不能過快,應嚴格按规範分層進行填築,並作好堆載與路堤沈降觀測,以沈降值控制填方施工速率。

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