三種軟基處理新技術在高速公路中的應用_secret.doc

三種軟基處理新技術在高速公路中的應用 1. 工程概況1.1工程簡介xx繞城高速公路南線七合段有路基工程1.2km，途經稻田、池塘、河流、荒灘等，均為軟土地基，含水量高、富有機質，地質情況復雜，以亞粘土和淤泥質亞粘土為主要地基處理對象，另有部分淤泥質夾層需要處理。因高速公路路基填筑有較高的高度，軟土地基處理效果將直接影響工程的進度與質量。應用在高速公路中的軟基處理技術也在不斷創(chuàng)新，軟基處理的成本更經濟，工藝更簡單，施工更環(huán)保，效果更理想已經成為軟基處理技術的發(fā)展方向。在此，業(yè)主、設計、監(jiān)理、施工單位聯(lián)合對本合同段現(xiàn)澆砼薄壁筒樁、現(xiàn)澆低標號砼樁和探測式塑排板三種軟基處理施工進行了觀察研究和技術、經濟分析。1.2軟基處理設計在路基的一般路段采用探測式塑排板配以砂礫墊層、土工格柵進行軟基處理，并和等（超）載預壓相結合。主線上的5個橋頭采用現(xiàn)澆砼薄壁筒樁處理，8個匝道橋橋頭采用現(xiàn)澆低標號砼樁處理。根據連續(xù)沉降觀測分析三種軟基處理技術的應用效果。2 三種軟基處理方式的應用2.1現(xiàn)澆砼薄壁筒樁現(xiàn)澆砼薄壁筒樁是一種新型樁，采用薄殼技術，與鉆孔灌注樁及其它的擠土沉樁法不同，薄壁筒樁采用自動排土、振動灌注成樁的方法，不僅速度快，且能有效節(jié)約建筑材料，造價低，并有工后沉降小，預壓期短，可快速填筑至等超載標高，無須二次開挖和橋臺預壓等優(yōu)點，是正在推廣應用的創(chuàng)新項目。2.1.1 施工設計現(xiàn)澆砼薄壁筒樁設計處理范圍為路基底寬橋臺背墻后32.5m，直徑1000mm，壁厚120mm，砼強度C20，坍落度6cm12cm。由于筒樁間距較大，為減小樁間土沉降，筒樁樁頂設有蓋板，板厚200mm，砼標號C25。筒樁內20cm厚砼與蓋板一起澆筑，蓋板施工完畢后，強度達到70時進行路基填筑。以K22+161.0橋臺為例，筒樁布置和結構示意見圖1。2.1.2 施工原理及工序流程根據筒樁的設計壁厚制作成孔器，成孔器由內、外鋼護筒組成，使內鋼護筒外徑與外鋼護筒內徑之差剛好等于筒樁設計壁厚。內外鋼護筒下端用專制的環(huán)形鋼筋砼樁尖（或稱樁靴）封口，并起固定作用，上端由特制的振動錘和導向結構固定。施工時將成孔器和樁尖一起振動打入土中，直至設計標高，再從內外鋼護筒空隙處灌入砼，灌注的同時對成孔器進行機械振動并控制撥管速度，使筒樁砼密實成型(見圖2)。其工序流程如下：(1)、鉆機就位，埋好環(huán)形樁尖并套上密封鋼圈，使成孔器內外鋼管底端分別頂住樁尖的內外臺階支承面，并檢驗成孔器的垂直度。(2)、雙管在激振力作用下逐漸下沉到預定的標高，內管中的土逐漸上升。(3)、沉管到預定標高后卸去振動錘及夾持器，并放置鋼筋籠（本工程無鋼筋籠）。(4)、安裝振動錘及夾持器，向外管上的進料槽內送入砼，落入內外管間的環(huán)形空腔中，達到一定的量后振動密實。(5)、連續(xù)送砼，邊振動邊上拔成孔器，直至澆注砼的實際高度高于設計樁頂標高50cm。2.1.3施工技術要點2.1.3.1沉孔根據地質情況控制沉孔速度，遇到硬地層，不宜過度加壓沉孔，以免損壞成孔器。下沉過程中保持成孔器的垂直度和頂部排土出口的通順。2.1.3.2成孔器止水沉孔之前必須使樁尖與成孔器內、外鋼管的空腔密封，根據實際情況選取合適的止水方法：a、預先灌注約1m3砼在壁腔內，防止地下水滲入壁腔內。b、在樁尖與成孔器接觸處用膠泥或石膏水泥密封防水。c、用止水塑料布或其他止水膠布止水。沉孔以后對孔內進行檢查，若發(fā)現(xiàn)有水時，應用專門抽水機將水排出，然后再灌注混凝土。2.1.3.3其它要求混凝土坍落度：612cm；碎石骨料：04cm；砼攪拌時間：23分鐘。成孔器提升速度控制在0.81.2m/鐘，但必須保持成孔器的鋼套管埋入砼約2m的深度，提升中不宜過度振動而造成砼離析。成孔器必須保持垂直度，傾斜度不得超過0.5%。2.1.4質量檢測樁身質量檢查可采用靜壓試驗，也可以采用低應變法檢測，以確認樁身砼強度及完整性。如果發(fā)現(xiàn)有嚴重質量問題時，還可以將樁中心的土體挖除后，用人工在缺陷處補樁，使之達到設計要求。本合同段共施工筒樁396根，按30%的抽樣比例，用低應變法檢測樁的質量，均為類樁，合格率為100%。2.2 低標號砼樁現(xiàn)澆低標號砼樁是在粉噴樁的基礎上加入砂石料，灌注成砼樁，單樁承載力得到較大提高。低標號砼樁施工方法與薄壁筒樁類似，施工快捷，工藝簡單，可快速填筑至等超載標高，無須二次開挖和橋臺預壓等優(yōu)點，是近幾年大力推廣的一種軟基處理新技術。2.2.1施工設計本工程低標號樁直徑426mm，砼強度C10，采用普通硅酸鹽水泥，樁體設計強度滿足28天無側限抗壓強度大于6.0Mpa，60天無側限抗壓強度大于10.0Mpa，坍落度3cm5cm。路基中間部分布設長樁，樁長L，路肩外1m至坡腳為短樁，樁長L/2，根據填筑高度和設計荷載確定L值。以CK0+198橋臺為例，低標號樁布置如圖三所示。2.2.2施工原理及工序流程根據低標號樁的設計直徑，用鋼板制作成孔器，施工時將成孔器和樁尖一起振動打入土中，直至設計標高，再往鋼護筒中灌入砼，通過振動和撥管，使樁砼密實成型。施工原理及工序流程與薄壁筒樁類似。2.2.3施工技術要點2.2.3.1 材料砼按設計強度要求進行配合比試驗，粗骨料的最大粒徑不大于4cm。施工時嚴格控制砼的坍落度在30mm50mm之間，振動成樁后樁頂浮漿厚度不許超過20cm.2.2.3.2 沉管與拔管沉管過程中嚴格控制傾斜度不大于1，樁位偏差不大于20cm。拔管速度要均勻控制，一般在1.21.5m/min左右，根據地質情況不同隨時調整。2.2.4質量檢驗本合同段的低標號砼樁采用小應變法檢測，以確認樁身砼強度及完整性。如果發(fā)現(xiàn)有嚴重質量問題時，應進行補樁。本合同段低標號樁1004根，經按30%的抽樣比例（300根）用無破損法（小應變）檢測樁身質量，有294根為類樁，6根局部出現(xiàn)擴孔為類樁，合格率為100%。2.3探測式塑料排水板2.3.1探測原理探測式塑料排水板是在原來粘合型塑料排水板的粘合縫處放置兩根銅絲（漆包線），在每根塑排板插打前，用銅絲專用電焊機將下端兩根銅絲焊接，或者將銅絲的絕緣漆燒掉，把兩根銅絲擰在一起。插打后通過量測銅絲的電阻，經換算，直接在測深儀上讀得排水板深度。根據試驗，銅絲的斷裂伸長率9.8，斷裂時強度2.66N/根。2.3.2特點探測式塑料排水板的最大優(yōu)點是便于質量監(jiān)控，大大減少了質檢人員、監(jiān)理工程師現(xiàn)場旁站的勞動強度。探測式排水板具有施工速度快，工藝簡單，造價低廉，施工環(huán)保等優(yōu)點，所以這種軟基處理方法在有充足工期的前提下經濟效益顯著，是普遍推廣的軟基處理新技術。排水板的缺點是插打后需要控制路基填筑速度，路基填筑完成后需進行長期連續(xù)觀測沉降數據，直至沉降穩(wěn)定，方可進入下一步施工，預壓期有的可達12個月以上。 2.3.3施工設計塑料排水板設計處理寬度為路基底寬+2m，插打深度以填筑高度為控制。排水板設計間距為1.2m，梅花型布置。插打深度誤差率1，垂直度偏差1，抽檢率30。2.3.4 插打與拔管插打過程中密切關注地質情況，對于有硬夾層的地段不可硬打，放慢速度，加大振動力，避免排水板或銅絲斷裂。拔管一定要控制速度，起初應慢，防止回帶，對于回帶嚴重的排水板要補打。同時插打過程中隨時注意調平機具，以確保垂直度。2.3.5質量檢驗在對施工中部分塑排板進行抽檢，結果如表1。從表中數據可以看出，在抽檢的24根塑排板中，可檢測率83.3%，檢測合格率100%。測深儀的精度誤差可以達到交通部行業(yè)標準JTJ/T257-96施工規(guī)定，塑排板插打深度可通過測深儀抽檢，保證軟基處理的質量。表1:塑排板檢測表測點位置50-150-350-550-750-950-1150-1350-1550-1750-1950-2150-22設計深度（m）23.5023.5023.5023.5023.5023.5023.5023.5023.5023.5023.5023.50測深儀測量深度（m）23.3223.4123.6423.6723.4823.24/23.4623.3623.7123.4723.66誤差（m）-0.18-0.09+0.14+0.17-0.02-0.26/-0.04-0.14+0.21-0.03+0.16測點位置86-186-286-386-486-5-86-686-786-886-986-1086-1186-12設計深度（m）26.0026.0026.0026.0026.0026.0026.0026.0026.0026.0026.0026.00測深儀測量深度（m）26.1225.81/25.7526.1126.0325.8025.6926.4126.1325.5725.94誤差（m）+0.12-0.19/-0.25+0.11+0.03-0.20-0.31+0.41+0.13-0.43-0.063.三種軟基處理技術的對比分析3.1沉降分析 三種軟基處理結束后均在路基底埋設沉降觀測管（板），進行連續(xù)觀測，觀測頻率為：填筑階段1次/層，填筑完成后1次/天。下面取三個路基段的觀測數據進行分析。表2:薄壁筒樁處理地基沉降觀測時間 測點 累計沉降觀測起始累計時間(天)備注2002-3-26715243036(填筑完成)6696 136167318累計沉降單位：mm； 填筑高度：4.87mK22+161左0.04.58.915.017.518.532.637.638.139.140.3K22+161中0.04.08.213.014.016.031.337.338.839.840.7K22+161右0.04.18.713.816.316.829.235.536.036.838.4由表2中數據可發(fā)現(xiàn)，薄壁筒樁處理過的軟基地段沉降在5cm以內，沉降量小，趨于穩(wěn)定時間短，工后沉降量小，效果理想，達到預期設計目的，為下一步施工創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。表3：底標號樁處理地基沉降觀測 時間測點 累計沉降觀測起始累計時間（天）備注2002-6-117 15243035（填筑完成）6696136167318累計沉降單位：mm； 填筑高度：5.10mK22+775左0.04.515.026.535.540.558.473.677.579.381.8K22+775中0.05.618.631.641.243.762.174.678.182.685.5K22+775右0.07.516.832.842.644.158.373.179.081.583.5表3中數據顯示低標號砼樁與薄壁筒樁處理效果接近，地基沉降趨于穩(wěn)定時間也較短，但工后沉降增大近一倍。表4：塑排板處理地基沉降觀測時間測點 累計沉降觀測起始累計時間（天）備注2002-4-571526（填筑完成）305686 116 178239317累計沉降單位：mm； 填筑高度：5.21mK22+680左0.014.944.4158.8195.3343.9520.7618.7676.8685.9691.7K22+680中0.022.056.5158.5202.0359.3534.8653.8713.5716.5721.5K22+680右0.020.050.7160.2201.6366.1547.6689.2760.8765.1769.2表4中數據顯示經塑排板處理的地基沉降趨于穩(wěn)定時間很長，而且工后沉降也大的多。圖四反映出三者之間的沉降速率對比關系：圖表數據直觀的反映出：塑排板處理軟基預壓期長，沉降速率大，工后沉降量大，趨于穩(wěn)定所需時間長；薄壁筒樁處理后的地基沉降量小，趨于穩(wěn)定的時間短，預壓期短；經低標號砼樁處理的地基與經過薄壁筒樁處理的地基相比沉降量偏大，趨于穩(wěn)定的時間也相對加長。3.2經濟分析雖然本文選取的三個軟基處理地段填筑高度有差別，但地質情況基本相同，現(xiàn)將這三個軟基處理段換算成長100m、寬40m的處理面積進行經濟分析，如表5示。表5：現(xiàn)澆砼薄壁筒樁、低標號砼樁、探測式塑排板處理軟基經濟對比表樁型孔徑（mm）單樁承載力（KN）單樁造價（元/根）樁數（根）總造價（元）現(xiàn)澆砼薄壁筒樁1000，間距3.5m5002355314738，470現(xiàn)澆低標號砼樁500，間距2.2m24014008101134，000探測式塑排板間距1.2m/56.63173179，592備注長度套用本工程設計圖按K22+161地質剖面理論計算單根長度造價套用本工程設計圖長100米寬40米處理范圍從上表看出：對于地質條件基本相同的軟土地基，采用塑料排水板處理成本最低，底標號砼樁成本最高，現(xiàn)澆砼薄壁筒樁成本介于兩者之間。3.施工工藝分析探測式塑料排水板施工機械輕巧，排水板工廠制造，質量有保證，插打工藝簡單，施工速度快，檢測設備簡單，處理效果好?，F(xiàn)澆底標號砼樁樁機已經較為龐大，機械移位已不太方便，現(xiàn)澆底標號砼筒樁樁機更為龐大，在狹窄的作業(yè)區(qū)開展作業(yè)有一定難度而且二者均需拌制混凝土，需要頻繁地進行混凝土的強度、坍落度等試驗。3.4現(xiàn)澆薄壁筒樁的其它優(yōu)點3.4.1現(xiàn)澆砼薄壁筒樁技術所采取的自動排土、振動灌注成筒樁的方法，不會因樁身越長發(fā)生樁周阻力聚增、難以施工的現(xiàn)象。而現(xiàn)澆低標號砼樁、打入樁等采用擠土成樁方法，因樁周阻力聚增，樁長、樁徑均不宜過大，一般樁的直徑都控制在50厘米左右。3.4.2筒樁施工中出現(xiàn)樁身質量問題如斷樁、擴頸、縮頸、離析、夾泥等的概率很小，地基施工中的流沙等難題也解決了。即使薄壁筒樁出現(xiàn)樁身問題也可以筒內挖土，人工修補。3.4.3現(xiàn)澆砼薄壁筒樁的施工不需泥漿護壁等復雜工藝，因此它具有鉆孔灌注樁無法達到的優(yōu)越性。3.4.4由于現(xiàn)澆薄壁筒樁是個薄壁筒樁體，與基礎土的摩擦面積大，由