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軟基處理的工程實例

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從兩則軟基處理的設計實例看深厚層軟土
處治的方案比選
內容提要
本文介紹了福鼎至寧德高速公路(灣塢~漳灣段)A23合同段漳灣互通和徐宿淮鹽公路淮安段凌橋互通軟基的處置設計,為深厚層軟土的地基處理設計及方案比選提供了可供參考的工程實例,并分析其處治方案比選要點。
關鍵詞
深厚層軟土       設計      方案比選
1.概述
軟土是指以水下沉積的軟弱粘性土或淤泥為主的地層,有時也夾有少量的腐泥或泥炭層。軟土在我國沿海、沿湖、沿河地帶有廣泛分布。近年來,隨著改革開放的逐步深化和社會主義市場經濟的蓬勃發展,我國公路建設的規模日益擴大,難度不斷提高,公路建設對軟土處治提出了更高的要求。為了滿足公路工程建設的需要,我國引進、發展了多種軟土處理技術,積累了一定的經驗,同時也還存在一些問題,尤其是深厚層軟土的處置,成為軟土地基處理的一大難點。以下結合福寧高速公路A23合同段漳灣互通和徐宿淮鹽公路淮安段凌橋互通軟基的處置設計,對深厚層軟土的地基處理設計及方案比選做一淺顯的探討,僅供同類工程設計和施工時參考。
2.工程實例
2.1福寧高速公路A23合同段漳灣互通
2.1.1工程簡介
福鼎至寧德高速公路(灣塢~漳灣段)是同江至三亞國道主干線的一段,是我國沿海大通道的重要組成部分,建設該項目,對促進海峽兩岸直接三通、以及增強國防交通保障能力具有重要意義,該項目由我中交第一公路勘察設計研究院負責設計。處于A23合同段的漳灣互通式立交區位于平坦開闊的海積平原上,現多為水稻田和魚塘。該海積平原系近代圍海造地而成,軟土在主線及各匝道位置均有分布。軟土層底最大深度8.2m(AB匝道范圍)。軟土基本分上下兩層,中間夾有一層低液限粘土。軟土的天然含水量在60%以上,天然孔隙比為1.3~2.2,室內快剪試驗的粘聚力5~20kPa,內摩擦角1~10°。
2.1.2方案比選
該立交范圍內高路堤有兩處,一是CR被交路跨線橋頭,二是AB匝道橋頭。兩段橋頭路堤原設計軟基分別采用擠密砂樁和擠密碎石樁處理,根據計算,兩段橋頭路堤需要很長的施工預壓期:CR跨線橋頭約590天,AB匝道跨線橋頭約360天。此外,采用擠密砂樁和擠密碎石樁處理的地基一般還需要對橋頭路基采用預壓反開槽施工,以消除軟土層壓縮的側向推移力對橋臺基礎的不利影響。
該路段計劃的通車時間在2002年7月1日,在現有的工期內完成如此巨大的工作量幾乎是不可能的,所以需要從改變處理方法上想辦法,這里最直接的方法是延長橋的長度,將橋頭路堤降低。經過變更,CR跨線橋橋頭設計填土高度降低約1.5m,工期與填土的矛盾得到了一定的緩和。AB匝道橋由于受相鄰匝道的影響,橋長不宜再延長。
填土高度的降低可以縮短路堤填筑的時間,但預壓的時間縮短不了,要縮短預壓的時間,需要靠超載來解決;顯然,此處不宜再將路堤土填高作為超載,從目前地基處理領域的一些措施來看,適宜的方法是采用真空聯合堆載預壓技術。
2.1.3方案設計
1)處理范圍的確定
對填高在5m以上,橋臺前20m的地段、收費站以及幾條匝道的交匯處均進行了處理。
2)堆載高度
將路槽底面高度作為真空聯合堆載預壓的控制計算高度,即在真空負壓和填土荷載的聯合作用下,預壓期末路堤頂面正好下沉到路槽底面的高度。
3)施工和預壓期(真空預壓施工圖見圖1)
根據預壓設計計算結果,采用真空聯合堆載預壓處理區的預壓填土高度為5.0~8.9m,該填土荷載可分兩級施加(見表1),第一級在真空度穩定到80kPa后施加,該級堆載高度3m。考慮到對塑料膜的保護需要人工鋪設其上砂墊層,該級填土速率按10cm/d考慮,填筑時間控制在30天以內。剩余的第二級荷載按30cm/d的填土速率快速施加,填筑時間控制在30天以內,最后留30天滿載預壓。
表1  加載計劃表
填土高度 累計高度 時間
第一級(3.0m) 3.0m 抽真空30天
第二級(2~5.9m) 5~8.9m 抽真空60天
滿載 5~8.9m 抽真空90天
根據孔隙水壓力觀測結果,當地基固結度達到95%以上時停止抽真空,但沉降觀測仍需繼續進行;當連續觀測2個月的地基沉降量均不超過每月5mm時,可以進行路面的施工。












圖1  真空預壓施工圖
4)鉆孔灌注樁位移控制
軟土地基橋臺的鉆孔灌注樁應按預壓反開挖方法施工,其目的是為了避免因地基沉降產生的側向壓力使樁產生位移,目前的橋梁設計規范中沒有對該位移制訂容許的量值,實際上是不容許有位移。但是,目前的實踐工程中樁產生側向位移很普遍,原因主要是地基未先預壓就施工,或地基采用粉噴樁處理后達不到預期的加固效果。對這一情況的處理一般是梁能夠吊裝上去,且伸縮縫能正常工作即認為正常。
目前AB匝道橋已經施工的橋臺鉆孔灌注樁均在真空預壓區內,抽真空時由于是等向固結,理論上能夠保證鉆孔灌注樁不偏移。此外,臺前20m路段的預壓填土和臺后的填土也基本能平衡,所以鉆孔灌注樁的位移在聯合堆載預壓過程中應該很小。
為了解鉆孔灌注樁的位移情況,做到心中有數和采取必要的措施,可在真空預壓前后觀測樁的位置坐標,同時建議在真空堆載預壓期間用固定在樁上的測斜儀觀測。
5)施工程序
(1)塑料排水板施工
(2)鋪設真空濾管
(3)鋪膜和壓膜
(4)路堤填筑
2.2徐宿淮鹽公路淮安段凌橋互通深厚層軟土處理
2.2.1工程簡介
徐宿淮鹽公路是江蘇省干線公路網規劃布局“四縱四橫四聯”主骨架中的“橫二”(徐州—鹽城)公路,是聯結通過蘇北地區的四條國道主干線(同三、京滬、京福、連霍)以及省干線寧宿徐公路的區域聯絡線。徐宿淮鹽公路的建設對溝通南北,連貫東西,構筑全省公路主骨架,促進蘇北地區經濟發展具有極其重要的意義。徐宿淮鹽公路淮安段(以下簡稱宿淮公路淮安段),是徐宿淮鹽公路的一部分,全長55.1km。處于淮安1合同段的淮陰凌橋互通位于位于黃泛沖積平原區,表層為1~2m的液化土層(基本為中等~嚴重液化土),其下沉積了厚約4~14m的1層~2層淤泥或淤泥質低液限粘土,軟土層底最大深度18m,天然含水量35.0~60.0%,天然孔隙比1.0~1.6,壓縮系數0.5~1.05Mpa-1,室內快剪試驗的粘聚力9~11kPa,內摩擦角1.1~5.6°。
2.2.2方案比選
軟土處理方案比選表
處理方案 方案比選 方案采用
預壓 無法完全解決穩定問題和第二層軟土的固結問題 不推薦采用
預壓+塑料排水板 同上 不推薦采用
真空預壓 無法解決第二層軟土的固結問題 不推薦采用
真空聯合堆載預壓 同上 不推薦采用
碎石樁 本路段軟土的側向約束小,碎石樁很難成樁(一般要求不排水抗剪強度≥19.6Kpa) 不推薦采用
水泥粉煤灰(CFG)碎石樁 是這幾項方案中造價最高的,而且在側向約束較小的情況下也較難成樁。 不推薦采用
噴粉水泥攪拌樁 10m以下成樁質量難以保證,而且無法解決表層液化土的液化問題 不推薦采用
噴漿水泥攪拌樁 15m以下成樁質量難以保證,而且無法解決表層液化土的液化問題 不推薦采用
砂樁 可以同時處理液化土和軟土,同時解決穩定和沉降問題,并且在京津塘、福寧等多條高速公路上有成功經驗 推薦采用
2.2.3方案設計
擠密砂樁的設計考慮了路堤荷載的大小、樁的承載力、可液化土層的層位及施工工

藝等。砂樁計算長度均穿透液化土層,一般為4.5~20.0m,設計樁徑0.5m,樁間距1.1~1.5m,在平面上呈梅花形布置(布置區域邊線與構造物基礎輪廓線平行)。加固寬度至坡腳外3m(不少于1排樁), 設計的單樁承載力不小于300kPa,復合地基承載力不小于130kPa。擠密砂樁頂面砂墊層厚50cm。
3.常見深厚層軟土處治方案的比選要點
深厚層軟土處理設計是地基處理設計中的難點和整個工程地基處理是否成功的關鍵。目前國內主要在江蘇、浙江等沿海地區較為多見,其常用的處治措施有砂樁、碎石樁、水泥攪拌樁、CFG樁、真空預壓、預應力砼管樁和EPS輕質路基等,各種處理方式的取舍主要取決于路線所處地區、處治路段的地質水文情況、當地的成功經驗以及處理方案的經濟性等,現就各種常見的深厚軟土的處治方案比選如下:
3.1水泥攪拌樁
3.1.1加固原理
水泥攪拌樁是用特制的機械設備把水泥漿送入地下,通過和原位地基土強制攪拌混合,使地基土和加固料之間很快發生一系列物理-化學反應,在短期內,使原來流塑狀態的軟土變成半固態到固態的樁體,使原來的軟土地基變成具有整體性和一定強度的加固土樁復合地基,從而提高地基承載力,減小地基的沉降。

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