三種軟基處理新技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用_secret.doc

三種軟基處理新技術(shù)在高速公路中的應(yīng)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(jīng)稻田、池塘、河流、荒灘等，均為軟土地基，含水量高、富有機(jī)質(zhì)，地質(zhì)情況復(fù)雜，以亞粘土和淤泥質(zhì)亞粘土為主要地基處理對象，另有部分淤泥質(zhì)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(jìn)度與質(zhì)量。應(yīng)用在高速公路中的軟基處理技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，軟基處理的成本更經(jīng)濟(jì)，工藝更簡單，施工更環(huán)保，效果更理想已經(jīng)成為軟基處理技術(shù)的發(fā)展方向。在此，業(yè)主、設(shè)計(jì)、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(biāo)號砼樁和探測式塑排板三種軟基處理施工進(jìn)行了觀察研究和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析。1.2軟基處理設(shè)計(jì)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(jìn)行軟基處理，并和等（超）載預(yù)壓相結(jié)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(biāo)號砼樁處理。根據(jù)連續(xù)沉降觀測分析三種軟基處理技術(shù)的應(yīng)用效果。2 三種軟基處理方式的應(yīng)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(shù)，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(yù)壓期短，可快速填筑至等超載標(biāo)高，無須二次開挖和橋臺預(yù)壓等優(yōu)點(diǎn)，是正在推廣應(yīng)用的創(chuàng)新項(xiàng)目。2.1.1 施工設(shè)計(jì)現(xiàn)澆砼薄壁筒樁設(shè)計(jì)處理范圍為路基底寬橋臺背墻后32.5m，直徑1000mm，壁厚120mm，砼強(qiáng)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(shè)有蓋板，板厚200mm，砼標(biāo)號C25。筒樁內(nèi)20cm厚砼與蓋板一起澆筑，蓋板施工完畢后，強(qiáng)度達(dá)到70時進(jìn)行路基填筑。以K22+161.0橋臺為例，筒樁布置和結(jié)構(gòu)示意見圖1。2.1.2 施工原理及工序流程根據(jù)筒樁的設(shè)計(jì)壁厚制作成孔器，成孔器由內(nèi)、外鋼護(hù)筒組成，使內(nèi)鋼護(hù)筒外徑與外鋼護(hù)筒內(nèi)徑之差剛好等于筒樁設(shè)計(jì)壁厚。內(nèi)外鋼護(hù)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(dǎo)向結(jié)構(gòu)固定。施工時將成孔器和樁尖一起振動打入土中，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再從內(nèi)外鋼護(hù)筒空隙處灌入砼，灌注的同時對成孔器進(jìn)行機(jī)械振動并控制撥管速度，使筒樁砼密實(shí)成型(見圖2)。其工序流程如下：(1)、鉆機(jī)就位，埋好環(huán)形樁尖并套上密封鋼圈，使成孔器內(nèi)外鋼管底端分別頂住樁尖的內(nèi)外臺階支承面，并檢驗(yàn)成孔器的垂直度。(2)、雙管在激振力作用下逐漸下沉到預(yù)定的標(biāo)高，內(nèi)管中的土逐漸上升。(3)、沉管到預(yù)定標(biāo)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(jìn)料槽內(nèi)送入砼，落入內(nèi)外管間的環(huán)形空腔中，達(dá)到一定的量后振動密實(shí)。(5)、連續(xù)送砼，邊振動邊上拔成孔器，直至澆注砼的實(shí)際高度高于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高50cm。2.1.3施工技術(shù)要點(diǎn)2.1.3.1沉孔根據(jù)地質(zhì)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(nèi)、外鋼管的空腔密封，根據(jù)實(shí)際情況選取合適的止水方法：a、預(yù)先灌注約1m3砼在壁腔內(nèi)，防止地下水滲入壁腔內(nèi)。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(nèi)進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)有水時，應(yīng)用專門抽水機(jī)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(zhì)量檢測樁身質(zhì)量檢查可采用靜壓試驗(yàn)，也可以采用低應(yīng)變法檢測，以確認(rèn)樁身砼強(qiáng)度及完整性。如果發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重質(zhì)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(bǔ)樁，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本合同段共施工筒樁396根，按30%的抽樣比例，用低應(yīng)變法檢測樁的質(zhì)量，均為類樁，合格率為100%。2.2 低標(biāo)號砼樁現(xiàn)澆低標(biāo)號砼樁是在粉噴樁的基礎(chǔ)上加入砂石料，灌注成砼樁，單樁承載力得到較大提高。低標(biāo)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(biāo)高，無須二次開挖和橋臺預(yù)壓等優(yōu)點(diǎn)，是近幾年大力推廣的一種軟基處理新技術(shù)。2.2.1施工設(shè)計(jì)本工程低標(biāo)號樁直徑426mm，砼強(qiáng)度C10，采用普通硅酸鹽水泥，樁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于6.0Mpa，60天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于10.0Mpa，坍落度3cm5cm。路基中間部分布設(shè)長樁，樁長L，路肩外1m至坡腳為短樁，樁長L/2，根據(jù)填筑高度和設(shè)計(jì)荷載確定L值。以CK0+198橋臺為例，低標(biāo)號樁布置如圖三所示。2.2.2施工原理及工序流程根據(jù)低標(biāo)號樁的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)標(biāo)高，再往鋼護(hù)筒中灌入砼，通過振動和撥管，使樁砼密實(shí)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(shù)要點(diǎn)2.2.3.1 材料砼按設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求進(jìn)行配合比試驗(yàn)，粗骨料的最大粒徑不大于4cm。施工時嚴(yán)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(yán)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(jù)地質(zhì)情況不同隨時調(diào)整。2.2.4質(zhì)量檢驗(yàn)本合同段的低標(biāo)號砼樁采用小應(yīng)變法檢測，以確認(rèn)樁身砼強(qiáng)度及完整性。如果發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重質(zhì)量問題時，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)樁。本合同段低標(biāo)號樁1004根，經(jīng)按30%的抽樣比例（300根）用無破損法（小應(yīng)變）檢測樁身質(zhì)量，有294根為類樁，6根局部出現(xiàn)擴(kuò)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(jī)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(jīng)換算，直接在測深儀上讀得排水板深度。根據(jù)試驗(yàn)，銅絲的斷裂伸長率9.8，斷裂時強(qiáng)度2.66N/根。2.3.2特點(diǎn)探測式塑料排水板的最大優(yōu)點(diǎn)是便于質(zhì)量監(jiān)控，大大減少了質(zhì)檢人員、監(jiān)理工程師現(xiàn)場旁站的勞動強(qiáng)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(diǎn)，所以這種軟基處理方法在有充足工期的前提下經(jīng)濟(jì)效益顯著，是普遍推廣的軟基處理新技術(shù)。排水板的缺點(diǎn)是插打后需要控制路基填筑速度，路基填筑完成后需進(jìn)行長期連續(xù)觀測沉降數(shù)據(jù)，直至沉降穩(wěn)定，方可進(jìn)入下一步施工，預(yù)壓期有的可達(dá)12個月以上。 2.3.3施工設(shè)計(jì)塑料排水板設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(guān)注地質(zhì)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(yīng)慢，防止回帶，對于回帶嚴(yán)重的排水板要補(bǔ)打。同時插打過程中隨時注意調(diào)平機(jī)具，以確保垂直度。2.3.5質(zhì)量檢驗(yàn)在對施工中部分塑排板進(jìn)行抽檢，結(jié)果如表1。從表中數(shù)據(jù)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(dá)到交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量。表1:塑排板檢測表測點(diǎn)位置50-150-350-550-750-950-1150-1350-1550-1750-1950-2150-22設(shè)計(jì)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(diǎn)位置86-186-286-386-486-5-86-686-786-886-986-1086-1186-12設(shè)計(jì)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(shù)的對比分析3.1沉降分析 三種軟基處理結(jié)束后均在路基底埋設(shè)沉降觀測管（板），進(jìn)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(shù)據(jù)進(jìn)行分析。表2:薄壁筒樁處理地基沉降觀測時間 測點(diǎn) 累計(jì)沉降觀測起始累計(jì)時間(天)備注2002-3-26715243036(填筑完成)6696 136167318累計(jì)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(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，薄壁筒樁處理過的軟基地段沉降在5cm以內(nèi)，沉降量小，趨于穩(wěn)定時間短，工后沉降量小，效果理想，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的，為下一步施工創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。表3：底標(biāo)號樁處理地基沉降觀測 時間測點(diǎn) 累計(jì)沉降觀測起始累計(jì)時間（天）備注2002-6-117 15243035（填筑完成）6696136167318累計(jì)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(shù)據(jù)顯示低標(biāo)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(diǎn) 累計(jì)沉降觀測起始累計(jì)時間（天）備注2002-4-571526（填筑完成）305686 116 178239317累計(jì)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(shù)據(jù)顯示經(jīng)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(guān)系：圖表數(shù)據(jù)直觀的反映出：塑排板處理軟基預(yù)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(yù)壓期短；經(jīng)低標(biāo)號砼樁處理的地基與經(jīng)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(jīng)濟(jì)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(zhì)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(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，如表5示。表5：現(xiàn)澆砼薄壁筒樁、低標(biāo)號砼樁、探測式塑排板處理軟基經(jīng)濟(jì)對比表樁型孔徑（mm）單樁承載力（KN）單樁造價（元/根）樁數(shù)（根）總造價（元）現(xiàn)澆砼薄壁筒樁1000，間距3.5m5002355314738，470現(xiàn)澆低標(biāo)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(shè)計(jì)圖按K22+161地質(zhì)剖面理論計(jì)算單根長度造價套用本工程設(shè)計(jì)圖長100米寬40米處理范圍從上表看出：對于地質(zhì)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(biāo)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(jī)械輕巧，排水板工廠制造，質(zhì)量有保證，插打工藝簡單，施工速度快，檢測設(shè)備簡單，處理效果好?，F(xiàn)澆底標(biāo)號砼樁樁機(jī)已經(jīng)較為龐大，機(jī)械移位已不太方便，現(xiàn)澆底標(biāo)號砼筒樁樁機(jī)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(jìn)行混凝土的強(qiáng)度、坍落度等試驗(yàn)。3.4現(xiàn)澆薄壁筒樁的其它優(yōu)點(diǎn)3.4.1現(xiàn)澆砼薄壁筒樁技術(shù)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(biāo)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(zhì)量問題如斷樁、擴(kuò)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(nèi)挖土，人工修補(bǔ)。3.4.3現(xiàn)澆砼薄壁筒樁的施工不需泥漿護(hù)壁等復(fù)雜工藝，因此它具有鉆孔灌注樁無法達(dá)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(chǔ)土的摩擦面積大，由