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碎石桩在软土路基处理中的应用

发布人: 日期:2012-9-6 点击量:1041次 】【关闭

摘要: 我省具有典型的山峦纵横、沟壑遍布的喀什特地形地貌,软土在山间谷地分布较广。 随着高等级公路建设规模不断扩大,路线经常不可避免地穿过软土地段,所以软基处理在高等级公路设计施工中已经是个很重要的议题。
1 引言
  由于软土含水量大,压缩性高,因而软土地基强度低,从而导致路堤因不均匀沉降或剩余沉降量过大而破坏。因此要保证路基稳定首先就得进行软基的固接处理。
  贵新公路K119+170~K119+348段软基具有软土厚度深、面积大的特点。针对这一情况采用了振压沉管碎石桩对其进行固接处理。以下就处理情况作简要介绍。
2 软基的基本概况
  贵新公路K119+170~K119+348路段,地处山间谷盆。由于地势平坦,排水不畅,地下水发育(左侧有两个涌水泉点),长年淤积而形成大面积的软土。经地质钻孔揭示,该段软基上覆流塑~软塑状淤泥质土层,呈灰黑色,具腥臭味,遍布整个面积,厚1.5~2.5米;其下为淤泥质土层,含碎石,呈软塑~可塑状态,饱水,强度低,厚6.0~14.8米;下伏基岩为二迭系上统吴家坪组薄层硅质灰岩夹粘土岩,其顶部风化强烈。对软土取样四组进行实验其物理力学性质如表所示。
物 理 性 质 力 学 性 质
含水量w(%) 48.9~63.6
固结试验压缩系数a100~200(Mpa-1) 0.990~1.520
密度P(g/cm3) 1.54~1.66
压缩模量Es100~200(Mpa) 1.522~2.243
比重Gs 2.56~2.60
直接剪切试验凝聚力C(Kpa) 6~24
孔隙比e 1.332~1.741
内摩擦角Ф(度) 7.2~13.5
液限WL(%) 65.70~84.6
烧失量(%) 9.43~11.35
塑限WP(%) 34.90~43.90
塑性指数Ip 29.90~43.00
土样类别 有机质高液限粉土 灰黑色粘土,含腐质草根及砾石
天然稠度Wc 0.19~0.56
从表上可以看出该段软土天然含水量高,孔隙比大,压缩性高,抗剪强度低。
3 软基处理措施及计算依据
3.1 处理方案
  贵新公路K119+170~K119+348段,最高填方9.46米,最低填方3.66米,填方面积8302平方米。因软基深度较大(7~17米),地势平坦,面积较大,不易采用换土填石或抛石挤淤处理。经过会审论证,决定采用振压沉管碎石桩对其进行固结处理。碎石桩采用正方形排列,全平面同一桩径、桩间距。根据部颁《规范》及以往施工经验,选择桩间距为1.2米,桩直径根据振冲器外径定为32.5米,碎石桩要求穿过风化岩层。碎石桩施工结束后,在地基上铺设20厘米厚的碎石垫层,以加强路基排水。
3.2计算依据
路堤填料为粘土,其主要计算参数取值:γ土=18kN/m3 ,C土=25Kpa ,
Ψ土=15。 ;软基主要计算参数取值:γ软=16kN/m3 ,C软=15Kpa ,Ψ软=7。 ,固结系数 Cv=1.5x10-7m2/s 。
  根据填方高度、填土容重、附加应力、软土深度和压缩系数,通过计算可得加固前路基沉降量S前=82cm。
加固后路基总沉降减少量S减=[1/1+(n-1)η]×S前
式中 n------桩土应力比,对于粘性土n=2~4,取n=2
Η----- 面积置换率
η=d2/de2
d-----桩直径
de____等效圆直径,由于桩孔为正方形布置所以de=1.13倍桩间距
η=0.325/(1.13×1.2)2
=0.05744
S减= [1/1+(2-1)0.05744
= 78cm
通过计算可知,地基采用碎石桩处理后,总沉降量减少78cm,剩余沉降4cm,满足沉降量控制要求。
单桩承载力[б]桩=20×C软/K
C软-----凝聚力,C软=15KPa
K-----安全系数,K=1.25
[б]桩=20×15/1.25
=240Kpa
复合地基承载力[б]复= β[б]土×[1+η(n/β)- η]
Η-----面积置换率, η=0.0574
[б]土 -----桩间天然地基土的承载力
n= [б]桩/ [б]土,称为桩土应力比,据有关资料,其值在2-12 之
间变化,本文取值为2
[б]土=[б]桩/2=240/2=120Kpa
Β-----桩间土承载力折减系数,取值1.0,因为桩土应力比已经考虑了这一因素。
[б]复=1×120×[1+0.0574(2/1)- 0.0574]
=126.9KPa
通过以上计算证明,加固后的地基承载力得以较大提高,沉降量控制在可靠的范围内,
并且承载力的计算结果为后期的承载试验提拱了可靠的数字依据。
4.施工工艺及注意事项
  施工前,应清除流塑状淤泥,铺设0.5米厚的石屑临时垫层,整平场地,以便施工机械进场。垫层应严格控制粒径,以免无法进行成孔。然后放线定出孔位。施工顺序应从左到右,先边部后中部,便于复合地基土体固结程度随时间延长不断深入。施工时要注意水、电、料三者的控制。水要充足,但水量不易过多,以防把填料回出流走;电主要是控制振密过程中的密实电流;料要注意加料不得过猛,原则上要勤加料,但每批不宜加得太多。碎石采料粒径不得大于5cm。完工后加铺20cm厚的碎石垫层,以利于排水。
清淤排水整平场地 放样定孔位 设备材料进场 成孔试验
承载试验检测强度 铺设垫层并碾压 碎石桩施工
5.承载试验检测及结论
  经过一个月的紧张施工,共完成碎石桩总进尺73122米,成孔5916个,灌入碎石约 11000立方米。根据地基承载力计算数据,进行了三组五个点承载板静载试验,两个桩上点,三过桩间土。试验用的圆形承载板与等效影响圆直径相等,加载总荷载至少是复合地基设计值的一倍。荷载按25Kpa为一级分级加载,每级加载后,分时观测沉降值直至每小时变形值小于0.1mm,即认为底板已处于相对稳定而终止观测,然后进行下一级加载,直至试验结束。其结束试验的条件为:累计加荷值达300Kpa,或在此荷载之前地基出现明显变形,底板周边出现裂缝、隆起等现象。卸载时测读回弹量,直至变形结束。
  整理观测数据,绘制沉降S、荷载P、时间T三者之间的关系曲线可以看出曲线由两段近似直线所组成,曲率变化不大,分级沉降值亦无明显增大,各个点的累计观测沉降量均小于设计值4cm,当加载至300Kpa以内均未出现板底复合地基破坏迹象。所以加固后的复合地基处于压密阶段,承载能力有很大的提高,软基处理是成功的。并且固结效果随着时间还应有所增加,故以后填方施工不能过快,应严格按规范分层进行填筑,并作好堆载与路堤沉降观测,以沉降值控制填方施工速率。
 

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