粉砂土地基论文

粉砂土地基论文（精选7篇）

粉砂土地基论文 篇1

1 工程概况

大唐长春第三热电厂铁路专用线信号楼房建工程, 建筑面积1111m2。整个工程座落在3.5m高的填方上, 填料为粉细砂, 房屋设计采用200号条形基础, 原设计要求房屋地基采用灰土大换填处理, 换填至原自然地面以下不少于2m。根据设计意图, 进行大换填进行施工相对比较困难, 施工场地受到限制, 同时消耗的各种费用也铰多, 因此, 我们决定采用灰土井处理粉砂土地基的方法进行施工。本工程共有110口灰井, 从2009年8月11日开工, 共用16天即全部完成, 每口井施工时间为60min左右。

2 灰土井法处理粉砂土填方地基的特点

灰土井法处理粉砂土填方地基, 是通过井间挤密和夯填井灰土组成的人工复合地基来提高填土地基承载力的一种地基加固方法。具有原位处理、深层挤密和以土治土的特点, 与大开挖置换、振冲挤密和旋喷桩等施工方法相比, 具有施工简便、工艺程序清晰、工程质量易保证、造价低廉等特点。

其适用范围:地下水位较低的各种人工回填土、非饱和粘性土、湿陷性黄土以及粉砂土。

3 工艺原理

石灰中带正电荷的二价钙离子和土料表面吸附的一价金属阳离子发生离子交换作用, 从而限制了粘土表面扩散层的厚度, 并使土粒的吸水性能和膨胀性能大部分消失, 大量的粘粒团粒化, 增大了土粒的强度并使其粘性降低。随着灰土龄期的增长, 土体固化作用也提高。这样, 灰土强度就逐渐增加。在化学性能上具有气硬性和水硬性。石灰与土粒表面的胶质二氧化硅及胶质氧化铝发生复杂的反应并形成新的胶凝物, 使灰土桩成为具有气硬性和水硬性材料。在力学性能上, 利用成孔时的侧向挤压作用, 使桩间土得以挤密, 随后将桩孔灰土分层夯填密实, 可达到挤密地基的效果, 同时也提高了地基承载力, 消除了地基湿陷性, 减少了地基及建筑物沉降量。

4 材料要求

粘土必须采用纯洁均匀的粘性土, 且过筛后土块不大于20cm。

石灰采用经3d～4d熟化后的熟石灰并过筛, 粒径不大于5cm, 质量不低于Ⅲ级, GaO+MgO含量不少于50%。

施工中应严格按照石灰∶粘土=3∶7的比例拌合均匀。

5 灰土井法处理粉砂土填方地基施工工艺

5.1 工艺流程

基槽开挖→井孔放样定位→开挖成井→夯实机就位→夯实井底→检测合格→分层夯填灰井→检测合格→夯填封顶灰土 (0.3m厚) 。

5.2 施工参数

施工中, 采用灰土井处理填方房屋地基的施工参数为:井深2m, 井径1m, 井间距1.8 m。

5.3 工艺要点

(1) 根据施工现场机具配备、地质、夯力等情况确定基槽的开挖方式, 基槽挖至基础底面设计标高以下0.3m后, 平整清理场地, 使边坡坡度保持1∶0.75。同时, 备好夯实机械和所需材料, 进行现场土工试验, 测出粉砂土最佳含水量和最大干容量。

(2) 基槽尺寸经过检查合格后, 进行槽底抄平和放样定位, 然后人工开挖直径为1m, 深度为2m的井孔。

(3) 夯实机械就位后, 夯锤与村孔要相互对中, 夯锤应能自由下落到孔底。清除孔内的杂物和积水, 将井底均匀平整夯实。用环刀取样 (在夯实表面下0.14m处取样) , 卡瓦列夫仪现场测定其干容量和含水率, 计算出密实度。如果密实度≧0.96, 可进行灰土夯填;如果<0.96, 可增大或减少砂土含水率以接近最佳含水率。具体办法是:根据现场测定的含水率大小来采取措施。含水率>10%～12%, 可铺撒生石灰、干土等吸水材料;含水率<10%～12%, 可加水, 待水全部渗入土中后再夯击。

(4) 井底夯实达到密实度要求后, 进行灰土分层夯填。

(5) 灰土井夯填完, 经过检测密实度达到要求后, 即可夯填封顶灰土条形带, 贯穿基槽, 厚度为0.30m。

6 机具设备

灰土井夯实机械选用的是电动卷扬提升式夯实机, 夯锤采用截头圆锥体钢筋混凝土锤。基槽灰土带夯实机械采用电动蛙式打夯机。

7 劳动组织

灰土井处理粉砂土高填方房屋地基劳动组织为混合工种作业形式。各工序衔接、各工种配合由工地指挥长统一指挥。这样组织施工, 按照工艺流程, 完成一口2m深的井需要60min左右。所有工种人员, 除卷扬机司机外, 其他均不需培训、考核就可上岗。

8 质量检测

灰土井处理填方地基施工, 参照《地基与基础工程施工及验收规范》和《建筑安装工程质量检验评定标准》等国家标准执行。施工质量检查的内容包括:桩位、桩孔、挤密效果和填夯质量等, 其中以填夯质量检查为重点。

(1) 桩位检查。

(2) 桩孔检查。

(3) 挤密效果检查。

(4) 填夯质量检查。

(5) 桩间土的检查效果。

9 施工及安全注意事项

夯实的灰土, 在三天内不得受水浸泡。所以灰土夯填完后, 应及时修建基础和回填基坑, 时间来不及时, 要作临时遮盖, 防止日晒雨淋。

雨季施工时, 做好防雨及场地排水工作, 防止雨水流入基槽。刚夯完或尚未夯实的灰土, 如遭受雨淋浸泡, 则应将积水及松软呼土除去并补填夯实, 受浸湿的灰土应凉干后再夯实。

施工过程中, 如果雨水浸淋或夯打振动引起了井壁塌土, 加护壁钢筒支撑。护壁钢筒由两块半圆形钢板焊制而成。钢筒外径、高度尺寸与井孔相同。

1 0 效益分析

用灰土井处理高填方房屋地基, 可使高填方砂土的承载力提高约2倍。消除地基土的全部湿陷性, 处理深度满足需要。整片的灰土垫层使灰土桩地基受力更加均匀, 使箱基面积适当扩大, 减少地基沉降。另外, 施工速度加快, 提前了工期, 同时还能降低成本。

参考文献

[1]地基与基础工程施工及验收规范, GBJ202-83[S].

[2]建筑地基基础施工质量验收规范, GB50202-2002[S].

[3]建筑地基处理技术规范.JGJ 79-2002[S].

[4]顾晓鲁.地基与基础[M].北京:中国建筑工业出版社.

粉砂土路基施工工艺分析 篇2

关键词：公路工程,粉砂土,路基,施工要点

国道230开封至尉氏段改建工程, 又称开港大道, 全长52.940km, 为双向八车道一级公路标准。起始于开封市连霍高速与十三大街交会处, 终止于G240线。项目所在地区为广阔的黄河大冲积扇的南翼, 因黄河历次改道泛滥和其后的风积作用, 施工路段的土质主要构成为粉砂土。

粉砂土的粘粒成分较低、不易控制粉砂土最佳含水量, 同时不适度的压实很容易损坏土体的结构。因为粉砂土这种特殊的工程性质, 其施工过程很难把控的。因此, 总结出粉砂土路基施工的施工工艺是十分必要的。本文将结合国道230开封至尉氏段改建工程试验段K12+775-K12+950粉砂土路基施工, 总结其影响因素, 进而分析粉砂土路基施工要点。

1 粉砂土路基施工影响因素

1.1 含水量

粉砂土具有水敏性强, 保水性差的特性。在施工过程中含水量稍微高一点将出现弹软、裂缝、冒泥浆等翻浆现象;而含水量稍微低一点路基表层将会形成扬尘, 在压实之后将会使两土层之间结合不充足。以上两种现象的发生均会影响施工质量, 产生工程隐患。为了避免这些现象的发生, 在施工过程中对碾压含水量的控制是非常必要的。

1.2 施工机械

在施工前, 要根据施工要求、工期长短、试验数据等方面来综合考虑施工机械的配备。根据这几点, 在进行粉砂土路基的压实工作时, 为达到更好的效果, 最好能够选用22t、26t振动压路机和18t以上的稍大吨位的胶轮压路机。而且粉砂土的摊铺整平相对来说是比较容易的, 平地机与推土机是能够互补的, 因此在这两者的选择上要综合考虑。与此同时, 在粉砂土路基的施工中, 含水量控制范围较小, 配备两台洒水车就可以满足需求[1]。

2 粉砂土路基施工准备

2.1 人员、机械及物资的统筹安排

施工人员、机械、物资对施工现场来说是必须的要素, 应当根据施工的要求、工程量等进行人员和机械的统筹安排, 确定合理的人员岗位和数量配置、机械的种类和数量配置以及充足的物资。然后确保这些施工人员, 施工机械、各项物资各就其位, 为施工做好最根本的准备。

2.2 测量准备

施工前根按照设计图纸及提供的水准点和导线点资料, 安排测量人员采用全站仪对填筑段落进行中桩、边桩的恢复 (间距20m) , 打上木桩并撒布灰线, 在木桩上用红油漆标出松铺厚度的位置, 并挂上线, 为施工做好测量准备。

2.3 试验准备

施工前应对填筑路基的粉砂土进行取样, 然后做土的颗粒分析、含水量、CBR、塑限、液限、重型击实等试验, 通过这些数据进而确定所取粉砂土在进行压实时所需的最佳含水量和最大干容重, 为施工提供试验数据准备。

2.4 清理场地

在施工之前, 应当将施工场地清理并平整。首先通过平地机和人工的配合清理掉施工场地的腐殖土及表层土, 厚度应为30cm。然后, 使用机械将施工场地内的沟坑用素土分层回填, 并平整施工场地。

3 粉砂土路基施工工艺

3.1 机械组合及作业要求

试验段采用的机械组合为:22t、26t振动压路机各1台, 20t胶轮压路机1台, 装载机2台, 平地机1台, 洒水车2辆, 推土机1台。

进行施工作业时应当平行摊铺。待路基填土松铺厚度、平整度及含水量都已符合要求时才可以进行碾压, 碾压时横向碾压接头须重叠0.4~0.5m, 纵向碾压接头处重叠1.0~1.5m, 并达到无漏压, 无死角。压路机要匀速直线行使, 禁止在碾压段内“转向”“调头”“左右摆动”和“急刹车”, 压路机使路基各部分碾压到的次数要相同, 碾压遵循“两边后中间、先轻后重、先慢后快”。

3.2 填料摊铺

根据现场所配备的自卸车的装载吨数, 计算每辆车土方能够摊铺的面积, 然后用石灰做出记号, 安排专人在现场指挥倒土方, 接着根据现场的标线高度安排推土机进行摊料, 并用人工配合推土机进行初平, 控制好含水量后用平地机精确整平, 保证摊铺层具有均匀一致的厚度。

3.3 含水量控制

测定填土的含水量, 根据测定含水量进行洒水或晾晒, 使其能够控制在在最佳含水量±2%的范围之内, 其中洒水量的控制按照以下公式进行:

公式中:m为所需的加水量, ω0为实测含水量, ω1为最佳含水量, Q为加水前集料的质量, rω为水的容重。

3.4 碾压方案的确定

针对在国道230开封至尉氏段改建工程试验段K12+775-K12+950的路基施工, 制定了以下两个碾压方案进行比较。

方案一:桩号K12+775-K12+950, 左幅, 碾压工艺为推土机粗平, 平地机精平, 22t振动压路机静压一遍、弱振一遍, 26t振动压路机强振二遍、弱振一遍, 20t胶轮压路机静压一遍。

方案二:桩号K12+775-K12+950, 右幅, 碾压工艺为推土机粗平, 平地机精平, 22t振动压路机静压一遍、弱振一遍, 26t振动压路机强振三遍、弱振一遍, 20t胶轮压路机静压一遍。

两个方案实施完毕后, 试验人员用灌沙法检测左右两幅的压实度。通过检测, 通过方案一做出的路基的压实度为94.5%, 而通过方案二做出的路基的压实度为95.5%。根据试验指标综合考虑, 确定采用方案二进行施工, 松铺系数为1.29。

4 粉砂土路基施工控制要点

4.1 做好填前复压

粉砂土填筑路基水分蒸发后, 路基表面会变得松散、膨胀, 相邻两层粉砂土施工时间如果间隔过长, 将会在之间会产生一层浮土, 有可能造成工程隐患。因此在下一层填筑前, 必须进行洒水复压, 避免不必要的扰动, 确保做成一个较为平整、湿润且轮迹不明显的表面。

4.2 防止水分积聚

粉砂土形成的水分积聚会导致路基出现翻浆乃至液化。为了防止水分积聚, 避免翻浆的发生。在进行原地表处理的同时, 应当采取以下几个方面:设置砂垫层、把控好横坡度、换填处理等。

4.3 保障机械及检验

为了使工程进度及质量得到保障, 施工现场所配备的施工机械必须充足。进而避免在完成整平、碾压等工作前填土减少水分。机械满足开始在场地进行施工作业后, 检验人员紧跟其后, 及时跟踪检测终压完成的成型段落及。通过得出的检验数据, 适时的调整洒水量及碾压遍数等。确保在检测合格以后, 能够及时地填筑下一层路基[2]。

4.4 保证半幅施工

为了确保线路的贯通不被路基填筑施工所影响, 填筑厚度得到有效地控制, 同时为了做好现场文明施工, 保障施工现场井然有序, 同一段落应该杜绝全幅施工。做到从下至上一层一层地进行横断面半幅填筑施工, 施工时按中线将残料收回, 缺口补齐, 以保证中线位置顺直、平整、厚度一致[3]。

4.5 防止扬尘

由于粉砂土的颗粒很小, 而且水分流失的也较快, 在干燥的时候很容易产生扬尘, 破坏周边的环境。为了能够保证文明的施工, 减少灰尘对周围环境的污染, 在施工的过程中应当注意勤洒水, 避免路基表层产生扬尘。

5 结语

通过在粉砂土路基试验段施工的实践, 总结了粉砂土路基施工的影响因素, 进而分析出粉砂土路基的施工工艺和控制要点。这样可以满足路面结构层对路基各项功能的技术要求, 对施工进度的推进以及施工质量的提升具有相当不多的实践意义。但是仅仅这些还是不够尽善尽美的, 在接下来的施工实践中, 应当不断的试验、总结和完善粉砂土路基施工的工艺。

参考文献

[1]徐鹏.浅谈砂土路基施工[J].山西建筑, 2011 (08) :149~150.

[2]白强.清水河景观路粉砂土路基填筑施工技术[J].交通世界, 2012 (09) :134~135.

[3]罗彦生.浅谈以粉砂土为填筑材料的路基填筑施工工艺[J].黑龙江科技信息, 2011 (08) :256.

黄泛区粉砂土静力特性的试验研究 篇3

范文远等学者针对山东地区黄泛区的粉性土开展了若干研究[2—4]。范文远进行了室内和现场试验, 结果表明黄河冲淤积平原粉性土的颗粒主要集中在0.002~0.074 mm, 级配不良, 其承载能力受压实度和含水量影响显著[2]。贾朝霞, 等[3]研究了黄泛区粉性土路基的基本特性。李晓静等通过动三轴试验, 研究了黄泛区饱和粉土的动强度特性, 得到密实度和黏粒含量对动强度的影响规律[4]。但针对豫东这一区域的粉砂土的系统研究较少。

在豫东平原区域建筑砂石料严重匮乏, 粉砂土是主要的工程材料[1]。粉砂土的工程力学特性直接决定路基的强度和稳定性。为此系统研究郑汴物流通道开封境内粉砂土的静力特性, 以期为黄河两岸及周边地区公路的施工与质量控制提供必要的理论依据。

1 粉砂土的基本特性

根据《公路土工试验规程》 (JTG E40—2007) 规定, 粒径大于0.074 mm的土采用筛分法;粒径小于0.074 mm的土采用比重计法。

由施工现场取粉砂土300 g, 对其颗粒组成进行分析。分析结果可知, 粉砂土的粒径主要分布在0.074~1 mm, 含量高达98%, 大于1 mm的颗粒含量仅为2%, 级配不良, 沙粒均匀。根据《公路土工试验规程》 (JTG E40—2007) 规定, 该土样符合细粒土要求。

由《公路土工试验规程 (JTG E40—2007) 》中规定的试验方法进行粉砂土密度试验, 得出粉砂土的平均松散密度为1.62~1.68 g·cm-3。

2 粉砂土的静力特性

由施工现场取若干粉砂土土样进行室内固结试验、液塑限试验及直接剪切试验。

2.1 固结试验

固结是土的工程性质的一个重要方面, 与建筑物的稳定和沉降有密切的关系。采用杠杆式固结仪进行粉砂土压缩试验, 采用快速固结试验法, 选择8个加载等级, 每2 h读一次试件的变形量, 将最后一级荷载作为终压荷载, 24 h后读取数据, 以得出试件总的变形量。

粉砂土的压缩主要表现为孔隙体积的减小, 所以粉砂土的压缩变形参照一般土的做法, 以孔隙比的变化来表示。根据试样压缩前后的体积变化得出压缩变形和孔隙比的关系, 绘制e-p曲线, 见图1。将不同压力作用下的单位沉降量的试验结果绘制成压力-应变图 (图2) 。

由图1、图2分析可知:

(1) 应力增加单位变形也增大, 但随着应力增大, 单位变形量增加很小。

(2) 土样的压缩模量Es=5.71 MPa, 土样的压缩系数α为0.31 MPa-1, 故该粉砂土属中等压缩性土。

2.2 液塑限试验

界限含水率是决定土样性质的一个重要指标, 对划分土的状态、评价承载力、估计最优含水率、估算土的力学性质均有重要的意义。联合测定法是确定界限含水率的重要途径[1]。界限含水率通常由液限、塑限和塑性指数来定量表征。

本次试验在工程场地共采集6份粉砂土土样。采用液塑限联合测定仪来测定所取土样的液限和塑限。试验结果见表1。

由表1可知, 该工程场地的土样含水率较大, 在9.4%~16.1%波动, 开封地区多为浅地下水, 地下水位平均仅1.5 m。因此粉砂土的天然含水率较高, 即使在表层的粉砂土, 含水率也接近10%。

随着入土深度的增加含水率增长较快 (见表1) 。计算得其液限WL=15.3%, 塑限WP=10.1%, 塑性指数IP=WL-WP=5.2%。由IP对照颗粒分析划分表[5], 该土样属于含砂低液限粉土。粉砂土沿黄河两岸分布, 地下水位较高, 塑性指数小, 渗透性较好, 含水量较大。

2.3 直接剪切试验

土体的抗剪强度是影响路基稳定性的主要因素。为了能真实地反映土样在工程现场的破坏过程, 采用快剪试验方法, 以0.8 mm/min的剪切速率施加剪力, 直至试样破坏。直剪试验采用ZJ型应变控制式直剪仪, 试样选用天然状态下的粉砂土, 竖向压力加载的原则根据工程的实际情况和实验室情况而定, 试验过程按照JTG E40—2007公路土工试验规程中无黏性土的快剪试验进行。

分别测定垂直压力为100、200、300、400 k Pa作用下的抗剪强度和剪切位移, 试验结果见表2。

粉砂土剪切位移、抗剪强度随施加压力变化的曲线如图3所示, 试验结果表明剪切位移与施加压力之间, 抗剪强度与施加压力之间均存在显著正相关关系 (P<0.05) , 相关系数均为0.99, 基本上呈线性增长关系, 剪切位移和抗剪强度均随压力的升高而增大。

由试验结果, 根据库仑定律确定抗剪强度参数———内摩擦角φ和黏聚力C, 可得本研究粉砂土的黏聚力C为7.5 k Pa, 内摩擦角φ为35.3°。

3 黄泛区粉砂土静力特性分析

不同地区土体的工程特性一般差异较大, 本研究选取沙漠地区风积沙[6—8], 及两种典型地区 (豫东平原区[9]、南京地区[10]) 广泛分布的黏性土为代表, 与本研究中开封境内黄泛区粉砂土做比较, 三者主要的物理力学性质指标如表3所示。

3.1 粉砂土和风积沙静力特性比较

开封地区粉砂土对比沙漠地区风积沙有如下特点。

粉砂土和风积沙在某些物理特性方面具有一定相似性, 如:两者绝大部分颗粒粒径大于0.074 mm, 曲率系数小, 级配不良, 黏粒含量少, 但两者在含水率、内聚力等物理力学性质上又具有较大的区别。

粉砂土天然含水率为9.4%~16.1%, 高于沙漠地区风积沙天然含水率 (0%~3.8%) [7]。这是由于沙漠地区降雨量小, 而且蒸发量极大, 而开封地区多为浅地下水, 土层含水率较高。

袁玉卿等[11]采用筛分试验研究了乌兰布和沙漠、塔克拉玛干沙漠和毛乌素沙漠沙洋的颗粒组成, 得出结论:沙漠地区风积沙的颗粒粒径多分布在0.074~0.25 mm, 比本研究粉砂土颗粒粒径范围 (0.074~1 mm) 小。西北地区较为干旱, 通过风化和风积沙颗粒之间的摩擦, 其风积沙颗粒比开封地区粉砂土的机械组成更细, 砂粒更均匀。

风积沙压缩系数小于0.1 MPa-1[6], 属于低压缩性土, 压缩变形小。粉砂土属于中等压缩性土。

黏结力和内摩擦角是反映土体抗剪强度的重要指标。若颗粒间黏结力低, 抗剪能力差, 在外力作用下易产生位移。风积沙的内聚力基本为零, 风积沙的剪切强度主要来自于颗粒间的摩擦力, 其颗粒间的摩擦力由颗粒的滑动摩擦、咬合摩擦和颗粒破碎效应组成[12]。张生辉选用新疆、内蒙、陕西3省 (区) 典型风积沙进行了剪切试验, 得出风积沙的内摩擦角在30°~38°之间[8]。

本研究中粉砂土内摩擦角平均35.3°, 和风积沙的内摩擦角大小相当。粉砂土的黏聚力为7.5k Pa, 天然状态下粉砂土具有一定的含水量, 毛细作用的存在有利于颗粒内部黏聚力的增加, 从而有利于抗剪切能力的提高。粉砂土的抗剪强度由黏聚力和内摩擦角共同决定。

风积沙具有松散无塑性的性质, 使它成型比较困难, 而且成型后的抗剪切性能也较差。粉砂土具有一定的黏结力和塑性指数 (IP=5.2) 。

3.2 粉砂土和黏性土静力特性比较

粉砂土的力学特性如液塑限、内摩擦角等与一般的黏性土差异较大, 这主要是由于两者物理特性具有较大的不同。黏性土的基本特点是颗粒粒径较小, 颗粒表面存在着吸附结合水, 且含有大量的亲水性黏土矿物。而粉砂土黏粒颗粒含量很少。

粉砂土平均松散密度为1.62~1.68 g·cm-3, 较黏土 (豫东平原1.70~1.90 g·cm-3[9], 南京地区1.71~1.93 g·cm-3[10]) 低, 因此, 采用粉砂土作为路基填料, 相对传统细粒黏性土路基, 能减小路堤自重产生的堤身压缩变形和地基在柔性路堤荷载作用下的压密沉陷, 这对防止路堤较高时过大的沉降及差异沉降具有积极意义。

粉砂土天然含水率较黏性土低, 且粉砂土具有良好的透水性, 土中黏粒很少, 沙粒表面活性较低, 无黏性, 渗透系数大, 相对于黏性土, 其水稳性较好。豫东平原区黏性土压缩系数0.3~0.6/MPa-1较豫东粉砂土高, 两者同属于中等压缩性土。

粉砂土内摩擦角35.3°远高于黏性土 (2.9°~4.8°) 。黏性土的抗剪强度主要由黏聚力组成。内摩擦角的大小受含水量和压实度的影响。豫东平原及南京地区黏性土平均天然含水率值均稍高于黄泛区粉砂土, 且黏粒含量越高, 结合水越多。水在黏性土颗粒之间可起到一定的润滑作用。

由表3, 豫东平原区及南京地区黏性土的液限均显著高于豫东黄泛区粉砂土。根据《公路土工试验规程》 (JTG E40—2007) 中对于工程土质的分类标准, 豫东平原广泛分布的黏性土主要属低液限黏土, 由黄河、淮河冲积形成。粉砂土属于含砂低液限粉土。

粉砂土塑性指数5.2, 说明其含有一定的塑性成分, 但塑性指数低于一般黏性土。

由上述可知, 豫东黄泛区粉砂土与我国西北沙漠地区的风积沙、中原地区和南京地区广泛分布的黏性土, 在物理力学特性上均有显著的不同。风积沙、粉砂土、一般黏性土三者, 液限和塑性指数为明显升高的趋势。三者抗剪强度 (黏聚力、内摩擦角) 也差别较大。

含水率、压缩系数、内摩擦角及液塑限等物理力学特性均是工程施工质量控制的重要因素。根据本文试验所得粉砂土的静力特性, 可采取一定的工程措施提高粉砂土做为结构层的强度, 以达到较好的工程效果。

4 结论

粉砂土是中原黄泛区特有的一种土质, 对其物理力学性质的研究目前尚不完善。通过粉砂土静力特性的试验研究, 表明其工程特性具有如下特点。

(1) 粉砂土压缩系数为0.31 MPa-1, 属中等压缩性土。

(2) 通过液塑限联合测定得其液限、塑限、塑性指数分别为15.3%、10.1%、5.2。该粉砂土土样属于含砂低液限粉土。

(3) 在加载压力 (100~400 k Pa) 范围内, 剪切位移和抗剪强度均随压力的增加而增大, 基本上呈线性增长关系。粉砂土的抗剪强度参数为:内摩擦角35.3°, 凝聚力7.5k Pa。

(4) 开封地区粉砂土和我国西北沙漠地区的风积沙、及一般黏性土, 在物理力学特性上均有显著的不同。

试验所得粉砂土的静力特性, 对于黄河两岸及周边地区高速公路的施工和质量控制具有重要的指导意义。

摘要：以河南开封地区粉砂土为研究对象, 研究其静力特性, 进行了固结试验、液塑限试验和直接剪切试验。试验结果表明, 粉砂土的压缩系数为0.3 MPa-1, 属中等压缩性土。粉砂土液限为15.3%, 塑限为10.1%, 塑性指数为5.2, 属于含砂低液限粉土。粉砂土的内摩擦角为35.3°, 黏聚力为7.5 kPa。并选取沙漠地区风积沙, 及豫东平原区和南京地区广泛分布的黏性土为代表, 与研究中黄泛区粉砂土的静力特性做比较。

关键词：粉砂土,固结试验,液塑限试验,直剪试验,黄泛区

参考文献

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粉砂土地基论文 篇4

钢板桩围堰是水中墩施工常用的阻水围护结构。钢板桩围堰是水中墩施工成败的关键, 涉及到施工人员的人身安全及施工能否顺利进行。有些技术人员在一味强调安全的情况下, 又出现钢板桩长度过长、重量增加等问题, 造成措施费用增加。

粉砂土河床大多呈松散状态, 围堰底部以下河床所能提供给钢板桩的被动土压力较小, 常有一些技术人员在钢板桩围堰设计时为保证堰底以下钢板桩有足够的被动土压力, 采取增加桩长的做法, 增加了施工的难度与措施费。笔者结合海洋铁路掘苴河大桥水中墩钢板桩围堰的设计过程, 系统介绍粉砂土河床地质钢板桩围堰的设计, 对类似工程有一定的参考作用。

1 工程概况

1.1 工程简介

掘苴河大桥位于如东站以东, 如东县苴镇境内, 为跨越掘苴河和掘苴路而设。掘苴河河道顺直、水流顺畅, 与线路夹角92°, 河面宽86 m, 最大水深4.4 m。掘苴河上游150 m左右与长角河相通, 为七级航道, 最高水通航水位3.01 m, 通航净宽18 m, 净高3.5 m;百年一遇洪水位4.01 m。2009年7月29日测量高水位2.894 m, 流速0.5 m/s;8月25日测量水位为1.741 m, 流速0.2 m/s;10月22日测量水位为1.988 m, 基本为静水。设计平均流量150 m3/s, 最大排涝流量282 m3/s。

桥梁起讫里程:DK68+094.465~DK68+251.40, 全长:156.935 m。全桥孔跨布置为:4×32 m简支梁+1-9×4.7 m框架。桥墩基础为钻孔灌桩群桩基础, 设计为低桩承台, 圆端形桥墩。每个桩墩基础设计为5根桩, 桩径1.0 m, 承台尺寸为5.0 m×6.7 m×2 m。

1.2 水文地质情况

本桥所经地区为长江入海口滨海平原, 地层成因主要为冲海积、海冲积, 具有海陆相互交替沉积的特点, 地层岩性变化较大。地层主要为第四系松散堆积层。河床以下土质以粉土、粉砂为主, 松散~稍密、饱和, 基本承载力在100 k Pa左右。本桥所处氯盐环境作用等级为L2, 环境类别为无影响。

设计院分别在DK68+125.63线路中心 (1号墩附近) 与DK68+229.3线路中心 (海安台附近) 有一处地质钻孔, 1号墩附近探孔自上而下为粉土, 松散, 饱和, σ0=100 k Pa (2.8 m~-0.2 m) ;粉砂, 稍密, 饱和, σ0=80 k Pa (-0.2 m~-7.7 m) ;粉质粘土夹粉砂, 软塑, σ0=120 k Pa (-7.7 m~-10.4 m) ;粉砂, 中密, 饱和, σ0=100 k Pa (-10.4 m~-21.30 m) 。海安台附近探孔自上而下为粉质粘土, 软塑, σ0=100 k Pa (5.5 m~2.5 m) ;粉土, 松散, 饱和, σ0=100 k Pa (2.5 m~-0.8 m) ;粉砂, 稍密, 饱和, σ0=80 k Pa (-0.8 m~-5.65 m) ;粉质粘土夹粉砂, 软塑, σ0=120 k Pa (-5.65 m~-10.1 m) ;粉砂, 中密, 饱和, σ0=100 k Pa (-10.1 m~-23.70 m) 。

2 围堰平面尺寸与标高的确定

2.1 平面几何尺寸的确定

承台的几何尺寸为:5.0 m×6.7 m。考虑模板安装、钢板桩围堰内支撑所需空间, 每侧加宽1.5 m, 围堰内尺寸确定为8.0 m×9.7 m, 见图1。

2.2 钢板桩围堰顶标高

根据水位的观测情况与施工图纸提供的水文资料, 同时考虑到施工期间处于枯水季节, 将钢板桩围堰顶标高确定为3.01 m, 计算水位取3.01 m。

3 钢板桩围堰设计与验算

3.1 计算模型建立的依据

3号墩完成钻孔灌注桩后, 拆除部分钻孔操作平台, 打设钢板桩围堰, 用吸泥机清除承台与封底混凝土范围的土方, 进行水下混凝土封底。水下混凝土达到设计强度后, 边抽水边安装支撑。3号墩处的围堰深7.319 m (堰顶至封底混凝土顶) 。

围堰计算模型考虑静水压力、动水压力、河床底的土压力等。根据施工顺序, 混凝土内支撑考虑封底混凝土的受力。对各种工况时钢板桩安全、围堰底管涌、围堰整体抗浮进行验算, 设计钢板桩的入土深度、封底混凝土厚度、支撑的方式。

3.2 钢板桩选型

根据现场情况结合我公司水中墩施工经验综合考虑, 拟选择拉森Ⅲ型钢板桩, 查《桥涵》表5-14 (人民交通出版社) , 拉森Ⅲ型钢板桩宽400 mm, 高123.5 mm, 每延米62.0 kg, 每延米宽断面模量1 363 cm3, [σ]=180 MPa。

3.3 地质相关参数与支撑位置确定

围堰下部为粉砂土, 褐灰色, 稍密, 饱和, 基本承载力σ0=80 k Pa, 查《桥梁施工工程师手册》表3-9, γ=19.0 k N/m3, γ'=9.0 k N/m3, φ=24°。

第一层支撑中心设置在标高2.50 m处, 第二层支撑设置在标高0.00 m处, 第三层支撑设置在标高-1.900 m处。

3.4 封底混凝土厚度设计

在围堰封底抽水后, 封底素混凝土将受到产生的向上最大水压力的作用, 要求封底混凝土不应出现折裂致使围堰穿孔, 即封底混凝土抗弯满足要求。

1) 按照周边简支支撑的双向板, 承受均布荷载时, 计算跨中弯矩。

参考《路桥施工计算手册》附录二中双向板在均布荷载作用下的内力及变形参数:

lx=2.90 m, ly=4.60 m, lx/ly=0.630, 查表ax=0.077 8, ay=0.025 94;

2) 封底厚度h计算。封底混凝土拟采取C25混凝土, 查《路桥施工计算手册》附表3-8, C25混凝土设计抗拉强度Rl=1.55 MPa, 拟在达到设计强度的80%时开始抽水, 因此Rl=1.55×80%=1.24 MPa。

其中, k为安全系数, 取1.5;M为取跨中弯矩的最大值;b为最大弯矩方向, 4.6 m。

根据计算结果, 参考以往工程的经验, 封底混凝土厚度取1.0 m。

3.5 一般冲刷计算

采用《路桥施工计算手册》表4-28安德烈也夫公式计算一般冲刷深度:

其中, V1为当水深为1 m时, 裸露出来的河滩土的容许不冲刷流速, m/s, 查表4-29, 取0.4 m/s;Bn为河道压缩后河滩部分宽度, m, 取60 m;Qn为河道压缩后河滩部分通过的流量, 因掘苴河流量受限于掘苴河闸, 压缩后河道断面依然大于河闸断面, 因此流量与河闸流量相等, 取150 m3/s;hmax为设计断面冲刷前的最大水深, 取7.309 m;hj为设计冲刷前的平均水深, 取5.300 m;hp=7.2 m, 因此, 不考虑一般冲刷深度。

3.6 动水压力计算

动水压力为作用水面以下1/3水深处的集中力。动水压力是由板桩一定入土深度所取得的被动土压力来平衡的。

其中, P为每延米钢板桩壁上的动水压力总值, k N;H为水深, m, 取5.319 m;v为水流速度, 采用平均流速, m/s, 取0.5 m/s;g为重力加速度, 取9.81 m/s2;B为板桩宽度, 取1 m;γ为水的容重, k N/m3;K为系数, 槽形钢板桩围堰K=18.0~20.0, 该处取19.0。

代入式中, P=12.88 k N。

3.7 钢板桩入土深度的设计

根据计算模型建立的依据, 围堰入土深度计算取水下清基完成, 水下封底混凝土前, 此时仅完成围堰顶第一层支撑。堰内水位为2.00 m, 堰外水位3.00 m。以每延米宽钢板桩进行计算。此时钢板桩承受静水压力、河床底的主动土压力、流水的动水压力。令桩端距封底混凝土顶面距离为t。

应用朗金理论求主动土压力系数Ka与被动土压力系数Kp。

主动土压力系数:, 被动土压力系数:。

静水压力公式:p=γ·h, 主动土压力公式:pa=γ·h Ka。绘出钢板桩受力图见图2。

根据弯矩平衡原理求得t=2.8 m。

为了确保安全, 实际入土深度取计算值的1.2倍, 即取t=3.4 m。为确保安全, 选用钢板桩长度为15 m, 钢板桩实际入土深度为6.7 m。

将入土深度t=2.8 m代入以上各式, 根据静力平衡方程求得Ra=47.31 k N。

3.8 各工况时钢板桩围堰的验算

1) 工况一:吸泥机清基完毕, 水下混凝土封底前, 围堰仅完成第一层支撑。为简化计算, 同时提高围堰的安全系数, 对钢板桩围堰进行验算, 将图2简化为跨径8.81 m, 承受梯形荷载的简支梁, 见图3。

根据静力平衡方程得:Ra=47.31 k N, Rb=69.66 k N。

从受力图可以看出, 最大弯矩发生在2段~3段, 令最大弯矩发生在距A点0.5+x处, 得梁弯矩方程:M1=-5.05x2+29.33x+38.20。

解方程得, x=2.904 m, 此时钢板桩的弯矩为最大值M1=80.79 MPa。

2) 工况二:水下混凝土封底强度达到设计强度的80%, 抽水至第二层支撑下50 cm, 安装第二层支撑前, 将水下混凝土封底简化为集中力支撑, 支撑点距封底顶面以下0.5 m处。根据堰内外的静水压力与土压力绘制工况二状态下钢板桩受力图, 见图4。

为方便计算, 将合力图简化为两跨的简支梁, B点支撑承担相邻两跨各半跨的压力与部分动水压力, 得Rb=122.00 k N。

以第一跨为简支, 对B点取矩, 得Ra=18.18 k N。

同理, 以第二跨为简支, 对B取矩, 得Pc=97.86 k N。

从受力图可以看出, 最大弯矩发生在B段~C段下部的梯形段, 令最大弯矩发生在距C点x处, 得梁弯矩方程:M1=-2.817x3-17.56x2+97.86x。

对弯矩方程两侧微分, M&apos;1=-8.451x2-35.12x+97.86。

取微分方程等于0时, x=1.91 m, 此时梁的弯矩为最大值M1=103.22 k N·m。

3) 工况三:抽水至第三层支撑下50 cm, 安装第三层支撑前, 将水下混凝土封底简化为支撑, 支撑点距封底顶以下0.5 m处。根据堰内外的静水压力与土压力绘制工况三状态下钢板桩受力图, 见图5。

为方便计算, 将合力图简化为三跨的简支梁, B, C点支撑承担相邻两跨各半跨的压力与部分动水压力, 得Rb=71.99 k N, Rc=121.44 k N。以第一跨为简支, 对B点取矩, 得Ra=21.99 k N。

同理, 以第三跨为简支, 对得C取矩, 得Pd=86.18 k N。

从受力图可以看出, 最大弯矩发生在CD段下部的梯形段, 令最大弯矩发生在距D点x处, 得梁弯矩方程:M1=-2.8x3-27.31x2+86.18x。

对弯矩方程两侧微分:

取微分方程等于0时, x=1.315 m, 此时梁的弯矩为最大值M1=59.73 k N·m。

4) 工况四:将围堰内水抽完, 围堰的受力情况见图6。

计算方法与工况三相同, 得Rb=71.99 k N, Rc=126.0 k N, Ra=21.99 k N, Pd=107.19 k N。

列出弯矩方程:M1=-8.915x3-26.6x2+107.19x。

对弯矩方程两侧微分, 取微分方程等于0时, x=1.24 m, 此时梁的弯矩为最大值M1=75.02 k N·m。

从各工况受力情况看, 钢板桩最大弯矩发生在工况二时, 最大弯矩为M1=103.22 k N·m。

因此, 采用拉森Ⅲ型钢板桩受力满足要求。

4 各层支撑设计

选取各工况受力情况, 支撑受力最大时进行设计, 受力长度取9.7 m。各层支撑简图与受力图见图7。

4.1 第一层支撑

第一层支撑受力最大发生在工况一受力情况下, 承受均布荷载47.31 k N/m。

根据受力图计算:

M跨中=21·q· (-x2+lx-a2) =97.52 k N·m。

选用工字钢作为横梁, 工字钢容许弯曲应力[σw]=140 MPa。

查《路桥施工计算手册》附表3-31, 选用1根Ⅰ36a工字钢, Wx=877.6 cm3。

[σw]=140 MPa, 长l=2.83 m。

由受力图根据静力平衡方程得:Ra=324.56 k N。

, 斜撑拟选择两根28a槽钢对焊而成。查《路桥施工计算手册》附表3-32, Iy=218.0 cm4, A=31.42 cm2。

则组合焊接后图惯性矩:Iy=2× (218+31.42×6.12) =2 774 cm4, 则组合后的回转半径。

m=1, , 不属于细长压杆。槽钢每侧用3块15 cm宽的钢板焊接, 两端一块, 中间一块。

4.2 第二层支撑

第二层支撑受力最大发生在工况二受力情况下, 承受均布荷载122.0 k N/m。同第一层支撑计算相同, 得:Ra=Rb=591.7 k N。

根据第一层支撑的计算原理, 第二层横梁选用2根Ⅰ36a工字钢, 斜撑选用两根28a槽钢对焊而成。

4.3 第三层支撑

第三层支撑受力最大发生在工况三受力情况下, 承受均布荷载126.0 k N/m。同第一层支撑计算相同, 得:Ra=Rb=611.1 k N。

根据第一层支撑的计算原理, 第二层横梁选用2根Ⅰ36a工字钢, 斜撑选用两根32a槽钢对焊而成。

4.4 水下封底混凝土强度验算

水下混凝土在工况四时承受压力最大, 每米封底混凝土承受最大压力107.19 k N, 查《路桥施工计算手册》附表3-8, [Ra]=14.5 MPa。

, 符合要求。

5 围堰抗浮验算

1) 钢板桩自重。共89片钢板桩, 每根长15 m, 拉森Ⅲ型钢板桩每根每延米62 kg/m, 总重:827.7 k N。

2) 支撑自重。共10根9.7 m长Ⅰ36a工字钢, 10根7.3 m长Ⅰ36a工字钢, 每根每延米62 kg/m, 总重:96 k N。

共20根1.83 m长28槽钢横撑, 每延米长31.4 kg/m, 总重:11.5 k N。

支撑总重:107.5 k N。

3) 混凝土自重:8×9.7×1×23=1 784.8 k N。

4) 钢板桩与土的容许摩阻力。

查《路桥施工计算手册》表11-58, 粉砂土容许力τi=20 k Pa。

钢板桩与土接触面积: (6.7+9.68) × (9.7+8) ×2=580 m2。

摩阻力:580×20=11 600 k N。

5) 总浮力:8×9.7× (3.01+5.309) ×10=6 455 k N。

6) 根据建筑施工计算手册公式3-173计算整体抗浮稳定安全系数:

因此, 围堰整体抗浮满足要求。

6结语

笔者通过掘苴河大桥3号墩钢板围堰设计的介绍, 对钢板桩围堰的设计做了系统介绍, 计算时充分考虑了封底混凝土的水平支撑作用, 有效的减少了钢板桩长度, 降低了施工难度与措施费用。

掘苴河大桥3号墩的施工顺利完成, 见图8。验证了笔者所采取设计思路与工况选择符合现场实际, 希望对类似工程起到一定参考作用。

摘要：以海 (安) 洋 (口港) 铁路掘苴河大桥3号墩为例, 系统介绍了粉砂土地质河床水中墩钢板桩围堰的设计过程, 充分考虑了封底混凝土的水平支撑作用, 有效减短了钢板桩入土深度, 降低了措施费;通过现场施工验证, 完全满足安全要求, 可供类似工程参考。

关键词：粉砂土,钢板桩,设计

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粉砂土地基论文 篇5

公路施工过程中, 会遇到不同的地质条件, 而砂性土质地区的施工相对难度要大一些。砂性土土质的地区在路基填筑过程中, 填筑材料的选择决定了路基施工的成本及工期。从成本角度来考虑, 不可能从外地远运合适的填筑材料, 虽然那样可以利用简单的施工工艺, 但造价太大, 不可取。所以路基填筑基本上都是就地取材, 利用当地的粉砂土做材料。虽然可以大大降低成本, 但工艺比较复杂, 施工难度很大。粉砂土是一种工程性质较差的路基填筑材料, 施工工艺不合理的情况下, 通常压实度很难满足要求, 路基压实度不足一方面可能导致路基承载力不足, 引起整个路面结构的破坏, 另一方面使雨水或其他自由水侵入的可能性增大, 路基水稳性差。施工时粉砂土含水量高且很容易发生翻浆, 含水量低会造成压实后路基表层起皮、松散的问题, 造成层间结合不良, 形成工程质量隐患。经过几年的施工实践, 我们针对粉砂土填筑的施工难度和实际特点, 不断地摸索总结, 总结出了一套切实可行的粉砂土施工工艺。在此奉献给公路施工的同行, 请同仁批评、指正、完善。

下面从施工中几个控制重点方面逐一介绍:

1 做好粘土包边等先期工作

由于粉砂土透水性较强、松散, 填筑路基时, 应根据现场实际情况, 需采用先包边后填心的方法填筑, 填筑方法采用人工机械配合法施工, 由现场工长组织人工机械进行路基两侧包边土的填筑, 根据设计要求确定包边土的宽度, 根据试验数据确定包边土的松铺厚度。分层填筑, 与路基填料同层碾压。压实度标准等同于同层填筑材料。施工同时做好泄水槽, 防止流水冲刷路基。泄水槽进出水口用袋装粘土码砌, 两侧用粘土压实。为了保证包边土与路基交界处的稳定性, 需对包边土进行人工挂线切槽和整型, 避免包边土与路基大面积接触, 影响交界面的稳定性。在确保路基包边土双侧已经成型100m以上时, 细砂、粉砂等材料填筑即可开始。

2 保证半幅施工

为了保证路基填筑施工不致影响主线贯通, 有效地控制填筑厚度, 同时为了做好现场文明施工, 保障施工现场井然有序, 可以按照横断面半幅分成水平层次逐层向上填筑施工, 同一段落杜绝全幅施工。施工时按中线将残料收回, 缺口补齐, 以保证中线位置顺直、平整、厚度一致。

3 做好填前复压工作

粉砂土填筑路基水份蒸发后表面松散、膨胀, 因此在下一层填筑前, 必须进行洒水复压。配备一台大振动力的双驱振动压路机在填筑段前方进行碾压。经过填前复压完成的段落应避免不必要的扰动, 使之达到表面湿润、平整、无明显轮迹。

4 渠化运输

粉砂土路基表面松散, 车辆行走困难, 车辙较为明显, 为减少运输车辆对路基成型路段的破坏, 可以在路基范围内渠化交通。在路基全宽范围的三分之一位置设置警示花杆, 用警示串旗相连接, 进行全线布设, 不留断头或空当, 随施工作业段左、右幅迁移设置。确保被封闭段落路基表面平整、无轮迹。同时, 车辆行走区域配备充足的人员和机械进行跟踪维护。这样, 既保障了现场文明施工, 又不必全幅进行车辙消除的维护, 从而也降低了成本。

5 打破常规, 横向卸土

为了保证工程质量, 减少对填筑段下承层的扰动, 确保下承层平整、坚实、无明显车辙, 在进行路基土方运输时, 可以要求所有运输车辆在填筑段另外半幅渠化运输, 到达填筑段施工前方, 车辆横向倒行卸土。禁止在填筑段下承层掉头、转弯, 保证工程质量的同时, 也使施工现场井然有序。

6 定额备土

路基填筑采用定额备土, 根据试验段所取得的数据, 确定粉砂土的松铺系数。按粉砂土每层松铺厚度进行铺土, 包边土厚度也要按松铺厚度进行铺土。在施工前对自卸汽车进行量方分组, 把运输方量相近的车辆放在一个作业面内, 确定在正常装车状态下, 每台自卸汽车的装土的松方量。在路基中线及每25米一断面用生石灰划线形成网格, 按测量标高及前导段确定的松铺系数计算出每格内需卸的车数。严格控制每个方格内的卸土车数, 从而确保摊铺厚度, 防止发生二次倒运。同时还可以为控制成本提供准确的数据。

7 小段成型

粉砂土摊铺后必须及时进行碾压, 防止水份蒸发而影响压实效果。根据填料天然含水量的情况进行洒水喷淋, 使之达到最佳含水量。压路机、平地机要紧跟推土机, 确保摊铺各工序的连续性。每个施工作业段从摊铺到终压长度不宜超过200米, 碾压完毕后及时封闭交通进行检验。

8 洒水喷淋

由于粉砂土属于松散材料, 透水性强, 水份散失极快。所以粉砂土施工的关键就在于怎样保障大量用水。保水是粉砂土施工及质量控制的重中之重。由于粉砂土天然含水量普遍小于最佳含水量, 为此我们采用洒水方式控制含水量。由于用水量大, 只配备普通洒水车不能满足施工需求, 还需要在现场打水井。具体采用在路线两侧打水井, 通过试验, 确定在路线双侧每隔500米 (单侧间隔1000米) 打一口水井, 配备足够的水泵、水管及喷头, 可以满足用水量。采取人工控制喷头进行对路基洒水, 并随时移动位置, 克服自然条件对均匀洒水的影响, 确保洒水均匀、适量、无死角。待水分渗透到路基填筑材料后, 试验员现场快速测定含水量, 含水量控制在略高于最佳含水量, 然后及时进行碾压。

9 机群作业, 及时检测

为了能保证工程进度及质量, 施工作业段必须配备充足的施工机械。以保证在水份损失前快速完成推、平、压等工作。随后检验检测人员紧跟施工作业面, 对终压完成的成型段落及时进行跟踪检测。根据检验数据及时调整洒水量和碾压遍数等。在检测合格后, 及时进行下一层的填筑。

1 0 粉砂土路基施工控制要点

1 0.1 保证土质均匀性。

粉砂土中经常夹杂一些粘土或淤泥, 这些粘土或淤泥碾压后, 会形成一些土层鳞片状的“土饼”, 并且粘土会随着压路机的碾压来回移动, 致使碾压效果不明显, 这部分粘土保水性好, 水分散失慢, 粉砂土晾晒后可以碾压时, 这部分粘土往往会因为过湿, 在碾压时会出现“弹簧”。为了避免这种情况的发生, 在路基土方填筑过程中, 若发现大块粘土, 应立即清除或粉碎为细小颗粒, 尽量保证土质的均匀性。

1 0.2 两层土之间容易形成松散的夹层。

粉砂土表层很容易因为水分散失形成松散的结皮, 进行下一层施工时, 在自卸车的碾压下形成一层浮土, 存在一定的质量隐患。在进行下一层施工前对原土层预先洒水、静压可以起到一定作用。

1 0.3 容易造成水分积聚。

粉砂土渗水性强, 含水量大时容易液化。在原地表处理时要做好排水隔离措施。在台背回填部位必要时进行地基加固处理。

1 0.4 易造成冲刷。

粉砂土路基边坡在受到雨水冲刷时, 极易形成冲沟破坏, 因此要预先做好防范措施。如路基宽度要预留够, 填方较高时, 要采用粘性土做包边土, 做好临时泄水槽, 保证路基横坡度符合要求等。

1 0.5 干燥时易扬尘。粉砂土颗粒小, 干燥时容易扬尘, 平常施工时注意洒水, 保证文明施工。

结束语:粉砂土由于工程性质差, 需要采用相应的施工技术和施工工艺, 才能达到较好的施工效果。针对粉砂土的这种特性, 本工艺介绍了以粉砂土为填筑材料的路基填筑施工的几个施工控制重点, 掌握这些施工控制的重点可以更好的保证施工质量和有效地控制施工成本和工期, 应用效果显著。

摘要：阐述了以粉砂土为填筑材料的路基填筑施工工艺的几个控制重点, 并且掌握这几个施工重点可以更好的保证施工质量和有效的控制施工成本和工期。

关键词：粉砂土,透水性,包边,松铺厚度,压实度,渠化运输,最佳含水量

参考文献

[1]JTGF10-2006.公路路基施工技术规范.

[2]JTGE60-2008.公路路基路面现场测试规程.

水闸砂土液化地基处理分析 篇6

陆丰市苏区十四孔水闸位于陆丰市上英镇境内, 闸址区地貌属水系入海口三角洲平原, 微地貌单元为漂涌溪下游河床及两侧人工填筑的围堰、海堤。场地第四系松散堆积物覆盖层厚度较大, 多为海陆交瓦堆积, 河水携带泥沙进入河口三角洲地带, 水流变缓, 泥沙大量沉淀, 形成河床冲积堆积物;河流水量有限, 海水涨潮时, 海水携带泥沙及有机物等倒灌入河口三角洲, 又形成河床海相堆积物, 如此往返交替, 河床形成深厚的海陆交瓦松散堆积物, 多为松散的砂土或淤泥、淤泥质土等, 因成因较复杂, 导致地层复杂多变。当水闸地基为中粗砂构成时, 应充分考虑砂土液化的影响。现结合本地区水利工程实例来浅谈水闸砂土地基处理方法。

2 基础地质特性及常规处理方案

根据钻探揭示, 场地的主要地层由人工填土层, 冲积成因的粉细砂层、淤泥质土层、中粗砂层、粘土层、圆砾层, 残积土层及全-强风化花岗岩组成。水闸场地按地震烈度7度设防, 场地内地表水与地下水均十分发育, 存在厚度较大饱和砂土层, 主要为 (2) 淤泥质粉细砂层与 (4) 中粗砂层, 需对场地进行液化判别。液化判别结果见下表。

从上表可看出, 场地内可液化土分布很不均匀, 在水平方向和垂直方向上都表现出无规律差异性。总体判断场地地基的液化等级为中等~严重, 液化危害性较大, 地震时喷水冒砂的可能性大, 局部区域地面变形很明显, 可造成不均匀沉降和开裂, 不均匀沉降量可能达到200mm, 局部区域更大, 上部结构可能产生不容许的倾斜。设计时不宜将未经处理的液化砂土层作为天然地基持力层。

抗液化措施, 水闸对地基承载力要求不高, 局部区域浅层淤泥质土 (3) 挖除换填后, 地基土主要为中粗砂 (4) 与粉细砂 (2) , 地基承载力可满足荷载要求;水闸地基的主要工程地质问题为饱和砂土液化问题, 地基处理的主要目的为消除液化。常用措施为: (1) 采用深基础穿过可液化土层, 基础底面应埋入液化以下的稳定土层中, 其深度不应小于1.0m。 (2) 采用加密法加固, 如振冲、振冲加密、挤密碎石桩、强夯等, 应处理至液化深度下界, 且应保证处理后砂土不再液化。 (3) 采用围封法, 即板桩 (地下连续墙) 围封水闸基础, 板墙体必须嵌入非液化土层。

3 地基处理方案选定

水闸基础置于中粗砂、粉细砂层, 其承载力标准值110k Pa。对其地基采用1.3m直径的高喷桩, 共62根, 总长1798m, 进行加固处理。而且场地内砂土极易液化, 为防止水闸基础液化, 本阶段对水闸基础处理采用混凝土灌注桩方案和采用高压旋喷水泥连续墙围封法方案进行比较。两种基础加固设计如下:

混凝土灌注桩方案:经计算, 采用φ600mm混凝土灌注桩基础, 正方形布置, 桩端进入全风化花岗岩层, 桩长为42m, 根数为173根, 总长为7266m。混凝土灌注桩可起到消减地基砂土液化的效果。选择该方案时, 为防止渗透破坏, 水闸需设防渗墙, 与该方案合并计算投资。

高压旋喷水泥连续墙围封法方案:经计算, 采用φ1300mm高压旋喷水泥桩基础, 间距1000mm, 连续布置, 使水闸基础被围封成一个封闭的整体。桩长为平均29.0m, 围封体根数为353根, 加闸室底布置30根, 总长为11107m。高压旋喷水泥连续墙可起到消减地基砂土液化的效果, 同时亦起到防渗功效。

从工程的布置、泄洪能力及结构稳定, 两种基础加固方案均能满足要求。主要是基础加固目的地震液化问题达成效果及投资进行考虑;对于闸基承载力在地震时两方案均可满足设计要求, 但基础加固主要为了地震液化问题。混凝土灌注桩方案, 在进行地震发生时, 虽然能保证闸室不破坏, 但其闸基土层依然会发生流失, 形成空洞, 需要重新修复才能恢复水闸正常使用, 而恢复工作困难;而高喷水泥围封方案可以保证砂土不流失, 不影响地震后, 水闸仍可使用。所以, 高喷水泥围封对处理饱和砂土效果更好, 推荐采用。

4 结语

综上所述, 在水闸基础遇到砂土液化问题需处理时, 需综合考虑周边地质、水文环境, 地震工况, 当地施工能力, 施工工艺, 后续维护难度及投资额, 均衡考虑出适合本工程的最佳方案。

参考文献

[1]《建筑地基处理技术规范》.JGJ79-2002, 2007年10月, 中国建筑科学研究院主编.中国建筑工业出版.

[2]《土力学与基础工程》.2005年, 武汉理工大学出版社.

粉砂土地基论文 篇7

砂土,是指由于风的作用、河流的冲洪积作用、湖积和海积以及岩石风化作用等形成的广泛存在于地球表面的一种土。在进行岩土工程勘察时遇到的多为河流冲洪积形成的砂土,随着我国沙漠地区的开发,风成作用形成的砂土也成为我们研究的重要对象。

砂土地基,是指由砂土或主要由砂土承担上部荷载作用的地基土。由于砂土为散粒结构,粒间作用力很小,其黏聚力为零。在岩土工程勘察过程中,采取不扰动土样很困难,岩土工程师对砂土地基土的评价,不能像黏性土那样按土的物理力学性质指标进行分析评价,而是更多地依靠砂土野外特征和原位测试手段。

目前,在砂土地基的勘察中存在着以下几个方面的问题:

1勘察手段单一。勘察手段多以钻探、标准贯入试验、室内颗分试验为主;

2钻探工艺落后。钻探市场劳务化,导致钻探工艺落后,钻探水平低下,无专业钻探工程师;

3分析评价不到位。对设计意图了解得不到位以及勘察手段的单一,很难查明场地工程地质条件,对地基基础方案论证分析不到位。

1勘察方法

岩土工程师在接到勘察任务的时候,首先要对勘察任务书进行认真的研究,了解设计意图; 其次就是要收集勘察场地已知的地质资料,必要时进行现场踏勘。勘探点的布置位置要根据建筑物形状及基础形式来确定,勘探点的疏密要根据场地地形地貌特征以及地基土复杂程度来确定。对于风积作用和残积形成的砂土地基,要根据下覆层原始地貌特征,当下覆层原始地貌较平坦时勘探点距离宜取大值,反之宜取小值; 对于冲洪积作用形成的砂土地基,要根据压缩层范围内下卧层的均匀性以及是否有软弱夹层、透镜体等来取值。

在砂土地基的勘察中,我们常用的取砂器分为内环刀取砂器和双管单动内环刀取砂器[1],对应的采取原状砂样的方法分为压入法、重锤少击法和回转钻进法,此外,冻结法在水利工程中也有所应用。岩土工程师知道采取原状砂样是比较困难的,更别说采取大量的原状样进行砂土物理力学性质试验。因此,在进行砂土地基岩土工程勘察时,除常规的钻探方法并辅以适量的扰动样外,在砂土地基勘察中采用原位测试方法是岩土工程师的首选。勘察方法的选用要根据场地工程地质条件、水文地质条件、建筑物荷载及分布形式以及现有勘察设备和地区经验综合确定。常用的勘察方法有: 钻探、标准贯入试验、载荷试验、旁压试验、原位密度试验和室内土工试验。此外,工程物探技术在砂土地基勘察中发挥着越来越重要的作用。

1. 1钻探

钻探是工程地质勘察最常用的方法,同样也是砂土地基勘察常用的手段。砂土胶结性比较差,强度不高,受钻进的影响,更容易松散,具有流动性[2],在砂土地基进行钻探作业时,最重要的就是根据砂土工程特性选用合适的钻探工艺,并与在钻孔中进行的原位测试方法相配合。适合于砂土钻进方法有回转钻进 ( 螺旋钻进、岩芯钻进和无岩芯钻进) 、冲击钻进、锤击钻进、冲洗钻进、振动钻进等,例如,在要求进行标准贯入试验的钻孔,要采用冲洗液护壁回转钻进方法。对于要求取原状砂样时,除选择合适的钻进方法外,取砂器的选择是取样成功的关键因素。

当拟建场地分布较厚粗砾砂层时,钻探工艺的选择是非常重要的,否则,容易造成误判。在这样的地层,一定要采用泥浆护壁反循环钻进方法,而不能采用清水正循环钻进的方法,否则,钻进过程中,细颗粒随着冲洗液到了地面,粗颗粒沉淀在了孔底,标贯时清孔不彻底,导致标准贯入试验锤击数偏大,误把稍密状态的粗砂砾判定为中密状态;另外,野外描述根据清孔取上来的砂样在野外或在实验室进行定名,取样样品没有代表性,定名容易出现错误。这样会使勘察数据不真实,直接造成岩土工程师判断失误,得出粗砾砂层地基土承载力偏大的错误结论。

1. 2标准贯入试验

标准贯入试验是砂土地基勘察中最常用的原位测试方法,我们可以根据标准贯入试验锤击数判定砂土的密实程度,给出地基土承载力特征值,确定土的抗剪强度指标和评价砂土液化等[3],由于其操作简单,经验数据丰富,在岩土工程勘察中得到了广泛的应用。

在进行标准贯入试验时,应注意以下几点:

1要经常检查贯入器头刃口是否有缺损。在砂土进行标准贯入试验的过程中,对标贯刃口的损坏经常发生,直接影响实测标贯击数,使击数变大,安全度降低,对岩土工程师分析判断造成直接的影响。

2标准贯入试验孔一定要采用泥浆护壁反循环钻进工艺,并应对孔底沉渣进行清除,否则,就会出现1. 1节中描述对标贯击数的误读的情况,导致错误的结论。

3关于钻杆长度的修正问题,原 《建筑地基基础设计规范》 ( GBJ 7-89) 曾给出过杆长度校正系数,修正最大深度为21m,这是根据牛顿碰撞理论得出的,并非实测值。随着建筑物重、高、大趋势,标准贯入试验的深度越来越深,在50m以上试验效果良好,目前最大深度已达100m左右,对岩土工程师分析帮助较大。但随着深度的增加,如何进行杆长的修正目前没有一个定论[4]。

《岩土工程勘察规范》 ( GB 50021-2001) 条文说明中,对杆长的修正的说明,概括起来就是考虑到过去建立的N值与土性参数、承载力的经验关系,所用的N值均经杆长修正,而抗震液化判定时N值又不作修正,故在实际应用时,应按具体岩土工程问题,参照有关规范确定。报告书应提供不作杆长修正的实测值N,应用时根据实际情况考虑是否修正以及如何修正,值得岩土工程师思考。而对于深度较大的标准贯入试验,作者建议不作杆长修正。

4关于试验用钻杆直径,由于目前勘察市场上常用DPP-100型汽车钻、XY-150型液压钻所配的钻杆直径为50mm,与标准贯入试验设备规格42mm不一致,在进行标准贯入试验时几乎不换钻杆,除重要的工程外。50mm钻杆与42mm钻杆所测得的数据有多大的误差? 日本学者Koreede ( 1981) 和美国学者Brown ( 1977) 的研究结果表明,使用该直径范围内的钻杆,对试验结果影响不大[5],广东裴文等通过试验认为杆径的变化对砂土标贯击数是有影响的,42mm钻杆和50mm钻杆N值的比值约为0. 8[6]。我国兵器工业 《工程地质原位测试规程》( BKB 03-93) 认为42mm钻杆和50mm钻杆均可使用。综上所述,作者认为,在进行标准贯入试验时,应尽可能地采用42mm钻杆,以便与国际接轨,同时能更好地应用前人的经验数据为我们提供有价值的参数。对于目前勘察市场上50mm钻杆,作者持不反对意见,但在岩土工程勘察报告中,应说明试验所采用的钻杆直径,并在剖面图上标明实测锤击数,如何应用,应由岩土工程师根据试验的目的、地层层位的组合关系、试验深度和地区经验确定。试验深度应按H≤21m,21m < H < 50m,H≥50m三种情况考虑。

1. 3旁压试验

旁压试验用于测定土的旁压模量和原位状态的初始压力、临塑压力、极限压力,结合地区经验综合评价地基土承载力和变形参数。旁压试验根据成孔方式的不同分为预钻式、自钻式和和压入式三种,目前国内勘察单位多采用预钻式旁压仪。成孔质量是预钻式旁压试验成败的关键,成孔质量差,会使旁压曲线反常失真,无法应用; 为保证成孔质量,防止孔壁不规则或孔径过大,钻探过程中,应采用回转钻探工艺,对于松散—稍密状态砂土以及水位以下砂土应采用泥浆护壁钻探工艺,并应严格控制泵压。

砂土地基中的旁压试验的结果如何应用,高大钊教授在 《岩土工程勘察与设计》一书中给出了详细的解答[7],对于旁压模量按工程地质层进行统计,用其平均值; 对于地基土承载力,不能按层进行统计,用旁压试验初始压力、临塑压力、极限压力确定的承载力是原位承载力,不进行深度修正。因此,在进行岩土工程勘察方案编制时,就要有针对性的旁压试验专项方案,并在勘察过程中进行调整。要考虑以下因素综合确定试验位置,包括砂土层的厚度、埋深及层位的组合关系、砂土层的密实程度以及均匀程度、试验目的及地基基础方案等。

1. 4载荷试验

砂土载荷试验曲线特征与黏性土载荷试验曲线特征有着明显的区别,图1为黏性土层载荷试验ps曲线,图2分别为风积松散砂层、冲积稍密砂层和冲积中密—密实砂层载荷试验p-s曲线。

从图1和图2可以看出:

( 1) 黏性土p-s曲线属于缓变形曲线; 而不同成因的砂土,p-s曲线类型基本相当,都属于陡变型曲线;

( 2) 黏性土p-s曲线在比例界限点后进入到塑性变形阶段,有一个较长的塑性变形区域,才进入到破坏阶段,一般为弹性变形的2倍以上; 而砂土p-s曲线形态简单,直线段长,具有典型弹性压密特点。当加荷至某一数值时,变形急剧增大,塑性变形区不明显,直接进入破坏变形阶段,这是砂土地基所特有的;

( 3) 基于砂土曲线特点,载荷试验应加载至破坏,并应绘制出完整的p-s曲线,以便全面了解和掌握砂土地基变形的特点,有利于充分发挥砂土地基潜在力。

松散风积砂层和稍密冲积砂层,承载力低,不宜作为天然地基,需进行地基处理。因此,在进行勘察时,应以标准贯入试验为主,以确定砂土的密实程度和承载力,非研究性的需要,一般不进行载荷试验。但应注意,一定要确保标准贯入试验的可信度。对于中密—密实状态冲洪积砂层,除进行标准贯入试验外,载荷试验对于确定砂土地基承载力、地基基础方案的论证分析是不可缺少的[8]。

1. 5原位密度试验

原位密度试验是在挖好的基坑、探井或天然露头处选择有代表性的试验点进行。在砂土地基中常用的方法有环刀法和灌水法。当选用环刀法测定砂土的密度时,宜采用内径79. 8mm、高20mm的环刀,并应进行平 行试验,其平行差 值不得大 于0. 03g / cm3; 当需要在室内测定抗剪强度指标时,应选择61. 8mm环刀,环刀两侧用玻璃板刮平,用胶带密封。当选用灌水法测定砂土的密度时,应选用优质弹性的塑料薄膜,使塑料薄膜紧贴试验坑壁,避免误差。

当工程需要时,根据原位密度试验测得的数据,在室内制备相同密度的砂土样,进行三轴压缩试验。

1. 6工程物探

工程物探技术在砂土地基勘察中有着广泛的应用,常用于划分地层,查找地下含水层,判定砂土密实度和砂土液化,确定砂土承载力等[9]。对于一些河流勘察,由于钻探难度较大,就需要考虑用工程物探的方法进行勘察,最后采用少量的钻孔进行验证。

2工程实例

某研发大厦位于咸阳市渭河北岸高漫滩,长115. 75m,宽21. 84m,高29. 00m,5层框架结构,筏板基础,基础埋深6. 00m,基底平均压力为180k Pa。

勘察采用钻探、原位测试和室内土工试验相结合的方法。其中,原位测试包括标准贯入试验、旁压试验、平板载荷试验和原位密度试验。标准贯入试验钻杆直径 42mm,原状砂土样在试坑坑壁用环刀采取,进行砂土物理力学试验。同时,根据原位密度试验所测得的砂土密度,制备相同密度砂土试样进行三轴压缩试验。

根据勘察资料,场地地层在12m深度范围内为中砂,12m以下为粉质黏土与中砂互层,地下水位埋深6. 5m左右。各层土厚度、状态及承载力特征值见表1,各砂层的原位测试结果见表2 ~ 表4。

根据建筑物基础埋置深度,拟建的研发大厦基础底面置于1层中砂层,2层及其以下各层地基土层位连续稳定,厚度均匀—较均匀,变化不大,其下无软弱下卧层,从整体判定,属均匀地基。对1层承载力特征值fak进行深度修正,修正后的地基承载力特征值fa= 550. 3k Pa,与旁压试验在相同深度测得的值基本一致。砂土地基强度满足上部荷载的要求。按 《建筑地基基础设计规范》 ( GB 50007-2011) 估算的地基4个角点最终沉降量为14. 0 ~18. 5mm,满足规范要求。建议采用天然地基方案。

在基础完工后,即进行沉降观测工作,观测时间为2年。沉降观测资料表明,实测建筑物4个角点最终沉降量为6. 04 ~ 8. 37mm,建筑物封顶时的沉降量为4. 13 ~ 5. 90mm,为最终沉降量的68% ~70% ,这是由于其持力层和主要压缩层为中砂层,由于砂土具有散粒结构,粒间作用力很小,在荷载作用下砂颗粒重新排列、砂土被压密实,当建筑物封顶时砂土地基沉降已基本完成。

3资料整理与分析

砂土地基勘察,资料整理与分析尤为重要,这是因为对一般的建筑物,甚至高层建筑物,作为天然地基的可能性很大,或者经地基处理加固后就可作为大多数建筑物的持力层。

在资料整理时,第一要考虑的是如何分层。首先应该根据成因进行地质分层; 其次,在地质分层的基础上依据标准贯入试验锤击数按密实度进行工程地质分层。需要说明的是,在进行砂土并层时,可以将粉细砂或中粗砂并层,不可跨度太大而将粉砂与粗砂并层。对于混合砂,不能完全按照试验室颗粒分析结果定名,应结合试验室颗分结果,按野外描述定名,如粗砂层中含有较多圆砾,不能按颗分结果定名为砾砂,而应按野外描述定名为粗砂混圆砾,并在地层描述中详细说明。第二要考虑的是对试验数据或参数进行统计分析。首先应根据工程地质层把数据对应试验项目 ( 单项指标或参数,相关联的指标或参数) 进行认真的研究和分析,删除异常值,并找出异常值产生的原因; 其次,按相关统计理论进行统计分析,提出建议值。第三要根据场地的工程地质条件和水文地质条件,结合工程的具体情况,提出经济合理的地基基础方案建议。

在资料整理与分析的环节,砂土地基承载力取值很重要。在给出的承载力表中要列出承载力的确定方法、承载力是否进行深度修正; 要根据砂土地基的层位组合关系,给出地基土承载力建议值。如,某一密实砂土层较薄,其下为较软的黏性土,就要对按试验 ( 载荷试验除外,要具体分析) 确定的承载力进行折减。

对于砂土载荷试验要认真分析其曲线特征,以全面了解砂土地基的工程特性。图3为本文工程实例某研发大厦工程1层中砂p-s曲线,分析该曲线图就会发现,在较小的荷载下 ( 第一级荷载) 曲线的斜率较大,随着荷载的增加,曲线的斜率变小,回归到正常的直线段,即弹性变形阶段,但试验曲线偶有在回归线上下绕行。这是由于加荷初期压板对表面受扰动试验砂层的适应调整,随着荷载的增大影响深度的增加,砂层中薄的夹层对变形的影响就体现出来了。对均匀砂 层,其线性回 归是很好的。

4结语

由于砂土采取原状土样的困难,不能像黏性土那样按土的物理力学性质指标进行分析评价,而是更多地依靠砂土野外特征和原位测试手段。因此,本文重点讨论了钻探工艺、标准贯入试验、旁压试验、载荷试验等砂土地基勘察中存在的问题,得到以下结论。

( 1) 要根据砂土工程特性选用合适的钻探工艺,并与在钻孔中进行的原位测试方法相结合,要求取原状砂样时,除选择合适的钻进方法外,取砂器的选择是取样成功的关键。

( 2) 勘察报告中应提供不作杆长修正的标准贯入试验实测值N,应用时根据实际情况考虑是否修正以及如何修正,而对于深度较大 ( > 50m) 的标准贯入试验,作者建议不作杆长修正。

( 3) 50mm钻杆与42mm钻杆所测得的锤击数有多大的误差,目前尚无定论。作者建议在进行标准贯入试验时,应尽可能地采用42mm钻杆。对于50mm钻杆,建议在岩土工程勘察报告中说明试验所采用的钻杆直径,并在剖面图上标明实测锤击数,如何应用,应由岩土工程师根据试验的目的、地层层位的组合关系、试验深度和地区经验确定。

( 4) 对于旁压模量按工程地质层进行统计,用其平均值; 对于地基土承载力,不能按层进行统计,用旁压试验初始压力、临塑压力、极限压力确定的承载力是原位承载力,不进行深度修正。

( 5) 砂土地基p-s曲线与黏性土p-s曲线特征有明显的区别,为陡变形曲线。在用载荷试验确定砂土地基土承载力时,应加载至地基破坏。

摘要：本文针对目前砂土地基岩土工程勘察存在的勘察手段单一、钻探工艺落后以及分析评价不到位等三个方面的问题,从钻探工艺、原位测试和资料整理与分析三个方面进行了分析,重点讨论了砂土钻探工艺对工程质量的影响、标准贯入试验杆长的修正问题和钻杆直径问题、旁压试验结果的统计与应用和砂土载荷试验的取值以及资料整理过程中承载力的确定等问题。本文结合典型工程实例,给出了问题的解答。在砂土地基勘察方法中,工程物探技术也不失为一种可选的勘察手段。