加固等级论文（精选6篇）
加固等级论文 篇1
随着我国国民经济建设和公路交通事业的快速发展, 公路等级越来越高, 其通车里程越来越长。随之出现的是公路施工中的高大边坡的数量增多、规模扩大。但往往由于自然因素和人为因素的作用, 路基边坡的崩塌、滑坡和剥落等损坏现象时有发生。因此, 高等级公路路基边坡的施工及养护质量--防治与加固越来越多地引起公路施工、养护单位和管理部门的重视。
公路路基边坡的质量和状态能否持久而稳定、能否经得住各种因素的影响而不损坏, 通常用边坡稳定性来评价。边坡的地质条件、水文条件、地形地貌和新构造运动等自然因素是对边坡稳定性起决定作用的关键因素, 而地下采掘、开挖坡脚、人工削坡等人类的工程活动对边坡稳定性负有重大影响。路基边坡稳定性 (或状态改变及损坏) 是上述因素综合作用的反映, 边坡稳定性和各种因素构成一个相互联系、相互影响的整体、其中任何一个因素的改变往往会诱导其它因素改变, 进而引起边坡原有稳定状态发生改变。
1 路基边坡损坏形式及特点
路基边坡在自然条件下的损坏, 有多种形式和各自的特点。
1.1 滑坡
部分岩 (土) 体在重力作用下沿着一定的软弱面 (带) 缓慢地、整体地向下移动, 一般分蠕动变形、滑动破坏和渐趋稳定等三个阶段。
因下伏岩层压缩, 边坡沿岩 (土) 体内较陡的结构面发生整体下坐 (错) 位移, 称为坐 (错) 落。组成边坡的岩 (土) 体常不发展为连续的滑动面, 而顺着边坡方向发生塑性变形, 则称为倾倒。
1.2 崩塌
整体岩 (土) 块脱离母体、突然从较陡的边坡上崩落下来, 并顺着边坡猛烈翻转、跳跃, 最后堆积在坡底, 称为崩塌。悬崖陡坡上的个别岩块突然下落, 称为坠落的岩块或危石。
1.3 剥落
边坡表层岩 (土) 体长期遭受风化, 在冲刷和重力作用下岩 (土) 屑 (块) 不断地沿着边坡滚落、堆积在坡底, 即为剥落。
2 路基边坡的防护与加固
2.1 边坡防护与加固的基本要求
根据当地气候环境、工程地质和施工材料等情况, 因地制宜、就地取材, 选用适当的工程类型或采取综合措施, 以保证公路路基的稳定, 并不要随意取消或减少必要的边坡防护工程措施。
在不良的气候和水文条件下, 对粉砂、细砂与易于风化的岩 (土) 石边坡以及黄土类边坡, 均宜在土石方施土后及时防护。
对于冲刷防护, 一般在水流流速不大及水流破坏作用较弱地段, 在沿河路基边坡设砌石护坡、石笼和水泥混凝土预制板等, 以抵抗水流的冲刷和淘刷。
坡面防护一般不考虑边坡地层的侧压力, 故要求防护的边坡有足够的稳定性。
对高而陡的防护构造物, 设计和施工时要设置便于检查、维修的安全设施。
2.2 坡面防护
2.2.1 种草及铺草皮
种草和铺草皮防护适用于边坡稳定, 坡面冲刷轻微, 且宜于草类生长的土质路堤和路堑边坡, 用以防止表面水土流失、固结表土、增强路基的稳定性。铺草皮的方法常用的有平铺草皮、平铺叠置草皮、方格式草皮和卵 (片) 石方格草皮等四种形式。
选用草籽应注意当地的土壤和气候条件, 通常以容易生长、根部发达、叶茎低矮、枝叶茂密的多年生草种为宜, 最好采用几种草籽混合种植, 使之生成良好的覆盖层。
2.2.2 植树
在路基边坡上合理地植树, 对于加固路基有良好的效果。也可和种草、铺草皮配合采用, 使坡面形成良好的防护层。植树适用于土质边坡及严重风化的岩石边坡和裂隙粘土边坡, 有利于及早成林, 起到良好的防护作用。
植树的形式可以是带状或条形, 也可以栽成连续式。植树防护除选用适合当地土壤和气候的树种外, 还应注意保持树间合适的距离。
2.2.3 抹面与捶面
易于风化的岩石 (页岩、泥岩、泥灰岩和千枚岩等) 软质岩层的路堑边坡防护, 可用混合材料抹面。对易于冲刷的边坡和易风化岩石坡防护可用混合材料捶面。
抹面或捶面的边坡坡度不受限制, 但不能承受荷载和土压力, 故要求边坡必须是稳定的、坡面应该平整干燥。
抹面用混合料有石灰炉渣混合灰浆、石灰炉渣三合土或四合土, 以及水泥石灰砂浆等。捶面用混合料有水泥炉渣混合土、石灰炉渣三合土或四合土等。
为了防止抹面表面开裂、增强抗冲蚀能力, 可在表面涂以软化点稍高于当地气温的沥青保护层。抹面和捶面防护工程应经常检查, 发现裂缝、开裂或脱落应及时灌浆修补。
2.3 冲刷防护
公路路基和边坡的冲刷防护技术设施包括护面墙、干砌片石、浆砌片石、水泥混凝土预制块和土工织物等。
2.3.1 护面墙防护
为了覆盖各种软质岩层和较破碎岩石的挖方边坡, 免受大气因素影响而修建的墙, 称为护面墙。护面墙多用于风化的云母片岩、绿泥片岩、泥质页岩、千枚岩及其它风化严重的软质岩石, 以防止继续风化。
护面墙有实体式、孔窗式、拱式和助式等。实体式护面墙用于一般土质及破碎岩石边坡:孔窗式护面墙用于坡度小于1:0.75的边坡, 孔窗内可采用捶面 (坡面干燥时) 或干砌片石;拱式护面墙用于边坡下部岩石较完整而需要防护上部边坡或通过局部软弱地段;边坡岩层较完整且坡度较陡时可采用肋式护面墙。
护面墙除自重外, 不承受其它荷载和墙后的压力。因此, 护面墙所防护的挖方边坡陡度应符合极限稳定边坡的要求。
2.3.2 干砌片石防护
较软的土质路基边坡因雨水冲刷会发生泥流、拉沟与小型溜坍, 或有严重剥落的较质岩层边坡, 周期性浸水的河滩等均可采用干砌片石防护。
单层干砌片石护坡的厚度一般为0.15m, 双层铺砌护坡的上层为0.25~0.35m、下层为0.15~0.25m。铺砌层的底面应设垫层, 其材料通常用碎、砾石或砂砾混合物等。
2.3.3 浆砌片石防护
路基边坡小于1:1的土质或岩石边坡的坡面防护采用干砌片石不适宜或效果不好时, 可采用浆砌片石护坡。若与浸水挡墙综合使用, 以防护不同岩石和不同位置的边坡, 可收到较好的效果。
浆砌片石护坡的厚度一般为0.2~0.5m, 用于冲刷防护时根据水流速度大小或波浪大小确定, 最小厚度一般不小于0.35m。采用浆砌片石护坡时应在路堤沉实或压实后施工, 以免因路堤的沉降而引起护坡的损坏。
2.3.4 水泥混凝土预制块防护
在选择设计路基边坡冲刷防护类型时, 有些地区缺乏片石、块石材料, 此时可选择水泥混凝土预制块防护。它比浆砌片石防护能抵抗较大的水流速度和波浪的冲击 (其容许水流速度在4~8m/s以上、容许波浪高度可在2m以上) , 还能抵抗较强的冰压力。
水泥混凝土预制块可制成边长不小于1m、厚度大于6cm的方块, 并配置一定的钢筋。为了减小水流或波浪对预制块的冲击与上浮力, 在预制板块时可留出整排的孔眼。
2.3.5 土工织物防护
土工织物是由高分子合成纤维制成的一种新型建筑材料, 广泛应用于公路工程中的排水、过滤、分隔、加固和防护等。就防护而言, 土工织物能减轻或分散传递到被保护材料上的应力和应变, 或用于表面防护--设置在岩土上的土工织物, 防止土体表面受到诸如气候、轻交通荷载等作用的损害, 或用于界面防护--设置在两层材料之间的土工织物, 防止其中一种材料受到另一种材料的集中应力作用或承受更大应变而带来的损害。
用土工织物加固公路路基边坡时, 应修建在承载能力较高的路基边坡上:首先在清理好的原地面上摊铺织物, 靠着临时挡土横板倾倒填筑材料, 并振动压实到层厚的一半。在此阶段, 前面上半层铺放铺筑材料并把后面织物折叠过来, 然后填完整层材料并压实。最后将临时活动模板安放在修筑层之上的前末端, 开始修筑另一层。
摘要：本文主要是介绍了高等级公路路基边坡的防治与加固的方法。
关键词：公路路基,损坏
加固等级论文 篇2
水泥—土搅拌技术, 适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kpa的粘性土等地基[1]。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时, 宜通过试验确定其适用性[1]。按固化剂的状态和施工工艺, 可分为喷粉和喷浆两种搅拌法。水泥—土搅拌桩的一个很大特点是桩身强度根据设计要求可以是变参数, 通过重复喷粉 (或喷浆) 来实现。水泥—土桩的强度与喷粉 (喷浆) 量和搅拌的均匀程度有关, 增加喷浆量实际上是增加水泥掺量, 提高水泥—土桩强度, 这一特点是其它桩型不具备的, 既可以使之满足工程要求, 又可以节省工程造价并缩短工期[1]。
1 工程概况
七号路南K3+754~K3+277.81段设计纵向方位S—N向, 地貌单元属山间谷地, 施工期间单位正进行路面平整工作, 勘察区段路面较平整, 孔口高程42.23~43.39m, 从区域地质图上看, 无大断裂通过, 周围末见不良地质现象。
1.1 工程地质条件
根据现场钻孔揭露, 场地内地层自上而下分布:
1.1.1 素填土层 (Qml) :褐红, 褐黄色, 主要由粉质粘性土夹粉砂岩碎石 (约20%~30%) 组成。近期堆积, 未压实, 呈干松散状态, 遍布场地, 厚0.50~3.50m;
1.1.2 第四系池塘淤积层 (Qhal) :灰黑色, 含有机质、泥炭、植物茎残骸, 具臭味, 局部含粉砂团块, 饱和, 呈流塑状态, 具触变性, 高压缩性, 不均匀性, 厚3.50~9.80m.含水量ω=58.6%, e=1.452, fk=50kpa, Es=2.4kpa, 桩周摩阻力为10kpa;
1.1.3 第四系残积土层 (Qel) :含砾粉质粘土为主, 局部为粘土, 紫红、浅灰、褐黄色, 由灰岩风化形成, 含灰岩砾石、角砾及碎石自上而下有增多趋势, 分布不均, 湿, 可塑~硬塑状态, 具中等压缩性, 标准贯入击数为8~17击, 控制厚度2.10~17.00m.顶面埋深7.00~10.60m.
场地地下水有第四系地表潜水, 赋存于第四系池塘淤积层、残积层中, 地下水埋藏深度0.90~3.00m, 标高41.70~39.98m, 对混凝土具有弱腐蚀性, 应采取一级防护措施。
1.2 几种加固方案比较
需加固路基全长476.71m, 宽27m, 现将各处理方案进行比较:
1.2.1 抛片石换填法.挖去1.5m深的土方, 共计19135m3, 抛填2m厚块石, 计25753m3, 另在块石上摊铺35cm厚碎石, 计4408m3, 工程量大, 土方堆放外运困难, 造价高。
1.2.2 高压喷射注浆工艺复杂, 施工难度大, 造价高。
1.2.3 水泥—土搅拌桩加固地基, 所需水泥量较少, 约0.69万吨, 造价低。
经建设单位、设计单位、监理单位和施工单位的综合评议后, 决定先在K3+277~K3+307段30m的范围内施工水泥—土搅拌桩试验段, 对处理效果进行检验, 取得该地质条件下的具体施工参数后, 再全面施工搅拌桩加固地基。
2 水泥—土搅拌桩的设计
2.1 桩位布置
利用粉质粘土作为桩端持力层, 上部结构要求复合路基承载力不小于150kpa。水泥—土搅拌桩桩径500cm, 桩长分别为:K3+277~K3+430段为9.0m;K3+430~K3+590段为10.0m;K3+590~K3+690段为10.5m;K3+690~K3+754段为11.3m;桩长要求粉质粘土层不少于10.0cm., 平面布置见图1。由于水泥—土搅拌法在该地区首次使用, 理论上的计算及检验与实际效果可能存在一定的距离, 为此, 宜先在K3+277~K3+207段30m的范围内施工100根试验桩, 成桩7天内对桩做轻便触探, 养护一定时间后进行复合路基的承载力试验和复合地基回弹模量的测试, 经检测合格后方可进行全段的施工。
2.2 水泥掺入比
采用425#普通硅酸盐水泥;水灰比为1:0.5, 桩身水泥掺入量为10%~14%。搅拌桩上应有距路槽60cm的空间, 以填筑砂性土作为垫层, 该层土在压实时应避免对桩身的破坏。
2.3 设计计算[2]:
2.3.1 单桩承载力Rk
式中:qs——桩周淤泥质土摩阻力, 取10kpa;
Up——桩周长, m, 取1.57m;
Ap——桩的截面积, m2, 为0.196m2;
L——有效桩长, m;
α——桩尖土承载力折减系数, 取0.6;
qp——桩尖土承载力值, kpa.
2.3.2 桩身水泥土强度qu
式中:k——水泥土安全系数, 取1.2
2.3.3 置换率m
式中:fsk——设计复合地基承载力, 取150kpa;
fsk——桩间土标准承载力, 取60kpa;
β——桩间土承载力折减系数, 取0.75.
2.3.4 桩中心平均间距a
设计时先取沿路长方向桩距为1.20m, 沿路宽方向桩距为1.10m.
2.3.5 复合地基承载力
路基下卧层承载力为260kpa, 大于路基加固后承载力, 下卧层满足强度要求。
3 施工工艺流程
3.1 工艺流程
平整场地后进行水泥—土桩施工, 其工艺流程如图2:
3.2 施工质量控制
为了保证制桩质量, 浆液的质量、数量都必须严格控制, 浆液倒入集料斗时加筛过滤以免浆内结块损坏泵体, 施工使用的固化剂和外掺剂必须通过加固土室内试验检验方法使用, 固化剂浆液要严格按预定的配比拌制。
3.2.1 预搅下沉速度由电流监测表控制, 工作电流不应大于额定值。当钻杆进入淤泥质层, 电流明显增大时, 开始慢速提钻喷浆。由于深度较大, 土质很粘, 有时造成堵管, 疏通管道后, 应在上下各1m的范围内复喷复搅, 防止断桩。为了加强桩顶强度, 所有桩都在设计桩顶以下3m范围内复搅, 在桩座底喷浆时间不少于30s, 使浆液完全达到桩端, 然后喷浆搅拌提升。
3.2.2 搅拌机预搅下沉时不宜冲水, 当遇到较硬土层下沉太慢时 (下沉速度小于2m/h) , 可适量加水下沉。凡经输浆管冲水下沉的桩, 喷浆提升前必须将管内的水排干净。试验表明:在水泥掺量相同的情况下, 土层的含水量增加10%, 水泥—土的强度会降低10%~15%, 但设计时通常是按地基中最软的土层来确定水泥掺量, 故当表层硬土强度较高虽经加水搅拌后的强度只要不低于下部软土的强度时, 最终的水泥—土强度还是能满足设计要求的。因此, 应注意严格控制冲水量, 而且在将要穿过表层硬土时, 应立即停止冲水。
4 试验桩的效果检验
4.1 圆锥动力轻便触探
根据《深圳市软基处理规范》的规定, 用动力轻便触探检验水泥-土搅拌桩的强度应在成桩7天内进行, 而且贯入深度不小于1m, 在K3+277~K3+307段30m内的桩按1%的比例抽取8根试验桩进行动力轻便触探试验, 试验击数与水泥-土强度关系见表1:
另用轻便触探器中附带的勺钻, 在水泥-土桩身中心钻孔, 取出水泥-土桩芯, 其颜色一致, 未见水泥富集成“结核”。
4.2 静载试验
按照复合地基基础规范, 水泥-土搅拌桩施工完毕50天后, 在K3+277~K3+307段内进行了单桩、单桩复合地基及两桩复合地基的静载试验, 压板尺寸为0.8m×0.8m, 两桩复合地基压板尺寸1.5m×1.5m。
载荷试验P-S关系曲线见图3, 试验采用慢速维持载荷法, 分级加荷载, 加载均超过两倍设计荷载值, 并未见桩发生破坏。按沉降比为0.01确定承载力标准值, 单桩承载力大于150kpa, 单桩复合地基承载力200kpa以上, 两桩复合地基承载力165kpa, 均满足设计要求 (见图3) 。
5 结论
从以上的分析结果看出:水泥-土搅拌桩在软弱路基试验段加固中取得了预期的效果, 为整个路段的加固积累了关于水泥-土搅拌桩的工艺、设计技术参数和施工经验。该工程采用搅拌桩加固软基, 节省大量水泥, 取得了较好的经济效益, 因此在类似软基处理中具有一定的推广价值。
参考文献
[1]中国计划出版社编.建筑地基与土工试验标准规范汇编[S].北京:中国计划出版社.1995.597
[2]深圳市标准.深圳地区地基处理技术规范 (SJG04-96) .1996.110~111[S].
加固等级论文 篇3
江西坡大桥位于贵州省贵阳至新寨高等级公路K71+538处, 为分幅双向四车道桥梁。桥梁左幅为9×30m预应力混凝土T型梁桥, 桥长309.78m;右幅为10×30m预应力混凝土T梁桥, 桥长317.13m, 两幅桥宽均为12m。桥梁平面位于圆曲线上, 圆曲线半径为R=400m, 纵坡为4%。该桥运行多年后桥面多处出现纵向、横向裂缝, 且部分已修补过的桥面再次出现了裂缝, 桥面破损相当严重, 严重影响行车安全, 特别是雨天时桥面上多次发生严重交通事故。
二、原因初步分析
该桥上部构造为30m预应力混凝土T梁, 每跨横向由5片梁组成, T梁仅两端各设置一道横隔板, 中部无横隔板。预制T梁间设计考虑为铰接, 铰缝宽度仅10cm。预制T梁顶面为现浇的14cm厚C50钢筋混凝土桥面板, 层内设置有双层φ12钢筋网, 面层为6cm C50水泥混凝土桥面, 层内设置φ6.5钢筋网, 网距较大, 为20×20cm。
调查时发现桥面裂缝以顺桥向裂缝为主, 顺桥向分布没有规律, 但大多较长, 跨越2~3跨, 横向主要分布在慢车道上, 快车道及外侧路缘带较少。桥面横桥向裂缝较顺桥向裂缝略少, 同样多分布于慢车道上, 顺桥向则各跨均有分布, 没有规律。现场调查时遇到养护人员在对局部严重破损的桥面进行修补工作, 通过现场观察, 发现桥面打开部分面层6cm水泥混凝土全部破坏, 而下层14cm桥面板未发现裂缝。另外发现6cm面层内钢筋均未置于面层上部, 而是置于面层与桥面板的结合面处。调查时还发现该桥在重型车辆或高速小型车辆通过时桥梁震动严重, 该现象在跨中尤其明显。
通过现场调查分析, 初步认定裂缝发生的主要原因有以下几点:
1.桥梁所处路线平面曲线半径小、纵坡大, 桥面采用水泥混凝土, 摩阻力较小。由于公路等级较高, 车辆运行速度较快, 故车辆在桥面紧急制动的现象较为突出, 尤其是大型车辆由于惯性大, 极易长时间制动。这些都引起桥面面层受到的顺桥向水平力和横桥向水平力较大, 而桥面面层配置钢筋直径较小、网距较大, 难以承受这些水平力, 多次作用下极易引起破坏。故可考虑将刚性桥面面层改为改性沥青混凝土 (柔性面层) , 既增大摩阻力、保障行车安全又易于施工、缩短因桥面面层施工而封闭交通的时间且便于今后养护。
2.面层破坏而下层桥面板未发现裂缝, 说明桥面板受力是能够满足使用要求的, 故桥面裂缝不是下层的反射裂缝。因桥面裂缝均没有特别明显的规律, 桥面板受力后是否产生裂缝可通过建模计算进行进一步分析。
3.重型车辆或高速小型车辆通过时在T梁跨中桥梁震动严重, 说明T梁的横向整体刚度较差, 震动的频繁容易造成桥面混凝土的疲劳破坏, 对T梁梁体及支座等构件也会造成不良影响。故可考虑在跨中增加横隔板以增大桥梁的整体刚度, 减小桥梁的震动。
三、结构计算分析
由于下层桥面板未发现裂缝, 故建立空间模型对T梁桥面板进行受力分析。分析程序采用大型空间计算程序Midas2006, 模型单元采用板单元, 计算模型图见图1:
计算中考虑两种模型, 一种按实际桥梁布置, 另一种在跨中增加三道横隔板, 两种模型的桥面板应力计算结果如下表:
注:表中单位为MPa
注:表中单位为Hz
从表1中我们可以看出, 桥面板的最大拉应力为1.67MPa, 小于C50混凝土的容许拉应力, 故下层14cm厚桥面板层是不应产生裂缝的, 故设计时可不考虑对该层进行处理。
从表2中我们可以看出, T梁增加横隔板后基频由无横隔板的3.96Hz变为3.54Hz, 说明增加横隔板后桥梁的整体刚度有了一定增加, 桥梁震动相应的也会减小。虽然增加了三道横隔板后增加了恒载, 但由于横隔板自重较轻, 且考虑新增横隔板的受力横向分布作用, 则起控制设计作用的边梁所受活载也将减小, 各片T梁的受力分布也更趋于合理, 故不会对T梁产生不利影响。
四、设计方案
通过各方面分析, 综合考虑现场的环境因素及施工方案, 确定了设计方案, 主要包含以下几个方面:
1.在每跨T梁跨中段增加三道横隔板 (横隔板大样如图2) 。由于该桥桥墩较高, 桥墩最高有35m, 故横隔板采用预制吊装方案。横隔板厚度为20cm, 中部设2个临时固定孔, 用φ25圆钢两端攻丝套螺母固定。横隔板间主筋采用焊接连接, 湿接缝采用微膨胀混凝土。
2.由于水泥混凝土桥面摩擦系数较小, 且本桥位于大纵坡和小半径平曲线复合的路段, 雨天时车辆极易发生交通事故, 故设计时将刚性桥面面层改为柔性面层, 增大桥面的摩擦系数。采用方案为凿除桥面6cm厚水泥混凝土面层, 改用改性沥青混凝土铺筑, 沥青混凝土与桥面板间涂刷沥青基防水涂料。
五、施工方案
根据确定的设计方案, 施工时主要分两部分实施:
1. 预制横隔板安装。
横隔板在预制场预制好后运至现场对应位置桥梁正下方, 在桥面打孔后用钢丝绳垂直起吊, 到达设计位置后通过φ25圆钢两端攻丝套螺母固定在T梁上, 然后向横隔板在与T梁表面结合处的预留孔内贯注JGN结构胶, 最后再焊接横隔板间钢筋、浇注湿接缝混凝土。施工时支架采用型钢焊制的小型吊架。
2. 桥面系改造。
先用路面切缝机将桥面面层按1m方格切块, 切割深度控制在6cm以内, 待横隔板施工完成后采用小型路面凿除机凿除桥面面层, 清洗干净后涂刷防水材料, 最后铺筑改性沥青混凝土。
六、实施效果
由于原有T梁施工质量较差, T梁表面与预制横隔板多处不能紧密结合, 施工时需对多个预制横隔板进行人工处理, 故耗时较多, 而且受到高等级公路通行交通组织的影响, 施工期略长, 为5个月。桥面6cm厚面层凿除后经过仔细检查在14cm厚桥面板上未发现裂缝, 与设计分析一致, 故按设计方案清洗后涂刷防水涂料后铺筑改性沥青混凝土。由于面层采用沥青混凝土, 故不需施工养护期, 大大减短了桥面封闭交通的时间。
施工完成后通过两年的运营, 特别是经历了2008年初罕见的长时间凌冻天气后桥面完好无损, 为当时的抢险救灾工作提供了有力保障。另外改造后桥上的交通事故率也大大降低, 到目前为止未发生一起交通事故, 这些都受到了业主单位及养护部门的好评。
七、小结
1.通过加固处理, 桥梁通行情况得到了良好改善, 交通事故率大大降低, 证明了采用增加横隔板及将桥面刚性面层改为柔性面层的方案是可行的且适宜的。在该桥所处的高等级公路上还有同类桥梁十多座, 同样有类似的桥面病害, 本桥的成功加固对今后同样类型桥梁病害加固起到了积极的示范作用。
2.通过计算分析, 正确判断了下层桥面板未损坏, 合理确定了设计方案, 节约了投资。
加固等级论文 篇4
袁惠渠灌溉枢纽工程是江西省大型引水灌溉工程之一。袁惠渠灌溉枢纽工程中的渠首工程, 位于江西省新余市渝水区河下镇白湄村, 袁河江口水库下游1 200m范围内, 距新余市城区约12km, 控制流域面积3 904km2, 设计灌溉面积22 468hm2, 进水闸设计流量40m3/s, 是1座以灌溉为主, 结合防洪、排洪等功能的中型水利灌溉工程。
渠首枢纽工程始建于1957年7月, 1959年3月袁惠渠灌溉工程建成受益。渠首主要建筑物有灌溉进水闸、溢流坝、船闸、水电站 (1988年冬, 江口电厂、新余市水利局、袁惠渠工程管理局三家合股在船闸右侧兴建坝右电站) 组成。灌溉进水闸位于溢流坝上游约600m处, 设计流量40m3/s, 共3孔, 每孔净宽2.8m, 进口底高程45.6m (黄海高程, 以下未注明均为黄海高程) , 平板钢闸门, 螺杆启闭机启闭。溢流坝位于江口水库大坝下游1 200m处, 堰体为混凝土实用堰, 全长220m, 堰顶高程48.6m, 堰顶加设0.3 m高的钢筋混凝土挡水板, 两侧边墙顶高程52.1m。船闸紧靠溢流坝右侧, 原设计通行百吨级船舶, 全长85m, 船闸已报废, 上闸首临时封堵。水电站厂房紧靠船闸布置, 位于袁河右岸[1]。
江口水利枢纽为江西省大型水库工程, 坝以上控制流域面积面积3900km2, 江口水库正常蓄水位72.0m (吴淞高程) , 相应库容5.24×108m3, 设计洪水位 (P=1%) 74.4m (吴淞高程) , 校核洪水位 (P=0.1%) 76.0m (吴淞高程) , 相应库容8.9×108m3, 属年调节水库。设计洪水位下泄流量 (P=1%) 3345m3/s, 校核洪水位下泄流量 (P=0.1%) 3940m3/s。主要建筑物有拦河坝、左岸溢洪道、右岸溢洪道、进水闸及发电厂房、副坝8座、导水坝1座组成[2]。江口水利枢纽主坝采用均质土坝, 1958年12月底开始坝体填筑, 1963年6月底基本建成。左岸溢洪道1965年竣工, 右岸溢洪道1970年竣工。袁惠渠灌溉枢纽的渠首工程与江口水库坝址平面布置示意图见图1。
2 确定工程设计等级及标准的依据
袁惠渠灌溉枢纽渠首工程主要建筑物有灌溉进水闸、溢流坝、船闸、水电站。袁惠渠灌溉枢纽渠首工程, 工程设计等级有以下几种看法:
1) 以溢流坝过坝流量, 当作水闸的过闸流量, 按《水闸设计规范》 (SL 265—2001) 第2.1.1条确定工程等级;
2) 按《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL 252—2000) 、《防洪标准》 (GB 50201—94) , 《水闸设计规范》 (SL 265—2001) , 主要依据工程规模、效益和重要性确定工程等级。
上述两种意见的意见 (1) , 未充分理解《水闸设计规范》中工程等级的认定规定, 把过闸、坝的洪水流量统称为过闸流量, 导致水闸工程规模与现状完全脱离, 使原本属于中型水闸工程, 演变为大 (2) 型水闸工程进行除险加固。笔者认为, 水闸在除险加固工程等级认定时, 应当以工程规模、效益和重要性来确定工程等级比较妥当, 符合《水闸设计规范》规定。以袁惠渠灌溉枢纽渠首工程为例, 从设计规范相关条款、渠首枢纽工程布置、渠首工程与江口水库关系, 全面分析论证说明袁惠渠灌溉枢纽渠首工程的工程等级。为我省水闸除险加固设计, 如何确定水闸工程等级提出理论及规范依据。
2.1 按设计规范分析论证设计等级
江西省袁惠渠灌溉枢纽渠首工程, 设计灌溉面积22 468hm2, 水电站装机4×400k W, 是1座以灌溉为主的水利枢纽工程。溢流坝位于江口水库下游约1200m处, 主要承担江口水库下泄的流量, 过溢流坝流量与江口水库下泄的流量基本一致 (江口水库设计洪水位下泄流量 (P=1%) 3 345m3/s) ;灌溉进水闸洪水期应关闭闸门防洪, 避免洪水进入灌区[3], 故进水闸最大过闸流量与灌溉设计流量一致, 在40m3/s左右。
根据上述工程规模、效益和重要性依据流量要求, 确定工程等级有以下方法:
1) 工程规模、效益和重要性确定工程等级
根据设计灌溉面积22 468hm2, 按《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL 252—2000) 、《防洪标准》, 确定渠首工程等级为Ⅲ等中型工程。主要建筑物级别为3级, 次要建筑物级别为4级, 临时建筑物为5级。
2) 按水闸设计规范确定工程等级
渠首工程主要建筑物有灌溉进水闸、溢流坝。灌溉进水闸则根据《水闸设计规范》第2.1.4条规定“灌排渠系上的水闸, 其级别可按现行的《灌溉与排水工程设计规范》 (GB50288—99) 的规定确定。”根据《灌溉与排水工程设计规范》, 进水闸设计流量40m3/s, 引水流量在10~50m3/s, 确定渠首工程等级为Ⅲ等中型工程。
根据《水闸设计规范》第2.1.1条规定“平原区水闸枢纽工程应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等级, 其等级应按表2.1.1确定”。条款明确规定水闸应根据最大过闸流量确定工程等级, 过溢流坝流量不能作为过闸流量确定工程等级。依据《水闸设计规范》条文2.1.3条, 充分说明有以溢流坝、进水闸为主的有坝取水枢纽, 可称为灌区渠首枢纽, 尽管水闸在渠首枢纽中工程中所处地位重要, 作用巨大, 但其级别却往往根据其所属枢纽的工程等级及水闸自身的重要性而定。
依据上述分析, 按照《水闸设计规范》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》、《防洪标准》的规定, 确定袁惠渠灌溉枢纽渠首工程为Ⅲ等中型工程。
2.2 以江口水利枢纽工程与渠首工程的关系分析论证设计等级
江口水利枢纽为江西省大型水库工程, 坝以上控制流域面积面积3 900km2。江西省袁惠渠灌溉枢纽渠首工程, 灌溉进水闸位于江口水库大坝下游约600m处袁河右岸, 溢流坝及水电站厂房位于进水闸下游600m处袁河河道上, 坝以上控制流域面积面积3 904km2, 其中江口水库控制流域面积3900km2, 溢流坝流域面积仅为4.0km2。
江口水库主要建筑物由拦河坝、左岸溢洪道、右岸溢洪道、进水闸及发电厂房、副坝8座、导水坝1座组成[4]。根据1963年江口水库补编扩大初设报告, 水库效益:多年平均保护下游农田面积1 333hm2, 五年一遇洪水时保护下游农田面积11 334hm2, 增加灌溉面积6 134hm2 (袁惠渠灌溉面积除外) , 电站装机3.52×104k W。水库校核洪水位 (P=0.1%) 相应库容8.9×108m3, 防洪库容3.66×108m3, 工程等级为Ⅱ等大型水利枢纽工程。
袁惠渠灌溉枢纽渠首溢流坝上游约1.2km为江口水库, 渠首溢流坝于1958年建成, 拦蓄袁河水 (江口水库建成后拦蓄江口电站发电尾水) , 满足袁惠渠灌溉引水需要。溢流坝属低水头建筑物, 最大坝高5.60m, 汛期主要承担江口水库下泄洪水和发电尾水, 即使出现超溢流坝标准洪水, 由于江口水库的存在也不会危及下游防洪安全。
根据江口水库与袁惠渠渠首两个水利枢纽的地理位置, 袁惠渠渠首工程显然受到江口水库的保护, 按一个水利枢纽来考虑, 袁惠渠灌溉枢纽渠首建筑物级别, 也不可能与江口水库大坝建筑物级别相同, 可以作为其次要建筑物, 级别为3级。
3 渠首工程设计等级及标准的确定
依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》、《防洪标准》、《水闸设计规范》的规定分析, 袁惠渠灌溉枢纽渠首工程的工程等级为Ⅲ等中型工程, 其防洪标准按平原、滨海区标准确定。故设计洪水标准为30a一遇洪水, 洪峰流量为2 970m3/s, 校核洪水标准为100a一遇洪水, 洪峰流量为3 280m3/s (江口水库设计洪水位下泄流量 (P=1%) 3 345m3/s) , 是过溢流坝的流量, 不能以过溢流坝洪水流量作为过闸流量来确定袁惠渠灌溉枢纽渠首闸除险加固工程等级。袁惠渠灌溉枢纽渠首闸除险加固工程建筑物级别及洪水标准见表1。
4 结语
依据江西省水闸安全状况普查:全省小 (1) 型以上规模的水闸总数为1181座, 其中大型水闸30座, 中型水闸271座, 小 (1) 型880座, 经鉴定, 大中型三类和四类病险水闸为164座, 其中三类闸90座, 四类闸74座。受工程始建设年代较早及当时物力、财力及施工条件所限, 江西省水闸主要形式为开敞式和涵洞式。水闸因陋就简完成闸室部分建设, 上、下游连接段更为简陋。
当闸处于大江大河时, 由于流域面积大, 水闸上下游水头低 (低于5m) , 往往采用无闸控制溢流坝与开敞式水闸组合, 也有采用闸控制溢流坝, 坝顶设翻板闸门的水闸型式[5]。对于无闸控制溢流坝与开敞式水闸组合的水闸工程, 把过坝、闸总流量作为过闸流量, 按《水闸设计规范》 (SL265—2001) 确定工程规模时, 往往可能达到大 (2) 型水闸工程。因此, 如何根据水闸工程规模, 效益和重要性, 准确全面掌握设计规范, 确定工程等级, 是水闸除险加固设计十分重要的工作。
按水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等级, 而不能将水闸以外的流量加入到水闸中来 (在《水闸设计规范》条文说明2.1.3条, 也明确了水了闸工程等级确定方法) 。因此, 袁惠渠灌区渠首枢纽除险加固工程在划分工程等级标准时, 没有把溢流坝的过坝流量作为划分工程等级标准的依据。袁惠渠灌溉枢纽渠首除险加固工程建成后, 拦蓄江口电厂发电尾水, 提供农业灌溉用水, 继续为当地的农业发展做出重要贡献。
摘要：以袁惠渠灌溉枢纽工程为例, 探讨如何根据水闸工程规模, 按效益和重要性, 准确全面掌握设计规范, 确定工程等级。
关键词：灌溉枢纽,工程规模,工程等级
参考文献
[1]王姣, 高桂表.江西省大中型病险水闸风险评估[J].南昌工程学院学报, 2009 (8) :49-52.
[2]张李荪.基于WEBGIS的山洪灾害预警信息系统的设计[J].人民长江, 2009 (17) :84-85.
[3]张李荪, 徐俊.峡江水库移民信息系统设计与实现[J].人民长江, 2010 (21) :92-95.
[4]张李荪, 丁维馨, 陈静.基于WEBGIS的廖坊灌区信息管理系统设计[J].人民长江, 2008 (12) :90-93.
加固等级论文 篇5
湖南某高等级公路k9+760～k9+980段为土工格栅高路堤, 路堤顶宽26.6m, 底部宽约58m, 边坡坡比为1:0.5, 最大填筑高度约30m, 路堤两侧距顶部约9.0m处各设有宽1.2m的平台。该路堤采用碎块石土分层填筑。填筑间距:路堤下部18m为0.4m, 路堤上部12m为0.6m, 层间铺设土工格栅。路堤填料取自就近开挖段弃方。据钻孔揭露, 填料主要由泥质砂岩、砂岩、紫红色泥岩的块碎石组成, 强风化～中风化, 碎块石含量15%～50%, 粒径2～15cm, 结构较松散。路堤填方中含少量粉质泥岩和粘土, 微湿或稍湿;局部见砂卵石。回填土呈块石、碎石和碎屑状, 填筑碾压欠密实, 土体孔隙多, 施工中窜风、漏浆较为普遍。路堤底部有一层粉红色粉质粘土, 可塑状, 含碎石, 厚0.8～3.0m, 含水丰富, 钻孔缩径现象严重;粉质粘土层下部为弱风化泥岩层。路堤填筑情况见图1。
该路堤于2003年底开始施工, 2004年6月填筑基本结束, 2005年元月开始进行路面结构层施工, 5月基层铺筑完毕, 同年7月发现基层产生纵向裂缝 (图2) 。探坑断面证实, 裂缝上宽下窄, 深约1.2m;8月, 路堤中央分隔带发现裂缝;8～9月, 路堤原有裂缝的宽度有所增加, 并有新生裂缝出现, 严重影响了公路的施工和将来的营运, 为保证公路的安全施工和正常营运, 对该段路基边坡稳定性进行了分析和评价, 并提出合理的加固处治方案。
2 路堤边坡稳定性分析与计算
上述裂缝发展初期, 无论是裂缝长度、宽度还是裂缝发育深度均较小, 长度仅数米, 宽度不足5mm, 深度未超过最顶层的土工格栅。加之位置处于路沿附近, 故据此初步推断系不均匀沉降引起的表部土体变形破坏。这种情况下, 随着时间的推移, 路基土体沉降将趋于稳定, 表部或局部裂缝将不再加剧。然而, 随着裂缝数量和规模的不断增大, 尤其是路堤中央分隔带出现纵张裂缝且迅速扩展, 表明已不是路堤表部或局部变形破坏, 而是该路堤整体稳定状况欠佳所引起的整体变形。为此对该段路堤边坡的整体稳定性进行了评价。
2.1 计算断面与计算参数
为对本段路堤边坡稳定性进行评价, 本次计算选用k9+800桩号断面为计算断面, 该断面路堤填料主要由泥质砂岩、砂岩、紫红色泥岩的块碎石组成。路堤底面以下为粉质粘土, 其下为强风化的泥岩层和弱风华的泥岩层, 弱风化泥岩层以下为泥岩, 由于强、弱风化层厚度都较薄, 因此将其和泥岩一起按稳固基床处理, 在计算中各层土层主要物理力学参数结合室内试验参数和经验参数综合取值, 如表1所示:
2.2 计算方法和计算结果
对于该段路堤边坡稳定性计算是采用目前国际上较为权威的岩土边坡稳定性计算软件Geo-Slope, 该软件可自动搜索路堤边坡最危险滑面, 并运用Morgenstern-price法、Spencer法、Janbu法三种方法计算其稳定性。本次计算中, 对潜在滑面的搜索主要考虑了两种情况, 即路堤边坡向左滑动和向右滑动两种情况 (图3、4) 。经过计算两种情况下稳定性计算结果见表2。
根据《公路路基设计规范》第“3.3.6”条规定:路堤稳定系数不得小于1.25。显然, 该段路堤高边坡不满足其稳定性验算, 必须采取补强加固等工程措施处理, 以满足其稳定性验算要求为原则。
3 路堤边坡加固处治措施
为保证该段路堤施工及运营安全, 初期对该段路堤采用压力灌浆进行处治, 实施过程中浆液窜冒、边坡位移、路面裂缝加宽等现象较为普遍, 难以达到预期的处治加固效果。为此, 根据路堤的变形情况, 对路堤平台下部边坡采用土钉加预应力锚索框架梁进行了加固, 其中土钉分A、B两种类型, 预应力锚索的锚固段进入弱风化泥岩层中的长度为8m, 施工过程中根据地质情况的变化调整自由段的长度;土钉与水平面的夹角为10°, 土钉的长度如图5标注, 锚索与水平面的夹角为35°, 锚索的长度=自由段长度+锚固段长度;锚索的设置从距离路堤30m低处, 向上6m开始布设第一排, 然后依次布设各排, 框架梁的坡面间距为4m, 土钉各排的坡面间距为3m;2月至6月, 又对路堤平台下部边坡采用对穿锚索框架梁进行加固, 施工中, 在对穿预应力锚索框架梁上预留压力灌浆孔, 其压力灌浆在预应力张拉完成以后进行, 采用M15砂浆灌注;7月完成了平台上部的护坡砌石, 加固处治工程到此告一段落。
4 路堤变形监测与评价
对该段路堤的加固处治开始以后, 按要求实施了对路堤变形的全程监测, 包括表面位移监测、路面沉降监测、路面裂缝监测和预应力锚索荷载监测等, 以掌握路堤的变形动态, 控制处治施工活动带来的超量位移, 确保路堤的稳定。
4.1 平面位移监测工作布置
为合理有效地观测整段路堤的变形情况, 本次先后对该段共布设监测点14组, 左边坡5组, 右边坡6组, 公路路面上隔离带左侧2组, 右侧一组, 每组点沿路面方向间隔20m, 详见图6, 其中图中A、B点等为测站点。
4.2 路面沉降监测点的布置
根据路面沉降情况, 在路段内纵向布置3排沉降观测点, 其中左幅1排, 右路幅2排, 沉降监测点分布情况见图7, 图中R或Lxx为观测点号。
4.3 平面位移监测成果分析
路堤平面位移监测自2005年11月25日开始, 监测后, 自路面—平台上边坡—平台下边坡, 随着观测点埋设工作的完成一次开展监测。将观测点平面位移的增量值以月为时间单位进行统计, 可得到观测点的平面位移月变化率, 同时在位移-时间关系图上的连线即为观测点的平面位移月图, 通过对观测点平面位移月变化率统计表和平面位移月程图的分析, 并结合监测期的工程活动, 发现路堤的平面位移增量与路堤填方高度呈正比;施工期内的平面位移增量加大以及工程活动对观测点的平面位移有较大影响;工程措施的实施, 减低了测点平面位移的变化率;测点的平面位移与路堤沉降密切相关。
4.4 路面沉降监测成果分析
该路堤的沉降监测始于2004年6月, 沉降监测频率为每七天一次, 截止2005年7月已连续监测58次。
根据路堤填筑情况, 沉降监测在k9+770～+950段内共布置3排计25个沉降观测点, 其沉降累计值按观测点所在位置排列情况如表3所示, 根据监测资料绘制了本路堤k9+830～+930段的等沉降曲线图 (图8) 。图中R或Lxx为观测点号, 点前数字为沉降量, 单位为mm。
从图8可看出, 路堤沉降主要集中在K9+850～+910段内, 沉降量在91.5～157.5mm, 另外从表3可看出, 路面沉降与填方高度大致成正比关系, 路堤中部填方高度大, 其沉降观测点的下沉量也大, 而由K9+850～+910向南北两头延长, 随着填方高度的由大到小, 路面沉降观测点的下沉量也由大到小。
经大量监测数据表明, 随着路堤加固工程措施的不断实施, 路堤平面位移变形逐渐被约束;路面沉降显著衰减并由不规则沉降转变为整体性、均匀性沉降;路面裂缝未有新的发展。总体而言, 路堤正由相对稳定阶段逐步向稳定阶段转变。大量的监测, 为安全施工和处治措施的决策起到了重要的指导作用, 同时也为路堤的稳定和公路的安全运营提高了保障。
5 结论
综上所述, 在路堤的填筑施工过程中, 对于高填土路堤, 当其边坡稳定系数较小时, 路堤表层或部分区段往往会有明显变形迹象, 通过本次实例发现, 路堤的平面位移增量与路堤填方高度呈正比;施工期内的平面位移增量加大以及工程活动对观测点的平面位移有较大影响;同时路面沉降与填方高度大致成也正比关系。
参考文献
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[2]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》 (GB50086-2001) ;[S];2001
加固等级论文 篇6
湖南湘中一城市高等级公路k0+350～k12+500段, 该工程位于城市外围, 所经过地区地貌类型简单, 地势较为平坦, 路段多处为软土地基。沿线地下水丰富, 表层地下潜水埋深0.8 m～1.5 m。路线经过路段除表部分厚0.5 m～2.0 m软塑～硬塑状粘土、亚粘土外, 其下为流塑状厚度约有12 m～40 m的高压缩性软土及淤泥土。
2 真空预压法的加固原理
真空预压是使加固区域内的土体造成负压, 使边界的孔压降低, 土体中的原来孔压便与这些边界的孔压形成一定的压力差并且发生不稳定渗流, 随着时间的增长, 土体中的孔压逐渐降低, 降低的孔压转变为土体的有效压应力, 真空度越高, 沿深度衰减越小, 则增加的有效压应力越大, 加固效果越好。对于天然地基, 地基土一般处于K0固结状态, 即σ′30=K0σ′10, 由于孔隙水压力是球应力, 所以真空预压时减少的孔压 (增加的有效压应力) 是各向相等的, 因此地基中土体单元的莫尔圆大小并没有改变, 只是向右发生平移, 当“荷载”卸除后, 被加固土体由正常固结状态变为超固结状态, 和加固前相比, 强度增加了Δτ。真空预压使地基产生沉降, 一般在加固区的中心点产生的沉降值最大, 使加固区表面呈锅底状, 这种收缩的特性使土体更利于挤密。
3 加固材料及性能特点分析
3.1 作为排水通道的砂砾
砂砾应用中粗砂, 最大粒径不超过50 mm, 通过5 mm筛孔的粒料应在20%～50%, 砂砾材料含泥量不大于5%, 无杂质和有机物混入, 粉、细砂不宜采用。
3.2 塑料排水板
塑料排水板性能指标:宽度100 mm±2 mm, 厚度≥4.5 mm, 纵向通水量≥65 cm3/s (侧向力350 kPa) , 滤膜渗透系数≥5×10-3 cm/s。滤膜有效孔径50
3.3 土工布
土工布宜采用长丝无纺土工布, 质量要求:单位面积质量300 g/m2, 抗拉强度≥15 kN/m, 断裂伸长率40%～80%, CBR顶破强度≥2.6 kN, 等效孔径 (095) 0.07 mm～0.2 mm, 撕破强力≥0.42 kN。
3.4 真空膜
真空膜密封膜主要由聚乙烯 (PE) 和聚氯乙烯 (PVC) 制成。密封膜施工是真空预压加固法成败的关键, 热合时以平搭接两条热合缝为好, 一般搭接1.5 cm～2 cm。要求拼接处强度高, 气密性好。质量要求:厚度0.14 mm, 拉伸强度纵向≥20 MPa、横向≥20 MPa, 纵横向断裂伸长率≥300%, 直角撕裂强度 (纵、横向) ≥50 N/mm, 渗透系数≤1 011 cm/s。
3.5 主管、滤管
埋于砂砾垫层中的管道分主管和滤管两种, 作用是传递真空压力和将土中已排至砂垫层的水, 通过这两种管道输送到膜外抽真空装置的水箱内。主管上设有孔洞和反滤材料的包裹, 滤管上分布均匀的孔洞, 且滤管外包裹无纺土工布。
4 机械设备
真空设置一般由离水泵, 射流喷嘴和循环水箱组成, 整个装置的安装高程在允许的情况下应尽量降低, 尤其是循环水箱, 最好能使水箱高度的一半与膜面齐平, 有利于膜下抽出水的排出。真空泵应双面布设, 平均每台泵担负800 m2～1 000 m2的处理面积。
5 施工工艺流程
①清表、平整场地;②铺设30 cm厚砂砾垫层;③打设竖向排水体;④铺设另20 cm砂励垫层, 竖向排水体应弯倒在本层中;⑤砂砾垫层上开挖深20 cm的沟槽纵, 横向埋设ϕ75 mmPVC主管和滤管, 埋设砂砾垫层中的真空度测头;⑥挖密封沟, 安置主管出膜装置等;⑦铺设10 cm厚细砂垫层;⑧铺设一层无纺土工布, 三层真空膜, 再铺设一层无纺土工布, 同时安装抽真空装置, 回填密封沟, 连接主管到抽真空装置;⑨设置膜上沉降标志和沉降板, 测沉降初值;⑩试抽真空, 检查膜上及密封沟漏气情况, 再铺设10 cm厚细砂垫层和30cm厚粘土层封闭, 最后正式抽真空, 同时开始施工监测。真空度稳定在80 KPa保持7 d～10 d后, 待地基固结度达30%～50%, 开始在膜上填筑堆载进行联合预压。
6 主要施工技术及注意事项
6.1 排水板施打
塑料排水板施打时, 要防止导管倾斜使排水体入土偏位倾斜、拔管带出淤泥污染砂砾层、排水体顶端预留长度不足或预留段遭泥土污染等问题。插板前机座整平要用仪器监测, 插入导管长度必须保证处理深度 (插入深度=处理深度+回带长度+砂砾层厚) , 确保插入板体或板 (井) 体不扭曲、不污染。对于拔管带出的泥土要即时清除, 顶部预留段应及时弯折埋设于砂砾层中, 使之与砂砾排水层连为一体。
6.2 抽真空前
①过滤管应埋于砂垫层中间, 距泥面与砂垫层顶面的距离均应大于5 cm, 滤管周围必须用砂填实, 严禁架空漏填。滤管应用适合的滤水层包裹严实, 避免抽气后杂物进入射流装置。
②现场铺设时, 滤管的末端用木塞或PVC圆板封死, 然后套上预先缝制好的反滤布套。反滤布套一定要把滤管上的孔洞盖住, 再用细绳把滤布套捆扎牢固。土工布要求渗透系数k﹥5×10-3 cm/s。
③真空膜在工厂预先加工, 膜的大小应考虑埋入密封沟的部分, 留出足够的余地, 膜上下土工布 (300 g/m2) 搭接30 cm宽, 以防漏垫。真空膜在埋入密封沟时, 注意真空膜不要被戳破, 保证其完整性。
④密封膜铺设时应从上风向向下风向伸展, 加固区四周余留量应基本一致。施工人员应穿软底鞋上膜, 每铺一层, 专人检查, 若有孔洞, 及时粘补, 在密封沟内侧应把膜铺平。
⑤如果密封底或两侧有碎石或砂层等渗透性较好的夹层存在, 应将夹层 (如泥炭土等透气性土层) 挖除干净, 回填粘土, 宽度不得小于50 cm, 厚度不得小于100 cm。密封沟回填料应为纯粘土。
⑥在真空表的埋设中, 检验真空表的性能指标满足设计要求后, 把ϕ10 mm的导管放入PVC滤管中, 埋入砂垫层中, 把导管的另一端拉至测点处与真空表相接, 边接处完全密封, 并将沿路导线埋入砂垫层。
⑦真空泵应双面布设, 其功率不小于7.5 kW。
6.3 抽真空阶段
6.3.1 试抽真空
射流泵在安装前应试运转一次, 如果真空压力达不到90 kPa时, 则应维修。在覆水前, 应进行试抽真空, 同时仔细检查每台射流泵的运转情况及薄膜的密封性。试抽真空宜为7 d～10 d, 膜下真空压力应该达到80KPa, 否则应立即派专人穿软底鞋在膜上进行地毯式巡查, 膜上的小孔漏气会有风鸣哨声, 应及时用小块薄膜将其粘贴补好。试抽开始, 即应进行真空压力、沉降量等参数观测。
6.3.2 正常抽真空
试抽达到要求后, 可覆水转入正常的抽真空阶段, 持续6个月。覆水厚度宜为20 cm～40 cm, 覆水后膜下真空压力应逐渐稳定在80 KPa以上。保持射流箱内满水和低温, 确保真空压力。经常进行预压参数 (包括空隙压力、深层沉降量及水平位移等) 和真空压力观测。膜下真空度每隔4 h观测一次。表面沉降第一个月两天观测一次, 以后每周一次。自抽真空开始就必须进行连续不断地值班, 全天24 h现场有人值守, 中间不能停抽, 做好原始观测和详细的记录。真空预压过程中, 加固区外的土层是向着加固区移动的, 如果引起地表裂缝, 可能向下延伸影响膜下真空度, 应拌制一定稠度的粘土浆倒灌到裂缝中, 堵塞裂缝达到密封的效果。对抽真空场地周围的民房和各种建筑物要加强监测, 防止拉裂。
6.4 真空联合堆载 (形成超载)
①待真空度达到设计要求后, 及时填筑路堤, 使真空与堆载联合作用, 形成超载。抽真空完成后应严密监控路基水平位移和空隙水压力的变化, 防止路堤失稳。
②在路堤的逐层填筑施工时, 填筑第一层填土时要十分小心, 密封膜和膜上的保护层不能弄破。第一层填粘土, 压实后厚度30 cm左右;铺完碾压仔细检查确认不漏气后, 一面抽气, 一面正常填筑路基。
③抽真空与堆载形成联合作用, 当膜下真空度稳定在80 kPa、填土厚度超过4 m或真空卸除后, 沉降速度控制在竖向位移﹤10 mm/d, 水平位移5 mm/d。当连续4昼夜实测地面沉降小于2 mm/d, 或地基固结度已达到设计要求85%时, 经监理验收, 即可终止预压、停泵、卸载。卸载24 h后测量地表回弹。
7 现场试验结果分析
7.1 真空度
根据真空堆载联合预压回固软土地基特点和施工过程, 将处理过程分为真空预压、真空堆载和真空堆载联合预压三个阶段, 三阶段真空加载曲线参见图1。由表面沉降观测, 可以了解到路基沉降随真空度上升及真空堆载预压期的沉降趋势, 由图1说明各土层的压缩量与真空度有关, 同时证明在真空堆载的情况下, 沉降加快, 对减少工后沉降有益。
7.2 表面沉降
由表面沉降随时间变化曲线上看, 真空预压阶段的土体主固结变化速率是一个渐变收敛过程, 与堆载预压基本一致;真空堆载阶段, 每级堆载都伴随着沉降的加速过程, 总的趋势为加速过程随加载过程加载次数、堆载高度增加逐渐延长, 伴随沉降速率变化逐渐变暖;联合预压阶段的沉降速率开始较大, 逐渐趋于稳定。
7.3 水平位移
地基沿深度变化的侧向水平位移, 反映了地基土体受荷载条件下的塑性流变情况, 它是路堤地基稳定性的控制标准之一 (图2) 。
由图2看出, 在真空预压阶段, 水平位移桩向回固区内收缩位移, 这种收缩位移在抽真空前期速率较大, 随后呈收敛趋势, 真空堆载阶段, 每一级堆载过程, 加固区均有向外的挤出位移, 一般在堆载后的1 d～2 d达到最大值, 随后有一个较快的向内收缩位移, 3 d～4 d后趋于稳定, 加载到最后, 位移量渐小;联合预压阶段, 向内位移渐缓, 最后趋于稳定。
通过以上分析, 土体的向内收缩位移可避免土体发生剪切破坏, 因而真空预压提高了路堤地基的抗失稳能力。
7.4 孔隙水压力
测点孔隙水压力随时间变化见表1, 由孔隙水压力随时间变化表上看, 孔隙水压力随真空度的上升 (0 kPa～80 kPa) 而上升, 其孔隙水压力随深度的增加, 孔压增长幅度递减, 此后的每一级加载, 孔隙水压力均有一个上升及消散的过程, 直至最后稳定。
8 现场试验研究结论
通过现场实际操作及所取得的试验数据, 可以看出在高速公路建设中采用真空堆载联合预压加固软土地基能取得很好的加固效果。
1) 缩短了工期。
目前施工的该段路基具有江南丘陵地区较典型的软土地基特征, 在这种软土地基上修筑高速公路, 填筑路堤速度是制约工期的关键因素, 以本标段各种加固方法的施工期对比:
2) 解决了填筑过程中的稳定性问题。
真空堆载联合预压方法, 使加固区始终处于负压状态。在负压状态下, 产生向内的收缩变形, 而该向内的收缩变形可以抵消由填土产生的向外的挤出变形, 因此对路基稳定非常有利。
3) 减少了工后沉降。
高速公路的工后沉降主要来自软土层的次固结沉降和下卧软土层的固结沉降。当填到设计标高后, 真空荷载相当于3 m～4 m的超载堆土。此荷包载对消除工后沉降大有益处, 同时从孔隙水压力可以反映出通过真空堆载联合预压加固软土地基, 其加固深层可达袋装砂井长度以下, 能消除下卧软土层固结沉降。
摘要：本文结合工程实例, 详细介绍了高等级公路软基处理工程中真空堆载预压法的加固原理、加固材料及性能特点, 并按其施工工艺流程详细阐述了其主要施工技术, 并对施工效果进行了试验分析和评价。
关键词：高等级公路,真空堆载预压法,软土地基,加固处理,水平位移
参考文献
[1]《公路路基施工施工技术规范》 (JTG/F10-2006) [S];北京;人民交通出版社, 2006.
[2]JTJ017-96, 公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].