高填土涵洞（精选3篇）
高填土涵洞 篇1
0 前言
高填土涵洞土的压力非常大, 以前的设计理念根本不能满足对土压力的研究要求, 若只是按照理论计算值进行施工, 很容易造成成本资金浪费。在以往的工程应用中, 有很多施工单位出现了软土地基承载力不够, 涵洞设计没有结合实际地质要求等情况, 从而引发了各种涵洞病害。而选用大面积混凝土浇筑容易开裂、经验配筋过多。实际设计中经常因为设计者不能因地制宜或不够重视地质条件, 导致地基处理措施难以实施的情况。由此可见, 正确地优化涵洞设计, 因地制宜选用合理措施, 在提升设计质量和节约工程成本方面有着非常关键的作用。
1 高填土涵洞设计的基本思路
1. 1 计算高填土涵洞垂直方向土体压力
对于高填土涵洞来说, 垂直方向土体压力是影响结构设计的主要因素。不同的地区, 在解析垂直土压力的时候, 设计的方法存在着很大的差异。但其计算过程都非常繁琐复杂。与此同时, 计算结果的精准程度完全取决于参数的选择是否合理。公路桥涵设计的要求在于, 对涵洞上的垂直土压力进行计算时, 要严格依照涵洞内土柱的重量开展。然而, 由于目前现有的计算方法都不能准确合理的测量出实际施工中涵洞的土压力, 因而有必要研究出一种更为简洁、方便的计算方法来弥补实际施工过程中的不足, 而且这种新方法可以适用于任何状况的测量涵洞土压力。分析造成涵洞土压力的影响因素, 可以通过土压力集中系数来进行表述, 最终的计算公式是:
式中, Kz为土体应力集中系数; σ 为土体应力; H为填土的总高度; γ 为填土容重。
当 δ > 0 时, 会出现应力集中的情况, 此时Kz > 1; 当 δ <0, 即涵洞面外土柱和涵洞面内土柱沉降高度相差过大时, 会产生土拱作用, 土柱重量大于垂直土可以承受的压力, Kz <1; ; 当 δ = 0, 即涵洞面外土柱和面内土柱有相同的沉降值时, Kz = 1。所以, 设计涵洞时, 一定要先考虑施工场地的地质条件、地形条件、物质结构、结构物自身的特点、回填土土质的质量、现场施工工艺以及地基处理措施等一些重要因素, 当涵洞平面内与平面外土柱之间的沉降差值明确之后, 再定性来计算土压力的集中系数。
1. 2 高填土涵洞减荷方法
按照土拱计算理论可以得出, 利用工程方案和解决措施, 可以降低结构物土压力, 使其产生“土拱效应”, 使涵顶土柱的重量由内外侧土柱一起承受。
1) 在不超出涵洞厚度值的规定范围内, 填土方式可优先考虑“中松侧实”或填充压缩性比较高的材料来进行施工。例如: 在不超出涵洞上方的高度的要求下, 借助比相邻填土压实程度低的土质来填补, 从而构建出一个内部疏松、外部严实的土质区域。效果如图1 所示。
施工时可以使用钢筋在区域上方进行布置, 然后在其上方布置土工布, 保证钢筋两端锚准确固定在密实土体层中[2]。通过四周土质较密的地层和软地质层之间的沉降差, 使上方区域钢筋产生下挠, 最后依靠钢筋的被动作用和锚固作用, 将涵顶垂直力土压力荷载上传至涵台外部的密实土体上, 达到降低涵洞顶部土压力的目的。
2) 一般情况下, 如果地基的承载力满足于基本标准时, 需要科学地选用处理措施。例如, 在选择软地基的同时, 对两侧通道地基进行加固, 使地基出现差值, 从而达到减荷的目的。需要注意的是, 在涵洞地基设计过程中, 需要重点保证涵洞轴和地基间的安全性。
2 处理软土地基的相关措施
2. 1 提高软土地基承载力
2. 1. 1 水泥旋喷桩
水泥旋喷桩加固涵洞地基的效果特别好, 通常水泥旋喷桩是使用单层注浆管喷射水泥浆液, 利用该浆液的喷射流来对土体进行冲刷, 慢慢将冲下来的土颗粒与水泥浆混合起来, 经过一定的时间, 逐渐凝固形成新的旋喷桩。实际施工过程中选用的旋喷钻机喷射水泥浆液, 要求规定喷头转速为30 r/min, 喷头喷射速度为0. 2 m/min, 喷射压力不得小于20 MPa。为保证水泥浆在地基中的均匀性、喷射最终效果以及桩径的设计要求, 可以选用一些较为有利的措施, 例如提高喷射压力、降低回转和提升喷射速度等, 同时也可以选用复喷工艺。复喷工艺在国际上被称为CCP工作法, 在我国一般应用在山区涵洞地基处理中。
2. 1. 2 强夯替换
强夯替换技术主要用于素填石、黏性土、砂土、碎石、低饱和度粉土等基地。比如: 替换材料选用极好的碎石、块石等坚固颗粒材料, 强夯挤密碎石桩工艺处理的涵洞地基, 颗粒直径超于300 mm的颗粒含量不超过全重的30% 。夯点之间的距离为4 m, 另外还要确保外面的夯点离基础边缘不超过3 m, 通常一次击夯能量是4 000 k N/m。该方式最大的优点是周期较短, 投资成本少, 而且施工质量好。
2. 1. 3 预应力混凝土管桩加强地基
预应力混凝土管桩是一种地基加固方式, 通常被用于地质较软的地方, 生产工艺非常成熟, 并且材料选择也简单, 模板使用效果好。管桩的锤击方式及其运输、堆放都必须按照管桩的设计标准要求施工。管桩型号必须按照工程地质条件、荷载能力、上部具体结构选择, 并且保证管桩的中心不能超过桩身直径的2 倍, 长径不得超过100mm, 接桩数尽量少。
2. 1. 4 压力注浆
所谓压力注浆法指的是将固化的化学浆液或水泥浆液通过一定的压力加入到地基缝隙中, 从而提升地基的承载力。具体实施方式是, 先使用设备在地基表面钻孔, 使浆液慢慢渗透到孔洞中。在注浆孔允许的范围内, 固化的泥土颗粒和浆液会慢慢凝结成类似圆柱状的固结体, 这些固结体具备很好的抗压功能, 因此, 可以借此固结体来提升地基的承载力。
2. 2 不同地基处理方法的分析
地基的处理方式主要有水泥旋喷桩、压力注浆、强夯替换、预应力混凝土管桩等, 但是其方式不一样, 优势也不一样, 因此, 必须要对地质实际情况和现场施工条件进行全面分析后, 才可以决定使用哪种方式, 否则将会造成成本浪费, 最后使得地基施工效果不达标。通常情况下会选用强夯替换, 因为压力注浆的效果虽然极佳, 但技术难度过高, 以我国目前的施工技术来看, 强夯替换较为容易施工[3]。一般情况下会选择压力注浆的方式进行施工, 以保证地基长时间使用后仍具有稳定性。使用水泥旋喷桩和预应力混凝土管桩来对大埋设深度或者地质较软地区进行地基加固。与这两个方式相比较, 强夯替换和压力注浆没有任何效益优势和质量保证。然而, 由于沿海地区大部分是软土地区, 淤泥较多, 流动速率较大, 选用水泥旋喷桩和预应力混凝土管桩对其进行加固是最佳的, 既能高效地保障地基的稳定性, 也能提高地基的承载力。结合该地区实际情况, 通常都是选用预应力混凝土管桩来作为该工程施工的主要方式, 因此, 在该地区进行地基处理时, 都会优先选择预应力混凝土管桩, 这种方式最大的优势是节省材料、施工设备简单、容易使用。
3 结语
涵洞设计比其他桥梁设计简单, 但是涵洞的施工量却是整个工程项目中比重最大的, 尤其体现在山区公路中。由于以前的设计脱离实际, 设计不合理、造价高、质量低, 容易出现质量问题, 没有结合实际地质情况进行考虑, 因此, 产生了许多关于涵洞病害的问题。为了缩小这些因素对涵洞结构的影响力, 按照以往的工作经历, 对涵洞设计中出现的这些问题进行详细研究分析, 为今后做好涵洞设计工作贡献一份力量。
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参考文献
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谈高填土电厂地基处理方法 篇2
本电厂为岚县某铁矿选矿厂项目的配套项目, 规划装机容量为新建2×25 MW高温高压、背压式供热机组, 1×25 MW高温高压、抽凝式、直接空冷机组, 配套3×150 t/h (220 t/h) 高温高压循环流化床锅炉。该电厂不仅要为该项目提供生产所需要的蒸汽, 而且还要为该项目提供电力。
电厂地处吕梁山脉的北端, 地形向南北倾斜, 其南坡陡峻, 北坡平缓, 且与大片黄土丘陵相连, 逐渐过渡为河谷, 总体呈由南向北变低的地形形态, 并被多条沟谷切割, 形成了多个近似黄土梁状地貌形态。
2 地质条件
场地自然地面标高1 420.80 m~14 371.00 m之间。初步勘察第 (1) 层为植物层, 厚度不大于0.50 m;第 (2) 层为湿陷性黄土, 湿陷系数δs=0.015~0.101, 干密度11.3~14.1, 天然孔隙比0.914~1.327, 压缩模量5.0 MPa~7.0 MPa, 地基承载力特征值为120 Pa~140 Pa, 土层厚度2.00 m~11.00 m;第 (3) 层粉质粘土, 天然孔隙比0.658~0.951, 压缩模量Es=8.0 MPa~10 MPa, 地基承载力特征值fak=220 Pa~260 Pa, 土层厚度2.00 m~4.00 m;第 (4) 层卵石、地基承载力特征值fak=350 Pa, 压缩模量平均值Es=35 MPa。
场地局部为非自重湿陷性场地, 大部分地段为自重湿陷性场地。自重湿陷量的计算值Δzs=12 mm~496 mm, 其湿陷量的计算值Δs=24.0 mm~861.0 mm, 根据GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范第4.4.7条判定, 湿陷等级为Ⅰ级 (轻微) ~Ⅲ级 (严重) 。
3 地基处理
场地平整后地坪标高约为1 436.30 m, 平整后回填土和 (2) 层土层总厚度13 m~18 m, 回填土厚度最大值16 m, 属于高回填土地基。整个厂区建 (构) 筑物、道路较多, 根据地基受水浸湿可能性的大小和湿陷后产生的后果, 以及使用上对不均匀沉降限制的严格程度, 发电厂的各类建 (构) 筑物按湿陷性黄土建 (构) 筑物分类:主厂房、烟囱、直接空冷器支架等为甲类;化学水车间、食堂等为乙类;燃油泵房、燃油库、空压机室等为丙类;材料库棚、警卫传达室等为丁类。路基压实度主要道路不小于0.93, 一般路面不小于0.90。
湿陷性消除可采用分层强夯法、土挤密法、预浸水法, 相比较强夯具有施工机具简单, 施工快捷、节省材料、加固效果明显、节约造价优点, 本厂区采用分层强夯消除地基湿陷性。设计在1 427 m, 1 432 m和1 437 m标高进行了分层强夯处理, 回填土采用素土 (粉土为主) 。根据试夯区检验结果, 设计夯点正方形布置, 夯点间距为6.0 m, 中间夹塞夯, 单击夯击能4 000 k N·m, 单点夯击击数7击~15击, 满夯时单点夯击能2 000 k N·m, 采用1/3夯双向搭接单点夯击击数3击~5击。每遍夯间隔时间不应小于一周;强夯控制标准:最后两击的平均夯沉量不大于50 mm;夯坑周围地面不发生过大隆起。
强夯后对厂区进行了详细勘察, 填土和原湿陷性黄土的湿陷性基本消除, 但力学性质幅度变化较大, 部分力学性质见表1。
由于电厂生产过程中管道常发生渗漏, 且本电厂靠山建设, 受雨季坡面水浸湿可能性大, 从以往相似工程得到的经验教训———重要的建 (构) 物地基只进行分层强夯处理因管道渗漏、雨水浸泡出现较大的沉降、倾斜、建筑物开裂、管道设备损坏概率大, 影响电厂的稳定运行。本设计对湿陷性黄土等级划分为甲类、受水浸泡可能性大的乙类建 (构) 筑物进行二次地基处理, 同时二次地基处理可进一步提高地基承载力, 减小基础的造价。二次处理可采用水泥粉煤灰碎石桩法 (CFG) 进行复合地基、大直径灌注桩基础或预制桩基础, 从造价、工期等条件综合考虑采用水泥粉煤灰碎石桩法 (CFG) 复合地基。
水泥粉煤灰碎石桩法具有承载力提高幅度大, 地基变形小等特点。水泥粉煤灰碎石桩 (CFG) 是由水泥、粉煤灰、碎石、砂加水拌和形成的高粘结强度桩, 桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。本工程设计桩体混凝土强度等级为C20, 成孔400, 桩间距1.20 m, 设计桩顶标高为1 431.20 m, 要求桩长进入第 (4) 层卵石层的深度不小于400 mm。桩顶和基础之间设置褥垫层, 褥垫层厚度为200 mm, 褥垫层材料为中砂或级配砂石, 最大粒径不得大于30 mm, 褥垫层的夯填度不得大于0.9。设计复合地基承载力特征值不小于350 k Pa。
施工结束后28 d采用一台200 t油压千斤顶进行复合地基静载检测, 加载反力装置为压重平台反力装置, 堆重采用混凝土块, 承压板面积2.25 m2, 采用逐级加载方式, 当加压力达到设计要求承载力的2倍时, 检测点位均未达到极限荷载, 终止试验, 对应最大沉降量均不超过15.00 mm。
4 结语
该电厂已经稳定运行多年, 地基未出现较大沉降, 取得了良好的效果。高填土电厂厂区普遍采用分层强夯处理, 对重要、受水浸泡可能性较大的建 (构) 筑物只进行分层强夯处理安全可靠低, 易造成安全隐患, 采用CFG桩复合地基二次处理是经济实用、安全可靠的地基处理方法。
摘要：通过工程实例, 阐述了采用分层强夯法消除高填土电厂厂区地基的湿陷性, 并采用CFG桩复合地基对受水浸泡可能性大的重要建 (构) 物地基进行了二次处理, 对CFG桩复合地基的经济性及安全性进行了研究分析, 指出采用该方法取得了良好的施工效果。
关键词：地基,强夯,CFG桩,承载力特征值,沉降
参考文献
[1]龚晓难.地基处理手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[2]赵明华, 王贻荪.土力学与地基基础[M].武汉:武汉大学出版社, 2008.
谈黄土地区高填土冲沟涵的施工 篇3
我国是世界上黄土分布较多的几个国家之一，其总面积多达60万km2。尤其在山西、陕西和甘肃省分布最为广泛，我国黄土地区的一般特点为:底层发育好，地层完整，面积大，地貌类型多，层序清楚[1]。在我国广大的黄土分布中，湿陷性黄土占了很大一部分的比例，约为60%。湿隐性黄土在西北、华北地区分布广泛，其结构为上层覆盖着湿陷性新黄土，承载力较低;下层是以前堆积的老黄土;地貌表现为地形破碎，黄土碟形洼地，沟谷切割强烈，地下水匮乏，暗沟、陷穴、黄土桥发育，水土流失严重。特别是在暴雨期间，冲沟侧向溯源侵蚀和缓蚀非常严重，特别容易出现浅层滑坡事故。黄土地区的公路涵洞在设计施工过程中，不可避免地会遇到地基承载力不足及湿陷性黄土等问题，因此必须加强对这方面的重视。
2 黄土地区高填土涵洞的设计及处理
2.1 黄土冲沟
国道主干线连霍高速天水至定西段，坡面冲沟切割非常强烈，冲沟多处分布。依据施工经验和经济比较，对黄土冲沟处治原则一般为:较大冲沟采取设桥形式，较小冲沟采取坝式路基或高填路基高位涵相结合形式。
冲沟大部分是地表受流水的侵蚀作用形成的，属于暂时性的线状沟谷地形，地貌特征表现为条状的凹地(长度约为几米至几十米，深度约为几米至几十米)。
冲沟的形成一般要经过三个发展阶段。首先是细谷的形成:冲沟向上游与下游两个方向不断发展扩大，经常在最上游形成较大落差的顶部跌水，这种沿上游方向不断扩展的过程叫做向源侵蚀。其次是“悬挂”状出口的形成，这主要是由强烈的下蚀作用产生的。下蚀作用到达一定基准面(一般是某一盆地的水面或冲沟排泄口河流)后便会受条件限制而不能继续下蚀，这一基准面叫作侵蚀基准面。最后一个阶段，谷底逐渐变缓，冲沟岸坡塌落逐渐形成稳定的天然坡度。在这三个阶段常会伴随不同的破坏形式。在黄土地区进行道路施工时，对冲沟进行处理尤其重要，因为各个阶段冲沟的存在会使工程质量存在重大隐患。
2.2 高填土涵洞的冲沟治理
涵洞稳定的基础是路基稳定。高填土涵洞的稳定与填土、路基、排水等方面密切相关。
进行沟壁的扩沟处理包括开挖沟壁陷穴和台阶两部分。开挖范围和对象为坡脚外的上游方向50 m与下游方向20 m的内沟壁和沟底处的黄土陷穴，特别要注意对大陷穴的处治，一定要将其开挖彻底。在纵向方向上开挖结合槽，结合槽宽深依据冲沟而定，同时考虑土质台阶的施工。对路基填挖结合部的处理，依次采取翻挖强夯、整平强夯开挖区、分层碾压等操作，最终使其压实度达到95%以上的要求;进行路堤施工时应当采取分层填筑的方式，且对局部位置(自基底处填土5 m处)进行强夯处理。强夯施工完成之后，在土基和基底层之间，顺着路线纵向在其前后10 m之内分层进行土工格室铺设之后，用砂砾进行填筑。然后在土工格室下铺设3层土工格栅(每层间距约为0.6 m，宽度为填挖方两侧各5 m)[2]。铺设土工格栅与土工格室的工作应在强夯完成之后进行。
2.3 路基边坡形式
对原状土样进行剪切与常规土工试验，使用原始的试验指标对边坡进行稳定性分析计算后得出的规律如表1所示[3]。
坝式路基具有能够有效利用挖方弃方提高涵位，减短涵长，降低工程造价和防止水土流失等优点，它适用于沟底无常流水，汇水面积小或者无车辆与行人通行的要求、黄土湿陷性较小、沟底纵坡较陡的冲沟。
依据西北地区使用的边坡形式和进行的圆弧法稳定验算，坝式路基一般采用台阶式边坡:20 m以下每隔20 m设置一道宽2 m的边坡平台(坡率从上至下依次取1∶2.25,1∶2.5与1∶2.75);20 m以上每10 m设置一道宽2 m的边坡平台(坡率从上至下依次取1∶1.75与1∶2)[4]。
3 高填土涵洞的防护与排水
采取有效的减荷措施是高填土涵洞的好的防护手段之一，减荷措施的核心是充分发挥“土拱效应”，使涵体本身与外侧土柱共同承担涵顶重量。以下为常用的减荷方法:充分利用沟谷与地形;在涵洞顶部一定范围内使用“中松侧实”填土法或高压缩性填料;采用低压缩性填料等方法将涵台背后填土的压实度增大;采用加固涵台两侧地基或使用相对松软的地基等地基处理方法使地基产生负的沉降差。
在涵洞进口处设置急流槽能够有效减少流水对涵洞产生的冲刷作用，如果出现纵坡较大的情况，最好在进口处设置一个跌水井与在出口处设急流槽。坡脚线外隔20 m设置一消力池，同时每隔5 m设置一道防滑坎，这样能够很好降低涵洞受到的冲刷[5]。路堤防水对高位涵同等重要，具体措施如下:为预防蓄水下渗造成管涌现象，应在迎水面铺设双层(一布一膜)复合土工膜，土工膜嵌入沟壑和底面的深度约2 m;设浆砌片石护坡，其基础嵌入地面深度不应小于1.25 m。浆砌片石护坡同复合土工膜的设计标高都不应低于涵洞顶面1 m的高度;在背水面边坡处与迎水面护坡以上，设置拱形骨架起到加固的作用。
4 高填土涵洞施工工艺
钢筋盖板涵的施工:首先，清理施工现场，进行涵洞基础放样，然后进行基础施工。地表排水工作，将基坑加宽0.5 m的工作面，边坡为1∶0.5。挖掘机开挖，并进行人工刷坡，当开挖至设计基底0.2 m左右时进行人工清底，立模浇筑基础混凝土。地基夯实工作，承载力必须达到设计要求，否则必须进行基底处理，并且保证其填实度达95%以上[6]。山区冲沟涵布设时可以根据地形条件适当移动涵洞设置，将涵洞设置在沟谷的侧坡上[7]。
因此，布设于侧坡上的涵洞，对顶填土大于8 m的高填土涵洞或置于填方上的涵洞一般采取反开挖法施工，施工工艺流程为:同路基一并填土或开挖至换填底标高后，在涵洞范围和两侧基础边缘大于3 m的范围依据《特殊路基设计工程数量表》进行强夯施工，之后进行换填层填筑、涵洞基础混凝土浇筑的工作，使处理后的复合地基承载力达到设计要求值。为防止混凝土的水分流失，基础混凝土四周满铺一层塑料布并扳倒连接钢筋。进行路基填筑工作，使其高度至涵顶标高1 m处后，垂直方向开挖涵洞基坑(基坑宽度仅为台身两外缘之间的距离)，将连接钢筋扳起，进行涵洞台身混凝土浇筑(同时注意提起基础外包塑料布，铺放在基坑边上，这样能够有效防止混凝土内的水分流失)，凿毛基础连接部位同台身的混凝土后对应焊接连接钢筋。最后进行架设盖板，回填涵顶工作。
涵洞急流槽依据早接远送原则进行设置，基坑开挖之后的地基必须进行强夯，使压实度达到95%以上。急流槽应在地质变化处或每隔5 m～8 m设沥青麻絮沉降缝(为防渗漏水应包裹防水土工膜)。如果急流槽底的纵坡坡度大于10%，则应每隔5 m设底宽约1 m的防滑坎。急流槽底厚度应大于0.4 m，且采取台阶状达到消能的作用。急流槽的布置应以实际地形为参考依据，同时尽量保证将其设在原状土上。为确保急流槽安全稳定，施工时应做好周围冲沟、陷穴等不良地质的处理工作。
5 结语
我国湿陷性黄土分布范围广泛，黄土地区高填土涵洞的设计与施工应当依据水文地质、冲沟的形式等实际地理情况确定。如果有必要，可将高填土涵洞同桥梁跨越进行经济性比较，最终确定出合理的经济性好且满足使用功能的方法。
参考文献
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