软基设计（共12篇）
软基设计 篇1
1 工程基本概况
某市政道路工程上跨一内河, 由于内河流速较缓, 且内河与长江相连处断面压缩成一孔涵洞, 在涵前形成沉积区域, 从上游河水带来的粘土及泥沙在此经过多年淤积, 已形成厚度达10 m的淤泥。建设场地河道宽62.5 m, 拟定建设方案为在河道中间设置5孔涵洞, 基础采用整体式基础, 基础底地基承载力需达到160 k Pa。
2 场地地质条件
根据场地地质勘查报告, 工程所在范围内表层为素填土, 往下依次为淤泥质粉质粘土、粘土夹粉土、粉质粘土粉土粉砂互层、粉砂。各层地基承载力基本容许值及压缩模量如表1所示。
工程场地范围内第 (2) 层为淤泥质粉质粘土, 层厚8.5 m~10.3 m, 土层液限指数IL=1.32, 属于流塑状态, 侧摩阻系数22 k Pa, 地基承载力69.5 k Pa;第 (3) 层为粘土夹粉土, 层厚3.2 m~5.0 m, 土层液限指数IL=0.56, 属于可塑状态, 侧摩阻系数53 k Pa, 地基承载力135.0 k Pa;第 (4) 层为粉质粘土粉土粉砂互层, 层厚4.3 m~5.0 m, 土层液限指数IL=1.18, 属于可塑状态, 侧摩阻系数53 k Pa, 地基承载力135.0 k Pa。
3 地基处理方案比选
现实际工程中较常用的地基处理方案主要有开挖换填、抛石挤淤、预压法、高压喷射注浆法、水泥搅拌桩复合地基、刚性桩复合地基。
开挖换填主要是指将基础范围内软土挖出, 用透水性较好的砂性土、碎石或块石进行替换, 开挖换填分为全挖除和部分挖出。全挖除主要是将基础底部软土全部挖除, 让上部结构荷载通过换填的透水性材料直接传递至承载力较高的土层上, 达到路基稳定;部分挖出主要是通过扩大基础底面受力面积, 降低对地基的要求, 达到路基稳定。开挖换填一般挖出深度不宜超过3 m, 由于本项目所处场地范围淤泥厚度达到8.5 m以上, 故不适宜采用开挖换填。抛石挤淤是在基础底从中部向两侧抛投一定数量的碎石, 将淤泥挤出基础范围, 以提高地基强度。其施工简单、迅速、方便, 适用于常年积水的洼地, 排水困难, 泥炭呈流动状态, 厚度较薄, 表层无硬壳, 片石能沉达底部的泥沼或厚度为3 m~4 m的软土, 适用于石料丰富, 运距较短的情况。预压法是指预先在拟建构造物的地基上施加一定静荷载, 使地基土压密后再将荷载卸除, 提高软弱地基的承载力, 同时使大部分沉降在预压过程中完成, 减少构造物建成后的沉降量。预压法适用于淤泥质粘土、淤泥与人工充填土等软弱地基。高压喷射注浆法是利用钻机钻孔, 把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后, 以高压设备使浆液成为20 MPa以上的高压射流, 从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。部分细小的土料随着浆液冒出水面, 其余土粒在喷射流的冲击力, 离心力和重力等作用下, 与浆液搅拌混合, 并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后, 便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基, 从而提高地基承载力, 减少地基的变形, 达到地基加固的目的。适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。水泥搅拌桩复合地基是利用水泥作为固化剂的主剂, 利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌, 使水泥与土发生一系列物理化学反应, 使软土硬结而提高基础强度。是软基处理的一种有效形式, 适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等, 当粘性土含水量大于30%时, 不宜采用水泥搅拌桩。刚性桩复合地基是采用刚性桩增强天然地基的部分土体, 通过设置于基础和桩之间的褥垫层来使增强体和地基土共同承担荷载的人工地基。刚性桩复合地基适用于粉土、砂土、填土、粘土等不存在难以穿透的坚硬夹层地基, 应用广泛。结合本项目实际情况, 综合各类软土地基处理方法, 本项目采用刚性桩对地基进行处理, 形成复合地基。
4 基础设计
基础设计采用刚性桩复合地基, 桩基选用12ZTG 208预应力混凝土空心方柱PHS (PS) 350 (170) AB桩, 桩基边长35 cm, 内径17 cm, 采用C80混凝土, 抗裂弯矩检验值71 k N·m, 极限弯矩检验值116 k N·m, 单桩桩身对应竖向抗压承载力特征值1 725 k N, 单桩桩身对应竖向抗拔承载力特征值357 k N, 单桩桩身抗剪承载力设计值138 k N, 桩基布置间距按1.6 m, 桩长设计17 m, 桩周土层从上至下依次为淤泥质粉质粘土 ([fa0]=65.0 k Pa, qsia=22 k Pa, Es=2.8 MPa) , 基础底厚5.7 m;粘土夹粉土 ([fa0]=145.0 k Pa, qsia=53 k Pa, Es=4.2 MPa) , 层厚4.2 m, 粉质粘土粉土粉砂互层 ([fa0]=95.0 k Pa, qsia=40 k Pa, Es=4.5 MPa) , 层厚6.6 m, 桩尖进入粉砂层0.5 m ([fa0]=110.0 k Pa, qsia=37 k Pa, Es=18.5 MPa) 。桩顶铺设30 cm碎石垫层, 垫层顶设置10 cm厚C15素混凝土结构垫层。刚性桩复合地基计算如下:计算主要依据JGJ/T 210-2010刚—柔性桩复合地基技术规程第4章规定, 计算过程如下。
4.1 单桩竖向承载力特征值计算
根据4.2.1条规定, 单桩竖向承载力:
其中, Ra为单桩竖向承载力特征值, k N;Quk为单桩竖向极限承载力标准值, k N;up为桩的横截面周长, 取1.4 m;Ap为桩的横截面面积, 取0.122 5 m2;qp为极限端阻力标准值, 取145 k Pa。
4.2 承载力特征值计算
根据4.2.4条规定, 刚—柔性桩复合地基承载力特征值:
其中, m为桩土面积置换率, m=0.35×0.35/ (1.6×1.6) =0.047 85;Ap为桩的横截面面积, 取0.122 5 m2;η1为刚性桩的承载力发挥系数, 取0.8;η2为桩间土承载力折减系数, 取0.5;fsk为处理后桩间土承载力特征值 (也可取天然地基承载力特征值) , 取65 k Pa。经计算得出处理后地基承载力特征值取fa=171 k Pa, 大于上部结构对地基承载力要求。
4.3 基础沉降计算
根据4.3.1条规定, 刚性桩复合地基沉降主要由两部分组成, 第一部分为刚性桩与土构成的复合土层的压缩量S1, 第二部分为桩端以下天然土层压缩量S2, 故复合地基总沉降量可表示为:
其中, Espli= (1-m1) Esi+m1×Ep1;ψs1为刚性桩与土构成的复合土层压缩量计算经验系数;P0为对应于荷载效应准永久组合下的基础底面处的附加压力, k Pa;Espli为刚性桩与土构成的第i层复合土层的复合压缩模量, MPa;Esi为第i层土的压缩模量, MPa;zi为基础底面至第i层土底面的距离, m;z (i-1) 为基础底面至第 (i-1) 层土底面的距离, m;ai为基础底面计算点至第i层土底面范围内的平均附加应力系数;a (i-1) 为基础底面计算点至第 (i-1) 层土底面范围内的平均附加应力系数;Ep1为刚性桩体的压缩模量, MPa;m1为刚性桩面积置换率。根据以上公式, 将土层按1.0 m进行分层, 最后计算出复合地基总沉降为15.7 cm。满足规范规定要求。
5 结语
根据以上对实例工程的地质分析, 对各种处理方法的比较及适用条件进行分析, 本项目地基处理设计采用刚性桩复合地基施工快捷、方案合理, 后期对地基承载力检测, 结果基本与设计相符, 满足设计要求。
摘要：依据场地地质条件, 结合项目实际情况, 对软土地基处理方案进行了对比分析, 并对基础设计要点进行了阐述, 指出采用刚性桩处理软土地基施工快捷、方案合理, 地基承载力检测结果与设计相符, 值得推广应用。
关键词：复合地基,软基处理,刚性桩
参考文献
[1]凌治平.基础工程[M].北京:人民交通出版社, 2011.[2]洪毓康.土质学与土力学[M].北京:人民交通出版社, 2009.[3]地基处理手册编委会.地基处理手册[M].北京:人民交通出版社, 2012.
软基设计 篇2
引言
交通运输行业发展越来越快，汽车数量的增加使得路基路面承受的车载压力越来越大。为了延长公路的使用寿命，施工单位在设计与施工时，需要优化设计施工方案，尤其要做好对软基的处理，这样才能保证路基路面出现的损坏最小。软基是一种较难处理的路基，施工单位应对路面设计方案进行试验与调整，保证软基的强度符合施工设计要求。软基路面常见的质量问题包括沉降、塌陷等，这不但影响了路面的美观性，还增加了交通安全事故出现的概率。
软基设计 篇3
【关键词】软基；深基坑；减压；设计；施工
The deep soft deep pit open to dig to decline a water decompression project a design and application
Zheng han-bin，Wang song-bo
(Caozhou supply water vital point administrative office caozhou Guandong 521011)
【Abstract】Guandong province caozhou supply water the vital point engineering is in the deep soft Ji deeply the Ji pit open dig the water decompression project of decline of the adoption“decompression well+ part bottom”，and aim at to appear in open dig the process of insurance feeling，adopt extension bottom scope with give a steel plate stake etc.engineering measure，insure Ji pit to open to dig of safety，assurance work period，in the meantime economical investment，the effect show Zhao，rightness similar soft Ji engineering item deep the Ji pit open to dig to have certain of draw lessons from a function.
【Key words】Soft foundation；Deep foundation pit；Decompression；Design；Construction
1.工程概况
潮州供水枢纽工程是合理调配水资源，为城镇及工农业用水创造条件、结合发电、兼顾航运、水环境保护等综合利用的枢纽工程。枢纽主要建筑物有拦河闸、发电厂房、船闸、土坝等。其中西溪厂房置于淤泥、淤泥质土上，地面高程为▽2.0m，建基面为▽-16.35m，基坑开挖最大深度达18.5 m。厂房地质结构(见图1)从上往下为：
①人工填土层(SQ)：主要分布于厂房左侧上游副厂房，主要由素填土组成，以粉土、粉质粘土为主，可塑~硬塑状。厚3.00~5.00m，不均。
②alQ43河流相冲积土层：近代河流冲积而成，主要分布于厂房河床表层及副厂房。成分以中细砂组成，呈松散状，厚0.60~2.00m。
③m+alQ42海陸交互相沉积土层，成分主要为灰黑色淤泥或淤泥质粘土夹淤质粉细砂，总厚约20.00m，层顶面高程为0.50~1.00m。该层总体上土质不均匀，淤泥中夹有较多淤泥质粉细砂和有机质，淤泥呈流塑状，淤泥质粉细砂一般呈松散状。该层地基承载力较低，压缩性高，易产生较大沉降或不均匀沉陷。
④alQ41河流相冲积土层，由粗砂、砾砂、砾石和含卵砾石组成，沉积物从上至下具明显的由细至粗的沉积规律，一般呈中密~密实状，地基承载力较高，变形较小。
厂房基坑长161.75m，宽38.00m，采用内撑式地下连续墙支护，连续墙厚800mm，内支撑为钢筋混凝土支撑。基坑底部以下3.00~5.00m下卧砂卵石层为承压含水层，与江水有水力联系，基坑底与承压水层水头差达23.00m(基坑布置见图2)。如不采取适当降水减压措施，在如此高的水头作用下，必将发生渗漏、管涌、基底浮托等安全问题。同时，由于厂房外闸坝基础水泥搅拌桩已施工完毕，所采取的抗基底浮托措施必须确保不会引起搅拌桩复合地基产生过大的沉降及不均匀沉降。
2.降水减压方案的设计
2.1 方案设计。基于上述的地质条件，基础开挖过程中，地基将面临地下水的渗流而产生渗透变形(流土或管涌)。特别是开挖至基坑底时，承压水水头差达23.00m，可能发生厂房基坑在高水头作用下基底浮托、拦河闸搅拌桩复合地基过大的沉降和不均匀沉降等安全问题，这是设计的焦点。因此，实施的降水减压方案必须满足如下两个基本条件。
条件1：减压井的涌水量控制在施工允许范围内；
条件2：由于设置减压井降低水头引起的相邻已建闸坝搅拌桩复合地基沉降控制在允许的范围内。
经过周密的设计比较，初步形成以下3种方案：
方案1：全封底方案。此方案在左右两道连续墙内根据各部分的开挖深度，用旋喷桩封2.00~4.00m厚的基础。
方案2：强排水方案。此方案在基坑内布置20~30个20~30m深的井，用潜水泵根据所开挖高程强行排水，保证地下水位底于开挖面高程。
方案3：减压井+局部封底方案。此方案即在基坑开挖最深段封底宽31.93m，厚4.00m。并在基坑两侧布置30个减压井。
2.2 方案选择。经比较，各方案的优缺点如下：
方案1：基坑开挖最安全，但费用过高，总投资概算约6000万元，不宜采用。
方案2：费用最低，投资概算约200万元，但强排可能引起相邻已建的闸坝地基产生较大整体沉降和不均匀沉降，也不宜采用。
方案3：在基坑最深处封底，并通过减压井自流释放降低基坑下面承压含水层的水压力，共同解决承压水压力对开挖层的浮托破坏的问题。总费用约为1200万元。此方案费用适中，可操作性强，兼顾了安全、费用与工期的要求。
经广东省水利厅先后多次组织水利专家和有关单位技术人员对设计方案从技术、经济及安全性等多方面进行方案比选、论证，基本同意方案3，即减压井+局部封底方案，并要求设计单位进一步对方案进行校核和完善。
2.3 设计方案的校核。设计单位按照单向开挖和双向开挖两种施工方案，通过抗浮托验算、渗流计算，沉降分析计算，对“减压井+局部封底”方案进行校核。
2.3.1 抗浮验算。根据透水层的有效重度与渗透力之比计算抗浮安全性，各开挖阶段抗浮验算结果，均能满足抗浮安全要求。计算公式及详细结果见式1及表1。：
2.3.2 渗流计算。渗流计算主要是分析基坑内设减压井后，基坑内部和周围地层水头变化、分布情况以及相应的井出水量，成果包括各开挖时期基坑横、纵向剖面区域等水头线、井口高程与典型坝纵位置承压水头关系曲线、井口高程与井出水量关系曲线等，成果图(略)。根据计算，减压井群发挥作用时，总出水量主要随井口高程降低面增加，单井出水量同时还随井数减少而增加。各阶段计算中，总出水量最大不超过0.35m3/s，单井出水量最大不超过20L/s，渗流计算结果满足要求。在渗流计算中，同时对单、双向开挖施工期累计出水量进行计算，分别为3.67×106m3和3.17×106m3，很明显，双向开挖方案优于单向开挖方案，设计推荐采用。
2.3.2 沉降分析计算。拦河水闸闸板底的标高为▽-1.10m，搅拌桩底的标高▽-21.0m左右，由于水闸下的搅拌桩底已达到砂卵石层，相对于搅拌桩复合地基，砂卵石层的压缩模量较大，变形较小，因此，沉降计算仅考虑搅拌桩复合地基的压缩变形。由于基坑减压时部分水闸已施工完毕，故沉降由两部分组成：第一部分为水闸自身荷载引起的沉降，第二部分为水头降低引起的沉降。
经计算，单向开挖减压结束时水闸近端及远端的沉降分别为176mm及171mm，其中减压引起的沉降分别为29mm及23mm；双向开挖减压结束时水闸近端及远端的沉降分别为172mm及168mm，其中减压引起的沉降分别为25mm及20mm，两种开挖方案减压引起的沉降均在总沉降中所占比例较小，且在减压结束后发生回弹，相当于一个预压的过程，不会加大水闸的永久沉降；单向开挖方案水闸的永久沉降及最大不均匀沉降为148mm及10mm，双向开挖方案水闸的永久沉降及最大不均匀沉降为148mm及8mm，可以满足工程需要(平板钢闸门运行时所允许的最大不均匀沉降为10~20mm)。
2.4 安全监测及应急措施。为了保证施工期间的安全，在坝纵0-020.85~0-022.85、0+025.55~0+038.55、0+069.15~0+071.15三个区域设置侧压管对水头进行监测，在基坑内每侧的地下连续墙边各布置一个，共6个，测压管底部进入强透水层。根据水头的监测结果，通过调整孔口高程控制水头及减压井涌水量。施工过程中，如果发现某处有渗水涌砂现象，可采取堵排结合方法进行处理，即及时对该处实施砂包回填，同时降低该处附近的减压井井口高程。
3.应用效果
3.1 施工经过
3.1.1 封底施工。封底施工于2003年8月23日开工，10月15日完工。在坝纵0+016.65m~0+048.53m范围内的基坑底以下打设4.00m厚旋喷桩，桩顶高程为▽-16.20m，集水井处桩顶标高为▽-18.80m。施工设备采用PP120高压注浆泵、GP-1500、5型高喷台车、ZY100型单管旋喷桩机等，旋喷桩间距按照试验结果按行、列均800mm，呈梅花型布置。
3.1.2 减压井施工。减压井施工于2004年9月5日开工，10月4日完工。减压井基本个数为30口，纵向3排，横向10排，布置在坝纵0-029.5m~0+071m范围，间距8.0m，考虑减压井备用再增加10口井，总井数40口，备用井大部分位置靠上游，间插于原井位。
3.2 存在问题及处理
3.2.1 局部封底范围外涌水冒沙处理。在进行开挖过程中，原局部封底范围外的上游侧基坑左6#减压井(桩号：0+13.89，高程：▽-5.00m)附近出现多处涌水冒沙现象。鉴于西溪基坑水文地质情况复杂，稍有不慎会危及施工人员设备和周边建筑物安全，广东省水利厅组织有关专家在工程建设现场召开专题技术会议和发包人多次组织召开“四方”会议研究分析，这些冒砂涌水可能是由于钻孔灌注桩施工过程中的空桩与下卧的强透水层发生水力联系造成的局部破坏造成。决定除进一步降低减压井出水口高程外，封底范围位置向上游延伸40.0m，在桩号0+16.65~0-23.35m范围打设厚2.00m的旋喷桩，桩顶高程为▽-14.50m。
3.2.2 进口斜坡段流砂处理。进口斜坡段的施工高程从▽-6.80m~▽-14.35m，坡比为1：5.4，在几乎是流砂的地质条件下，形成1：5.4的坡比是不可能的。为此，经过谨慎的考虑，在34.47m的斜坡段内施打两道钢板桩拦截水平向水流及粉细砂，单桩厚10.0mm，宽400.0mm，桩长9.0m，桩底高程▽-16.0m。桩之间改为水平段开挖，再回填混凝土垫层及粗砂细石反滤层。即通过反滤层集中后，再用两台3kw的抽水机24小时抽水，当底板浇注完毕后，再封管灌漿。
3.2.3 连续墙接缝涌水的处理。在开挖中，桩号0+13.37m处的左侧连续墙高程▽-10.0m处，突然从接缝处大量涌水。经分析，连续墙后面的淤砂层为强透水层，可能与江水连通。当时，围堰外的江面水位为▽3.80m，水头差为13.80m左右。基坑内立刻用75kw的抽水机抽水，避免基坑开挖面被浸没。同时，先在涌水处用砂包堆至▽-4.00m高程，并在连续墙后面灌浆，但效果不明显。最后在连续墙后贴墙面打入三块厚10.0mm，宽400.0mm的钢板桩，打至▽-15.0m，完全解决了涌水。
3.3 应用效果。潮州供水枢纽工程在深厚软基深基坑开挖中采用“减压井+局部封底”的降水减压方案，虽然在开挖过程中，由于土质原因出现了一些变化，但通过采取扩大封底范围和施打钢板桩等工程措施，确保基坑开挖的安全，截至开挖结束，施工安全监测成果表明拦河水闸累积沉降量最小值为19mm，最大值为65mm，实际沉降量小于设计允许沉降量，同时保证工期、节省投资，效果显著。
4.结语
4.1 深软基深基坑开挖中，采用“局部封底+减压井”的降水减压措施，费用节约明显。本基坑开挖降水减压总费用约1300万元，比全封底估算费用6000万元，节约了约4700万元。
4.2 深基坑、深软基、高承压含水层基坑开挖的设计处理方案，除了考虑基坑支撑体系的稳定外，还应考虑基坑底的抗浮稳定，即建基面的安全是否满足要求，以及排(降)水对相邻建筑物的安全影响。
4.3 在基础稳定的前提下，渗水量大小并不是决定封底的主要因素。采用自流减压结合旋喷桩封底的方法，计算出减压井自流降压允许的基坑开挖高程，是有效解决基坑稳定(抗浮)和排水可能引起相邻建筑物的过量沉降的措施。
4.4 基坑的水位下降对相邻已建成闸坝的沉降影响量不大。通过计算，减压引起的沉降量远小于荷载引起的沉降量。
4.5 采取降水减压措施后，相邻建筑物总沉降量的大小与建筑物稳定情况关系密切。开挖结束拦河水闸累积沉降量最小值为19mm，最大值为65mm，实际沉降量小于设计允许沉降量，且该部分在开挖前累积沉降最大值已达50mm，开挖影响的沉降量小于15mm，主要因为闸坝于2003年6月已浇注完毕，经过三个多月的自然沉降，已基本稳定。在其它工程中应用，必须充分考虑周围建筑物的稳定情况。
4.6基坑开挖的工期尽可能缩短，这对基坑开挖安全十分重要。因为在基坑的开挖过程中，面临的不利因素甚多，如地质条件变化、涌水、冒砂、地下水位上升、洪水等。开挖面暴露的时间越长，产生渗透变形(流土或管涌)可能越大。因此，基坑的支撑体系设计，宜利于大型机械作业，以缩短施工工期。
4.7 加强施工期监测和落实预案，有利于掌握基坑及相邻建筑物变化情况，及时采取应对措施。
参考文献
[1] 广东省水利电力勘测设计研究院《广东省潮州供水枢纽工程西溪厂房深基础开挖及减压方案研究补充报告》2003年7月
[文章编号]1619-2737(2009)04-14-032
[作者简介]郑汉滨(1980-)，男，本科，助理工程师，从事水利枢纽工程建设管理和枢纽水工建筑物运行管理工作。
软基处理技术设计及施工 篇4
1、粉喷桩设计方法
1.1技术要素的选用
在进行粉喷桩的设计时, 有几项比较主要的技术要素, 如基准期、容许工后沉降、加载速率、预压期等, 而在进行这些技术要素的标准选用时, 我们必须进行严格控制, 在参照相关的规范标准等要求, 并结合实际应用情况之后, 才能进行合理的设计。目前, 粉喷桩采用的设计标准普遍为:
1.1.1基准期及容许工后沉降:柔性路面设计使用年限为15年, 按目前通常的做法, 基准期亦为15年, 即从开放交通之日起至路面大修日止, 所发生的沉降视为工后沉降。其容许值对于一般路段取20cm, 涵洞及箱型通道处取15cm, 其它结构物与路堤相连处取10cm。
1.1.2稳定验算安全系数:稳定验算安全系数一般以K≥1.2控制。
1.1.3加载速率:加载速率关系到路堤在施工中的稳定性, 设计采用两种平均速率:粉喷桩处理路段及填高小于极限高度的路段取15cm/d, 其余取10cm/d。施工中的速率可根据路堤稳定观测的结果予以调整。
1.2桩体及桩位的布设
粉喷桩的桩径一般为50cm, 设计的桩长宜穿透软土层并达到持力层内50cm。桩距与路堤的稳定和沉降量有关, 最小桩距宜为1.1~1.3m, 桩位在平面上呈正三角形 (梅花形) 或矩形布置。为改善路堤底面的受力条件, 粉喷桩处理段路堤下宜铺设30cm左右的碎石垫层。经计算, 如涵洞、通道位置工后沉降量大于30cm, 则其地基宜采用粉喷桩处理, 桩间距宜采用1.1~1.2m。对于工后沉降量小于30cm而大于20cm的位置, 则其地基宜采用土工合成材料加筋配合等载预压进行软基处理。经计算, 如桩基桥台位置工后沉降量大于30cm, 则对其台前及台后地基用粉喷桩处理, 再施工桩基础及进行台后路基填筑。
1.3施工沉降观测
1.3.1观测点位的布设:观测点布设在路堤中心 (以距离中心线50cm左右为宜) 及两侧路肩, 一般软土路段每100m布设一观测断面, 预压施工高度超过5m的路段上每50m设一观测断面。此外在与跨度超过30m的桩基结构物相邻的两端各设一观测断面, 跨度小于30m时仅在一端设置, 观测断面宜离开桥头搭板1m左右。所有涵洞 (包括箱形通道) 处原则上均需设置一组沉降观测点, 观测点位于涵背一侧, 离涵背约2m处。在粉喷桩一般处理段、过渡段、等 (超) 载预压段接头处, 应在离开接头各10m以外的位置分别设置一组沉降观测点, 以观测不同处理方案的沉降差异, 距离相近、地质情况一致的可考虑统一布点。在地质情况明显变化的分界线两侧各10m处, 应分别布置一组沉降观测点。
1.3.2观测频率的确定:路堤施工期:每往上填筑一层便观测一次, 路堤填高超过极限高度之后, 每7d观测一次, 直至稳定再转入正常观测。预压期:第一个月每7d观测一次, 第二个月至第三个月每15d观测一次, 从第四个月起每一个月观测一次, 直到铺筑路面前。
2、工艺性试桩的设计要求
为了确定各种操作技术参数, 粉喷桩施工前施工单位必须考虑到不同的地质情况, 根据室内配比进行工艺性试桩, 试桩应达到下列要求:
2.1满足设计水泥喷入量的各种技术参数。钻进速度:参考值V≤1.5m/min;平均提升速度:参考值Vp≤0.8m/min;搅拌速度:参考值R≈30r/min;钻进、复搅与提升时管道压力:0.1MPa≤P≤0.2MPa;喷灰时管道压力:0.25MPa≤P≤0.40MPa。
2.2水泥搅拌的均匀程度, 掌握下钻及提升的困难程度, 确定合适的技术处理措施。成桩试验的桩数不宜少于5根。
3、施工工艺要求及注意事项
3.1施工工艺要求
要根据工艺试桩确定的各种操作技术参数制定施工要点, 供现场操作人遵守。严格控制钻孔下钻深度、喷粉高程及停灰面, 确保粉喷桩长度和喷粉量达到规定要求。深度误差不得大于5cm, 水泥损耗量平均不得大于1kg/m。粉喷桩要穿透软弱土层到达强度相对较高的持力层, 并深入硬土层50cm, 持力层深度除根据地质资料外, 还应根据钻进时电流表的读数值来确定, 当钻杆钻进时电流表的读数明显上升, 说明已进入硬土层, 如能持续50cm以上则说明已进入持力层。搅拌机每次下沉或提升的时间必须有专人记录, 时间误差不得大于5s, 提升前要有等待送粉到达桩底的时间, 防止出现提升却未喷粉的情况, 具体时间随机械类型与送灰管长度而变化。在桩上部1/3范围内应重复搅拌一次, 并且复搅长度不足5m的, 按5m施工。特别需要指出的, 对于软土天然含水量大于70%的地段, 要求复搅长度应贯穿软土层。
3.2施工注意事项
3.2.1关于复搅与提升:在桩顶部1/3范围内应重复搅拌一次, 高度至少大于5m。钻进提升时管道压力不宜过大, 以防淤泥向孔壁四周挤压形成空洞。
3.2.2关于补喷和废桩问题:如发生意外影响桩身质量时, 应在水泥终凝前采取补喷措施, 补喷重叠长度≤1.0m。补喷无效时须重新打桩, 新桩与废桩的间距≥20cm。
3.2.3输灰管须经常检查, 不得泄漏及堵塞, 管道长度以60m为宜。对钻头定期检查, 直径磨耗量≤1cm, 钻头直径≤53cm。
3.2.4在灌注桩两侧布设粉喷桩位时, 应预留钻孔灌注桩施工位置, 预留净距为140cm。
3.2.5成桩施工顺序从四周边开始向中心进行, 相邻两根桩必须跳跃间打。
3.2.6碎石垫层必须在桩体强度达到70%时方可铺筑。
4、质量验收标准
对成桩质量的验收办法, 可通过有以下四种方式进行检测:
4.1成桩7天内浅部开挖桩头, 其深度宜为0.5 m, 目测检查搅拌的均匀性, 测量成桩直径。检查频率为10%。
4.2用轻便触探仪检查桩的质量, 触探点应在桩径方向1/4处, 抽检频率为2%。
4.3成桩28天后在桩体上部 (桩顶以下0.5m、1.0 m、1.5 m) 分别截取3段桩体进行桩身无侧限抗压强度试验, 检查频率为1%~2%。
4.4必要时可安排进行全桩长取芯, 以检测粉喷桩的质量。粉喷桩施工允许偏差。
5、粉喷桩检测。
目前国内的粉喷桩检测主要有浅部开挖、轻型动力触探、瑞典贯入法、标准贯入试验、静力触探试验、取芯检验、截取桩段做抗压强度试验、静载荷试验、反射波动测法检验、袖珍贯入试验、电阻率法等。
结束语。
从近年来软基处理方式的应用效果上看, 粉喷桩处理软土地基在目前来看仍然是一种行之有效的技术手段, 它与其他软基处理方式相比, 具有了预应力砼管桩、砂桩等所没有的一些技术优点。但从施工操作的角度出发, 其技术难度较大, 如果掌握不好, 极易出现偏差, 且因其为隐蔽工程, 易留下隐患。所以, 我们只有以科学的态度, 按照设计的方法、标准来严格规范施工的工艺控制, 只有这样, 才能确保粉喷桩施工质量
参考文献
软基设计 篇5
广贺高速公路软基试验段超载预压设计
由于珠三角北江流域地质的`特殊性,路基下伏的软弱土层极大地影响了道路的长期稳定与安全使用.广贺高速三四段为更好的指导后续施工,在项目整体施工之前,选择了长约1km路段进行了软基处理试验段研究工作.为了减小工后沉降或缩短工期,对于采用排水固结法进行地基处理的路段,采取了超载预压设计,并对路基与构造物等不同路段超载厚度进行了试验分析.
作 者：陈向红 刘靖 冯建伟 作者单位：中国公路工程咨询集团有限公司,北京,100089;武汉中咨路桥设计研究院有限公司,湖北,武汉,430050 刊 名：中国水运（下半月） 英文刊名：CHINA WATER TRANSPORT 年，卷(期)： 9(5) 分类号：U416.1 关键词：软基 超载预压 超载高度道路软基处治方法 篇6
关键词：公路；软基；处理；方法
道路软基处理尽可能早期进行，有充分的间隔时间使软基达到沉降稳定后方可进行填土施工。下面介绍软基处理的三种方法：
1.表层处理法表层处理法用于地表面极软弱的情况。
该法是通过排水、敷设或增添材料等办法，提高地表强度，防止地基局部剪切变形，保证施工机械作业；同时尽可能把填土荷载均匀地分布于地基上。属于这类处理方法的有：表层排水法，砂垫层法，敷设材料法，添加剂法等等。
1.1表层排水法对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果，应回填透水性好的砂砾或碎石。
1.2砂垫层法对于地基上部软土层极薄且含水量大时，在软土地基上敷垫0.5～1.2m左右厚的砂垫层。这样可达到固结软土层，使砂垫层起到上部排水层作用；同时，砂垫层又成为填土内的地下排水层，以降低填土内的水位；在进行填土及地基处理施工时，为施工机械提供良好的通行条件。
1.3敷垫材料法对于地基土层不均匀，可能发生局部不均匀沉降和侧向变位，可利用所敷垫材料的抗剪和拉抗力，来增强施工机械的通行，均匀地支承填土荷载、减少地基局部沉降和侧向变位，以提高地基的支承能力。敷垫材料主要有化纤无纺布、土工布、玻璃纤维格栅等被广为采用。设计、施工注意事项
①应注意地基表层强度，施工机械重量，以及填土荷载大小和宽度等，据以选用合适的敷垫材料。
②施工机械通过区域，使局部地段产生较大的拉压力，应作特别的补强。
③敷垫材料四周应超过填土边缘，端部卷入填土内，上面用填土压紧。
④在特别软的地基上进行第一层填土时，可使用放置干筏上的手摇传送带撒铺，有时也用皮带抛射式撒砂机撒铺。
⑤第一次撒布厚度应尽可能薄些，并要求用透水性好的河砂为材料。含砾石时，要注意不使其损坏敷垫物。
1.4添加剂法对于表层为粘性土时，在表层粘性土内渗入添加剂，改善地基的压缩性能和强度特性，以保施工机械的行驶。同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。
添加材料通常使用的是生石灰，熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌，除了降低土壤含水量、产生团粒效果外，对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结，使粘土成分发生质的变化，从而促进土体稳定。
2.置换法本法是以优质土置换软弱土，确保填土稳定和减少沉降量。
施工方法分有人工挖掘置换和借填土自重或用爆炸法将软弱土挤出的强制置换。其施工都比较容易，多数情况下能在短时间内达到所要求的目的。从可靠性来说人工挖掘置换较优。置换材料应采用即使受到水浸也不致降低承载力的粗粒土。但必须进行充分压实。
3.竖向排水法在粘性土地基中设置垂直的排水柱，以缩短排水距离，促进地基排水固结，增加抗剪强度。
由于垂直排水柱所用材料不同，分为砂井和纸板排水两种。本文主要介绍砂井排水法。
砂井排水法，根据砂井的施工方法不同，可分为打入式、振动式、螺旋钻式、水射式及袋装式等。本法很少单独使用，多与加载法或缓速填土法并用，对层厚大，均质的粘土地质最为有效；对泥炭质地基效果稍差。
粘性土层固结所需时间t与垂直方向最大排水距离D的平方成正比。很清楚，粘土层越厚，所需固结时间就越长。
3.1设计
地基处理范围，为了稳定，以填土坡面下为处理对象；为防止沉降，主要以路基顶面宽度下作为处理对象。
设计排水砂井时，首先假定施工方法、砂井直径、排水距离和改良范围。然后进行稳定及沉降计算，若不能满足时，修正假定数据，再进行计算。并注意下列几点。
①是否有砂层存在。
②防止扰动四周土壤，避免降低透水性或地基强度。宜取尽可能宽的排水间距。一般情况水平向固结系数Ch为竖向的固结系数CV的数倍，但是由于砂井打设方法不同，实际Ch只能达到CV甚至小于CV的值。
③砂井中的砂，在固结过程中起到排水通路的作用，因此必须长期发挥良好的透水性能。通常采用干净优质的粗砂。
3.2施工程序
①铺砂。在砂井施工之前，地表面先铺一砂垫层。并设置排水沟，使填土内不致有较高的地下水位。
②打入排水砂井。其法有打入式、振动沉桩式、射水式、螺旋钻进式及袋装式等。无论何种方式一般的沉入深度为15～20m，超过这一深度工程费用明显增大。
a.打入式和振动沉桩式这是最常用的两种方式。使用履带式起重机时沉入深度为10m左右；使用特制的钢打桩架，沉入深度可达30m。桩径一般采用30～50cm，间距为1.5～3.0m。
打入式和振动沉桩式的施工程度大致相同：（1）套管底端接上管靴，放置在设计井位上；（2）用汽锺锺击或振动锤振打至设计深度；（3）用铲斗把砂喂入套管中；（4～5）将喂砂口封闭，一边压入压缩空气，一边拔出套管；（6）待套管完全拔出，砂井沉入即告结束。
b.射水式该法与别的方法相比对地基扰动最小，在水源丰富，排泥处理无困难时宜采用。其施工顺序：（1）将套管置在设计井位上；（2）在套管内放入喷咀杆，并用喷沮射水；（3）一旦开始射水，即将套管缓缓下降，如遇障碍物或固结硬层，可用锤轻轻敲击套管顶面；（4）套管下到设计深度升降喷咀杆，使管中的土溢出。
（5）灌入砂，徐徐拔出套管，砂井即告成。
c.螺旋钻进式和袋装式螺旋钻进式的直径为40～100cm，钻入深度15m左右，本法对地基扰动较小，但施工速度慢。
袋装式是为了避免井内所填的砂被土壤切断，不能排水，而把砂装入直径12cm左右的柔韧透水袋内。
施工注意事项：
①按设计图间距布置砂井。用不同颜色标志已打入或待打入的井位。
②导杆应始终保持竖直，并经常检查。打入深度按设计规定。
③允许以较快的速度打入，但套管拔出速度应控制在填充砂及压气能从容地操作为度。留心套管拔出时砂在成拱作用下与套管一起被上提产生间隙，这样常使软土侵入砂井切断砂柱。
④填充砂料可采用传送带连续投入，也可采用漏斗提升喂入，从正确计量考虑，以后一种方式为优。
以上是公路道路软基处理较为常用的方法，另外，在有些特殊情况下还采用粉喷桩处理软基及塑料排水板处理软基等。
参考文献
[1]《土力学与地基基础》张力霆主编
软基桥梁基坑支护方案设计与施工 篇7
湖北武荆高速公路A4合同段民乐渠大桥为双幅4车道设计, 钻孔灌注桩基础, 重力式承台, 实体花瓶状墩身, 预应力混凝土双悬臂盖梁, 上部结构为预制安装小箱梁及悬浇箱梁, 最大单跨跨径95 m, 桥梁标准全宽19.38 m。桥区全段为三角洲平原地貌, 地势总体平坦开阔, 原地面大部分为果园, 部分路段为鱼塘区, 跨小型河涌, 桥区基岩为混合片麻岩, 地表及地下水系均较发育, 水位浅, 淤泥层埋深4～16 m不等, 原地面地表为粉质黏土、回填砂类土等, 工程地质条件在果园区一般, 而鱼塘及沿河涌区则较差。
桥梁基础均为钻孔灌注桩承台, 共有大小承台96个, 悬浇段主墩桩径2.0 m, 桩长16～29 m不等, 承台设计尺寸为8.2 m×8.2 m×3 m;预制梁路段桩径1.8 m, 桩长30～40 m不等, 承台设计尺寸为7.4 m×2.9 m×2.5 m;基础顶较原地面埋深0.5～1.5 m, 基坑最大开挖深度4.8 m, 最小开挖深度3.5 m。
1 分段采用不同的基坑支护方案
在桥梁桩基础分项施工过程中, 承建单位组织技术力量对承台分项工程进行了详细研究。由于桥梁跨越路段地质情况差异较大, 各地段表土及淤泥层埋深不等, 将全桥分成有代表性的3个区段, 分别采用不同的基坑支护工艺, 充分考虑施工成本与进度的相互平衡, 在软基区设计简易支护结构进行试验, 掌握地基特性后再规模使用。地勘资料显示的3个区段地面以下20 m范围地质柱状图见图1。
由图1可见, 1区地质情况较好, 基础以下无软弱层, 该区域设计基础最大开挖深度4.5 m, 基坑全高均处于亚黏土区, 拟采取垂直坑壁方式开挖。根据经验公式, 计算黏质土的垂直坑壁最大高度:
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式中:k——安全系数, 取1.25;γ——坑壁土容重, 地质资料显示为19 kN/m3;q——坑顶边缘均布静荷载, 据实取50 kPa;φ——坑壁土的内摩擦角, (°) ;参考表1取20°;c——坑壁粘聚力, 参考表1取45 kPa。
根据理论计算, 1区基坑采取垂直开挖深度可满足要求, 现场按承台四周各外扩70 cm作为装拆模板及排水沟空间, 效果良好。
2区开挖后基坑底部处于流塑状淤泥区, 基坑上层1～2 m为素填土, 淤泥层深2.5～4 m, 由于承台基底软弱下卧层淤泥质土的透水性差、含水量大、压缩系数小、承载能力差, 受开挖机械在坑顶边缘产生动载对基坑的影响, 土层液化较严重, 饱水时基底呈流塑状。由此可见, 简单的放坡开挖方式已无法满足基坑稳定的要求, 必须采取支护措施。由于桥梁承台施工作业占用基坑面积大, 挡板配合水平及垂直支护坑壁的方式已不适用, 考虑综合钢板桩围堰受力性能好、强度高和坑壁挡板支护面积大、易装拆的优点, 采用分级放坡开挖首层素填土后, 打入自制的简易钢板桩穿越淤泥层进入下层碎块状强风化混合片麻岩层持力, 利用板桩自身结构与基底以下较硬土层持力后平衡基底侧向土压力。简易钢板桩使用旧槽钢或工字钢、钢轨等, 削尖底部以利于机械打入, 板桩上部为垂直挡板区, 利用旧模板与板桩焊接成整体 (见图2) 。简易板桩顶部设槽口, 以利于打入时穿钢丝绳起吊, 每组钢板桩连接成整体后, 采用挖掘机垂直打入, 进入持力层以简易钢板桩下沉速度明显降低为标志, 继续打入至挡板底与基底平齐, 两组简易钢板桩之间插入木模板挡土。支护结构形成后, 挖至设计垫层底标高, 及时采取排水措施并清除基底因机械动载形成的液化土, 使基底干燥, 保持淤泥质土呈硬塑状态。方案如图3所示。
简易钢板桩方案在桥梁软基段2区特征地带的应用获得了成功, 在一定程度上节约了施工成本, 获得了良好的经济效益。由于当时正值钢材价格较高, 废旧型钢材料数量有限, 故考虑在2区淤泥层深较浅地段采用替代方案, 将简易钢板桩替换为足够长度的木桩, 配合竹夹板挡板, 施工工艺与简易钢板桩基本相同, 其方案如图4所示。
3区是该桥梁的主要分面区域, 约有1/2的工程量位于该地质特征带。由地质柱状图可知, 该区域地质情况最为不利, 既没有条件采用分级放坡的方式形成基坑, 又由于简易钢板桩不能穿越9 m甚至更大深度的淤泥层, 或者穿越措施投入的成本过大而无法应用。因此, 必须改变1区和2区的既有方案方可保证基坑稳定。针对3区淤泥层较深、基底地质情况极差、渗水严重的特点, 决定采用钢板桩围堰的施工方案。
2 钢板桩围堰施工工艺
钢板桩围堰的整体刚度大、防水性能好, 在黏性土层深水河床桥墩基础施工中, 由于其打拔桩容易、回收率高, 可节省大量的现场加工构件, 因而在公路、铁路及水利建设等领域得到了广泛应用。目前, 市场上使用的进口及国产钢板桩根据其锁口形状的不同分为以下3类:
(1) 阴阳锁口:板桩的一边为凸榫, 另一边为凹槽, 如英国的然生型及前苏联的Z型板桩均为阴阳锁口, 两桩锁口连接能转角10°～15°, 但其防渗性稍差。
(2) 环型锁口:板桩的两边均为凹槽, 槽口的一边为凸榫, 如美国的拉克万纳型及前苏联的槽型板桩, 两桩锁口连接能转角24°, 其防渗性能较好。
(3) 套型锁口:板桩两边均为勾状形, 勾头为榫, 勾身为槽, 如德国的拉森型及国产的鞍钢型板, 两桩锁口连接能转角10°～15°, 其防渗性能很好。
以国产鞍钢型板桩为例, 锁口连接处能转一定的角度, 钢板桩可连接成圆形及矩形。在水中进行基础施工时, 先行安放固定导梁内撑, 然后插打钢板桩, 常使用桩架导柱及木制夹板固定, 以便插打及装配。在陆地区施工时, 也可不设夹板直接插打。当基坑四周全部板桩插打后开始逐级下挖至基底, 固定导梁内撑高度, 即可进行基底抽水等作业。
根据有水地区围堰板桩的施工工艺和3区现场条件较水中基础稍好的情况, 鉴于成套钢板桩的市场价格较高 (国产板桩约10 000元/t, 进口板桩价格更高) , 而且施工用量较大、成本较高, 根据基坑土质情况及基坑土压力计算结果, 决定选用36c型工字钢导梁内撑配合25b型槽钢制作而成的钢板桩。其工艺流程如下:
(1) 钢板桩位置放样。
(2) 开挖导梁内撑槽。沿基坑外边缘开挖, 内撑梁槽宽度约1 m, 长度以内撑梁长度+两侧各1排钢板桩或槽钢宽度之和, 深度为1 m。
(3) 导梁内撑安放到位、临时固定。内撑梁采用双排36c型工字钢制作, 角端用钢板焊接并设斜杆互成骨架, 上下固定采用在钢板桩上预留槽口插小型槽钢托底, 或在板桩顶部设置拉杆拉住内撑梁。
(4) 沿内撑梁外边缘打入钢板桩。板桩采用25b型槽钢制作, 打入机械选用普通挖掘机。打入时应注意正反向互相扣住形成锁口, 不留缝隙, 沿内撑梁依次打至与地面平齐。
(5) 钢板桩打入到位后, 检查导梁内撑的固定及高程位置, 抽除坑内积水, 将内撑梁调整到预定高度, 然后开挖支护范围内基坑。
(6) 基坑开挖时应注意机身摆放, 地点处于地基较稳定的一侧。当基坑外边缘地基情况较差时, 应选用长臂挖机, 且机身立于便道一侧开挖至基底。
(7) 凿除桩头, 处理基底。软基基底处理采用长、宽各1 m的竹片网作为垫层骨架平铺于基底, 浇注垫层混凝土。
3 结语
粉喷桩处理软基的设计方法 篇8
目前软基的主要处理方法有:塑料排水板、搅拌桩(粉喷桩与深搅桩)、土工合成材料加筋、等(超)载预压等。相比之下,由于粉喷桩具有施工周期及预压期短、工后沉降小、技术简单可行且经济合理的特点,能有效地加固软弱地基,减少软土层沉降和整体工程工后沉降,提高软土层的承载力。
1 搅拌桩主要作用原理
采用粉喷桩处理软土地基,即以水泥(石灰等)作为固化剂,利用深层搅拌机械将水泥(石灰等)与原位软土进行强制搅拌、压缩,并吸收周围水分,经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体,它对提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量具有明显的效果。
由于使用的固化剂为干燥雾状粉体,不再向地基土中注入附加水分,它能充分吸收软土中的水,对含水量高的软土加固效果尤为显著,较其他加固方法输入的固化剂要少得多,不会出现地表隆起现象。同时,水泥粉(石灰等)等粉体加固料是通过专用设备,用压缩空气将粉体喷入地基土中,再通过机械的强制性搅拌将其与软土充分混合,使软土硬结,形成具有整体性较强、水稳性较好、有一定强度的柱体,起到加固地基的作用。这种地基处理方法在施工过程中无振动、无污染,对周围环境无不良影响,近年来得到了广泛应用。
2 搅拌桩适宜的土质条件
搅拌桩是靠水泥(石灰等)与土之间发生一系列物理化学反应而形成强度的,不同的土质会产生不同的加固效果,粘土颗粒粒径小,表面积大,分散性大,稳定性差,容易和水泥、石灰发生反应,并且粘土较小的渗透系数常使水泥搅拌桩含水量降低,所以搅拌桩适宜处理软粘土地基。
3 工程概述
所设计道路工程穿越区域软土层最厚达11 m。若不做地基处理,计算最大总沉降量达47.26 cm,为保证工期、满足工后沉降量的要求,在软土较深、工后沉降较大路段采用粉喷桩处理。
粉喷加固软弱土层的设计主要由单桩设计、复合地基设计及沉降计算三部分组成。
3.1 粉喷桩设计
粉喷桩桩径为50 cm,梅花形布置,采用1.50 m的桩间距。用于粉体喷射搅拌桩的水泥为干粉,采用425号普通硅酸盐水泥或矿渣水泥。粉体喷射搅拌桩施工时必须穿透软土层进入硬层不小于0.5 m。根据地基含水量的大小,采用水泥喷入量为45 kg/m～60 kg/m。含水量在40%以下时,水泥用量为45 kg/m;含水量在40%～60%之间,水泥用量为50 kg/m;含水量在60%～70%之间,水泥用量为55 kg/m;含水量大于70%时,水泥用量为60 kg/m。
3.2 粉喷桩计算
1)单桩承载力计算。
宜根据室内配方试验提供的桩身强度及地质报告提供的土层摩阻力按下列公式估算,取其小值,有条件时可通过单桩载荷试验验证。单桩承受力宜根据室内配方试验提供的桩身强度及地质报告提供的土层摩阻力按下列公式估算,取其小值,有条件时可通过单桩载荷试验验证。
[P]=η·PF·Ap,
[P]=UP·∑f1·l1+α·Ap·qp。
其中,[P]为单桩容许承载力,kN;PF为桩身强度,kPa;η为桩身强度折减系数,可取0.3～0.4;Ap为桩的面积,m2;UP为桩的周长,m;f1为桩周围第i层土的容许摩阻力,碳泥可取5 kPa～8 kPa,粘性土可取12 kPa～15 kPa;l1为桩周围第i层土的厚度,m;α为桩尖天然地基土的承载力折减系数,可取0.4～0.6;qp为桩尖天然地基土的承载力,kPa。
单桩设计应使土对桩的支承力与桩身强度所确定的承载力相近,并宜使后者略大于前者。
2)复合地基承载力计算。
由于粉喷桩桩身强度较刚性桩低,在垂直荷载作用下有一定的压缩变形,在桩身压缩变形的同时,其周围的软土也分担一部分荷载,形成了柔性复合地基。粉喷桩复合地基的承载力标准值可按下式计算:
fck=m·Rk/Ap+(1-β)·fs。
其中,fck为复合地基承载力标准值;m为面积置换率;fs为桩间土天然承载力标准值;Rk为单桩竖向承载力标准值;Ap为桩的截面积;β为桩间土承载力折减系数,当桩端为软土时,可取0.5～1.0;当桩端土为硬土时,可取0.1～0.4;当不能考虑桩间软土的作用时,可取0。
粉喷桩复合地基的承载力标准值跟粉喷桩单桩承载力及面积置换率有关。当桩体强度及面积置换率一定时,复合地基承载力由单桩承载力确定,单桩承载力越大,复合地基的承载力就越高;当桩体强度及桩长一定时,复合地基承载力由面积置换率确定,面积置换率越高,符合地基承载力越高。因此,在确定桩长及面积置换率时应进行综合考虑,在确保能充分发挥桩体强度的同时确定合理的面积置换率,以保证在满足工程要求的前提下,尽可能减少工程投资。
3)沉降计算。
按照复合地基沉降量计算公式,粉体搅拌桩加固后路基总沉降量为:
其中,S1为被加固土体桩长范围内的沉降量,cm;S2为被加固土体下部未加固土体的沉降量,cm,可按分层总和法计算出总固结沉降Sc,再乘以沉降修正系数Ms;m为置换率;L为搅拌桩桩长,cm;σc为路基表面所受外加荷载应力,kPa;Ec为水泥土桩的弹性模量,kPa;Es为桩间土的侧限变形模量,kPa。
软土路基经搅拌桩处理后,路基的总沉降量将减小,主要表现在桩身范围内土体压缩量减小很多,而桩下未经处理的土体沉降量略有增加,可见如果搅拌桩打穿软土层,则总沉降量将大大减小。
4沉降、位移观测
1)最终沉降量。根据路中心孔的实测沉降资料,最终沉降为28.4 cm,满足设计要求。2)侧向水平位移。填土结束后侧向位移1.2 cm,竣工后总侧向位移3 cm,可见土体经处理后桩体抗侧向变形能力较大。
5结语
粉喷桩可以完全改变软土的性质,它与桩间土形成的复合地基,可以大大地提高承载力,减少沉降。粉喷桩的抗侧向位移能力较好,可在桥头两端使用该处理方法,能较好地阻止土体对桥台的侧向挤压。粉喷桩处理软基是一种行之有效的工艺手段,与其他软基处理手段相比,具有施工方便、工期短、工后沉降小等显著优点。因此在选择这种处理措施时,应充分考虑其适用条件,以确保最终的处理措施经济合理可行。
摘要：针对目前道路建设中大量采用粉喷桩处理软土地基的工程实践,探讨了搅拌桩的主要作用原理,详细阐述了粉喷桩的设计方法,以提高粉喷桩处理软土地基的设计水平,达到地基处理措施经济、合理、可行的目的。
关键词：软基处理,粉喷桩,加固,复合地基
参考文献
[1]康旭元.地基处理技术的发展与现状[J].山西建筑,2005,31(1):74-75.
城市居住区之间道路软基处理设计 篇9
关键词：居住区,城市道路,软基处理
城市居住区之间的道路,不同于普通的城市道路。居住区之间的城市道路未实施前,往往都是由两侧地块平整时的弃土堆积而成,厚度均较大,道路实施时会形成道路基础的软基。虽然普通城市道路处理软基的方法很多,但适合居住区之间的城市道路的做法却极少,因为要考虑到该道路处于居住区之间这一地理位置的特殊性,处理方案实施时既不能对两侧小区建筑的安全产生不良影响,也不能对居民的生活产生影响。因此,如何确定居住区之间的城市道路的软基处理方案,一直是道路设计的重点及难点之一。
1 工程概况
南宁市玉兰路位于凤岭片区。区域内土地规划均为居住、商业、办公用地,玉兰路两侧是自治区林业局居住区,目前已建成林业新村东西两个小区。道路终点南侧用地为规划的儿童公园。(见图1)
道路大致呈南北向,起于佛子岭路,终于月湾路,全长1011.316m。道路等级为城市支路I级,道路红线宽度18m,横断面布置为单幅路形式,双向二车道:2×6.0m(混合车道)+2×3.0m(人行道)=18m。工程采用沥青砼路面。
根据勘察资料,线路分布的主要地层有素填土、耕土、淤泥质土,第四系(Q)洪冲积粉质黏土、圆砾以及第三系(E)湖相沉积的强风化泥岩、粉砂岩互层(岩土分布见图2),现自上而下描述为:
(1)素填土(1):灰色、灰黄色、灰褐色、褐色、黄褐色,稍湿～湿,土质松散,局部稍密、中密状,主要由泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、黏性土、圆砾等组成。局部地段砾石含量约15%,部分地段混夹少量断砖头、瓦砾碎片等建筑垃圾,局部地段夹0.10m～0.50m厚的铁锰质或钙质胶结层。
(2)耕土(1):褐黄色,稍湿,稍密状,主要成分为粉性土及砾石,含有少量植物根系和有机质,该层场地内分布于原山坡地、果园等现状地形未遭受破坏的地段,厚度0.20m～0.80m不等,平均厚度0.38m,具有高压缩性。
(3)淤泥质土(2):深灰色、灰色,很湿～饱和,软塑状为主,局部流塑,由黏性土、粉土等组成,含腐殖质、炭化物和有机质,强度低。
(4)粉质黏土(3):黄、红黄色,硬塑状为主,局部呈可塑状,黏性中等,韧性中等,干强度高,湿水后稍具砂感。
(5)圆砾(4):灰黄色,中密状为主,局部地段为稍密状,稍湿～饱和,泥质胶结。
(6)泥岩、粉砂岩互层(5):棕黄色、灰色等,强风化。
地基岩土参数建议值见表1。
该项目主要不良地质路段分布如下:K0+180～K0+340为填方区,填方地段与设计路面最大高差约为4.50m,填土至设计路面标高后,软弱土层(素填土(1)、淤泥质土(2))最厚处达16.20m,需对道路进行地基处理;K0+120～K0+180及K0+340～K0+640段路基开挖至设计路面标高的出露岩土层为素填土(1),边坡出露岩土层也为素填土(1),边坡高大多为0.50m～1.50m,在末端K0+640附近可达到6.00m,需对设计路面以下的软弱土层进行地基处理。
2 软基处理设计
2.1 软基处理方案比选
南宁市玉兰路工程中,软弱土层(素填土(1)、淤泥质土(2))最厚处达16.20m,需对道路进行地基处理。玉兰路处于已建成林业新村东西两个小区之间,建筑离道路红线的距离仅20m左右。确定处理方案时,既要保证方案的实施不能对两侧小区建筑的安全产生不良影响,也要保证施工时不能对居民的生活产生影响。针对这种特殊情况,我们提出了3种方案进行比选。
2.1.1 深层搅拌法
深层搅拌法是利用水泥作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和,使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于处理淤泥质土、泥炭土和粉土,效果显著,处理后可很快投入使用。
2.1.2 换填垫层法
换填垫层法又称换土法。所谓换土法是指将路基范围内的软土清除,用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。在道路施工中,一般采用的是开挖换填天然沙砾或石头,即在一定范围内,把影响路基稳定性的软土用挖掘机挖除,用天然沙砾或石头进行换置。开挖换填深度在4m以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工,从而改变地基的承载力特性,提高抗变形和稳定能力。
本次方案挖除路基范围内路槽底以下3m范围内的软弱土,换填50cm片石(沙砾嵌缝)后回填土方,换填施工后需等到其自然沉降稳定后方可修筑路基。
2.1.3 强夯法
强夯法又称动力固结法,是用起重机械(起重机或起重机配三角架、龙门架)将8t～40t夯锤起吊到6m～25m高度自由落下,给地基以强大冲击能量的夯击,使土中出现冲击波和冲击应力,迫使土体孔隙压缩,土体局部液化,在夯击点周围产生裂隙,形成良好的排水通道,孔隙水和气体溢出,使土粒重新排列,经时效压密达到固结,从而提高地基承载力,降低其压缩性。强夯法是一种有效的地基加固方法,也是我国目前最为常用、最经济的深层地基处理方法之一。
本次方案采用三遍强夯,单点夯击能3000kN·m,最后两击平均夯沉量不大于50mm。
2.1.4 方案比较
经过对上述三种地基处理方案进行比较(见表2),可知深层搅拌法对地层扰动较小,适用于处理居住区之间的城市道路的软土路基,处理效果显著,经处理后可很快投入使用。工程施工中,在确保工程质量的前提下能够降低对周边的影响、缩短路基处理施工工期,因此,经过综合分析之后,推荐采用深层搅拌法用于对玉兰路的软基处理。
2.2 地基处理设计
经计算,设计参数为:桩径600mm,桩长2.5m～16.6m,桩端进入圆砾层不小于500mm,桩间距1.15m。采用32.5R普通硅酸盐水泥,水泥掺量16%～20%,石膏掺量占水泥用量6%,水灰比0.5。水泥土搅拌桩无侧限抗压强度>1.0MPa,单桩竖向承载力特征值Ra≥150kN,复合地基的承载力特征值fspk≥150kPa。
设计桩顶标高为路槽以下200mm,桩顶与路槽之间设200mm厚中粗砂垫层。搅拌桩施工时,停浆面应高于桩顶设计标高500mm,在开挖基槽时应将其以人工挖除。
搅拌桩平面布置图见图3。
3 结语
居住区之间的城市道路,因其地理位置的特殊性,地基处理设计更要注重对周边环境及居民的影响,因地制宜选择合理可行的设计方案。
参考文献
[1]李健.道路工程中各种软基处理方案比选[J].市政技术,2008,26(6):542～544,549.
[2]方维.水泥搅拌桩在软基处理中的应用[J].科技创新导报,2008(21):95.
软基处理方法在道路设计中的应用 篇10
1 软土地基的确认和设计流程
在对软土地基进行填筑设计时, 首先先不要考虑原来地基的状况, 先按照正常的流程进行设计, 具体来说就是在已知条件下也就是路面的结构和强度以及设计宽度都有了非常明确的基础上, 依照直接在地基上进行填筑的方式来计算温度度和沉降的数量, 查阅相关资料了解在不进行额外的处理时路基填筑施工的可靠性, 也要充分考虑在填筑之后沉降量是否能够达到建设的标准。
如果沉降量不能达到施工要求的标准, 也就是说道路表面没有能够满足相关的使用要求和标准, 这样的情况下就要对软基采取合理的方式进行有效的处理, 然后再根据具体的情况进行相关数值的计算, 直到软基设计方案能够满足地基的要求。一些笔者结合自己的经验对稳定计算等问题进行阐述。
1.1 地基条件。
要根据相关的资料和数据以及实际考察的经验来对软土地基的组成。排水性能以及土层的一些重要的参数进行准确的检验
1.2 施工条件。
施工条件当中的影响因素有很多, 例如土层的具体形状、工程的建设规模、工程的施工进度、填土原料的具体情况和建设的周边环境等等。
1.3 道路条件。
道路建设的等级要求, 合同上所标注的技术要求, 沉降量的最大界限以及施工和运行中的安全性等等。
在充分了解了以上各种条件以后, 首先要根据具体的情况来建立一个初步的设计方案, 再根据计算后的相关参考数据老对调料的材质以及调料的具体深度做出适当的调整。
如果地质勘探的过程中出现了一些结果上的差异, 就证明软土质纸在不同的路段有着不同的特点, 所以在软基处理的过程中要对不同地段的地质情况要加以甄别。
2 工程设计标准
软土地基处理最终要达到的目的就是要在能够满足道路稳定性的同时还能满足道路的沉降要求, 对于要求中明确提出要将整个路面拓宽的路段沉降量的控制也成为了质量控制中最为重要的一个要素, 这是因为在新的软土路基填筑工程当中加宽路面的沉降量要求要比其他路段更高, 拓宽路段的新老路基存在着明显的差异, 所以要对这个路段的沉降变形采取有力措施进行控制, 一般如果没有在设计图纸当中标明具体的要求时要把沉降的增大值控制在0.5%以内。
站在工程使用的角度上来看, 要积极对工程建设过程中的沉降值进行准确的划定, 最重要的就是要能够保证道路结构的功能性和稳定性的实现, 能够更好地保证车辆行驶的安全性和舒适性, 路面不应该出现裂缝, 同时还要更好地保证路面的正常排水, 为了能够更好地保证设计公路的质量应该从公路的功能性和安全性进行着重考虑, , 对路面的沉降值进行有效的控制。
3 软基处理方法
3.1 PTC桩复合地基。
预应力管桩在工业与民用建筑中应用广泛, 且已形成比较成熟的理论, 设计主要以承载力和沉降控制。当道路填土较薄, 填土荷载较小时, 承载力一般能满足要求, 设计以沉降控制为主, 即以沉降控制复合桩基理论进行设计计算;而当填土较高, 填土荷载较大时, 除了控制沉降外, 还应复核承载力是否满足要求。
由于预应力管桩造价较一般的水泥土桩要高, 同时桩身强度大, 承载力高, 因此在设计中采用充分发挥桩土共同工作和疏化桩距的方法来进行复合地基的设计, 采用疏桩结构是其最大的特点, 也是其在设计方法上区别于一般传统的道路地基处理方法的特性所在, 考虑到振动对老路堤的影响, 本程采用静压施上方法。从减小挤土效应考虑, 采用开口型桩尖。考虑到接头的质量可靠性及施工速度较快以便能顺利压等原因, 要求采用机械快速接头。
为了调整桩土应力比, 充分发挥桩的作用, 在桩顶设置级配碎石砂加筋褥垫层50cm, 火两层双向钢塑复合土上格栅。坡体上PTC桩桩顶加筋垫层30cm火单层双向钢塑复合土上格栅。为了防止应力集中而产生较大的桩顶刺入, 在桩顶设置桩帽, 桩帽为双面配筋的现浇钢筋混凝土板, 桩帽与桩为现浇混凝土连接。
3.2 水泥粉煤灰碎石桩CFG桩复合地基。
CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩山碎石、石屑、粉煤灰, 掺适量水泥加水拌和, 用各种成桩机制成的具有叫一变粘结强度的桩型, 桩、桩间土和褥垫层形成复合地基。桩体中的粗骨料为碎石;石屑为中等粒径骨料, 配置良好。根据工程实际情况, 水泥粉煤灰碎石桩常用的施上艺包括氏螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩、振动成管灌注成桩。考虑到挤土效应对老路堤的影响, 本工程设计采用氏螺旋钻管内泵压施工工艺。
3.3 小自径钻孔灌注混凝土桩复合地基。
钻孔灌注混凝土桩在上业与民用建筑中应用广泛, 且已形成比较成熟的理论, 设计卞要以承载力和沉降控制。在道路地基处理上程中, 其设计计算方法与上述预应力混凝土薄壁管桩相同。但是, 预应力混凝土薄壁管桩具有一定的挤土效应, 且对施工场地有一定的净空要求, 而钻孔灌注混凝土桩具有无挤土效应, 场地适应性强, 桩身质量可靠等特点。因此, 在上程中钻孔灌注混凝土桩主要应用于桥头段及其他对挤土效应需严格控制的地段, 或高压线等附近静压管桩施工受干扰的地段。
3.4 双向水泥搅拌桩处理路基。
双向水泥搅拌桩利用水泥 (或石妇等材料作为固化剂, 通过特制的双向搅拌机械, 在地基深处, 就地将软土和固化剂强制搅拌, 固化剂和软土之间产生一系列的物理和化学反应后硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。相对于其它软基处理方法, 水泥搅拌桩小仅叮以提高软土地基的承载力和减少软土地基的沉降。同时其施工工期短、功效高、造价较低, 在软土地基处理中得到广泛的应用。
结束语
软土地基在道路建设中有着非常明显的危害, 如果不赌气进行有效的处理就可能产生非常严重的后果, 所以一定要有力手段对软土地基进行一定的加固, 这样才能保证路面的质量, 从而更好地保证路面的使用寿命, 在施工方案设计方面也应该对关键的环节进行有效的控制, 这是因为软土地基的具体情况尤其自身的复杂性, 如果不对这些复杂的影响因素充分考虑很容易导致路基施工质量不能满足相关的标准和要求, 所以要根据整个工程的建设情况进行及时的调整, 这样才能更好地确保路基的质量, 从而提高路面的安全性和可靠性。
摘要：在路基的建设过程中会遇到很多的软地基问题, 只有采取相应的方法对软地基进行一定的处理才能更好地保证道路的稳定性, 避免软基造成的道路裂缝或者是塌陷的状况, 本文主要探讨了软基处理方法在道路设计中的应用, 希望能够给相关的人员提供一定的经验和借鉴。
关键词：软土路基,处理方法,道路设计,地基,公路
参考文献
[1]吴勇.新型市政道路软基处理方法探讨[J].广东科技, 2010 (12) .
道路软基处理其发展方式 篇11
关键词：道路软基；处理方法；发展
1 道路软基的处理方法
1.1 换填土层法
采用人工或机械挖除公路路堤下湿软土部分，重新换填强度较大的砂、碎（砾）石、灰土或素土等，并分层填筑碾压成型，这是道路工程中常用的、比较简单的一种方法。
1.2 挤淤法
挤淤法主要包括抛石挤淤法和爆破挤淤法两种。前者多用于湖塘、河流或积水洼地，采用抛填片石，使淤泥向两边挤出，以重型压路机碾压，再进行填土即可；后者是利用炸药爆炸时的张力作用，使软土扬弃或压缩，然后填以强度较高的渗水土或粘土即可。
1.3 高压旋喷注浆法
高压旋注浆法（又称旋喷法）是高压喷射注浆工艺的3种方法之一，是一种新型注浆方法。它具有加固体强度高、质量均匀、形状可控等特点。其工艺原理是引用高压水射流技术对加固体（地层）进行切割，并注入水泥浆而形成设计所需的各种形状的基体（圆柱桩）坝墙等）。它对于处理淤泥、淤泥质粘土、粘性土、沙土、液化带流砂等软地基加固有明显的效果。
1.4 砂垫层
砂垫层的作用，是为了加固地基和增强排水。砂垫层质量很重要，它取决于砂粒大小和含泥量多少，一般以中、粗砂和含泥量少于3%为宜，同时又应注意其鹌鹑和设置位置。止前厚度多控制在50-80cm。
1.5 敷垫材料法
对于地基上层不均匀可能发生局部不均匀沉降和侧向变位，可利用所敷垫材料的抗剪和拉抗力来增强施工机械的通行，均匀地支承填土简载、减少地基局部沉降和侧向变位，以提高地基的支承能力。敷垫材料主要有化纤无纺布、土工布、下班纤维格栅等被广泛采用。
1.6 塑料排水板
是将100mm宽、厚2～4mm的塑料板插入软土层中，由于板中有深沟、土中孔隙水在受压情况下顺沟而上排出地面以外。
1.7 碎石桩
在已成孔中加碎料后振动和加压扩径的过程中，由于扩径的作用，致使桩体周围的土体进一步被挤密，砂土密度进一步提高，即砂土的孔隙比进一步减小，更增加了处理后地基承载力的抗振动液化的能力。
1.8 强夯法
强夯处理地基主要通过起吊设备将重气锤起吊到一定高度，让其自由下落夯击地面，同时产生强大的冲击波。由于土体受到巨大冲击能量的振动效应，致使土体结构破坏，孔隙水压力增大。随着强夯振动后时间的失衡，土体中的自由水和毛细水将随着超孔隙水压从土的颗粒间或人工排水通道中由高压区向低压区排泄，经过一段时间的土体触变恢复，使土颗粒密度增大，从而使地基强度得以提高。
1.9 挤密桩法
挤密桩法就是在土基成孔后，在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等材料，捣实而成直径较大的桩体，利用横向挤紧作用使地基土颗粒挤密、孔隙减小，从而提高其承载力、减小土的变形。
此外，在道路工程中还常采用超载预压、土工布法、袋袋砂井、粒粒桩、生石灰桩、铺网法及加筋法等方法处理软土地基。
近几十年来，各国在道路设计和施工、软基处理技术的开发和应用、软基处理标准的认证和管理等方面做了很多的工作。近年发展起来的物控技术与人工智能，为软地基的处理提供了有力的支持。在今后软基处理中，物控技术将用来全面了解软基础的分部情况、对施工过程进行监测、检测处理方法的处理效果等作用；在对地质条件、软基处理过程全面了解的基础上，利用人工智能的辅助计算，将更容易掌握对软地基的处理与控制效果。
软基设计 篇12
关键词：软土地基,水泥土搅拌桩,设计参数,影响分析
软土地基作为工程上一种常见的不良地基, 在软土地基上进行工程建设, 往往会出现地基抗剪强度、承载力和变形沉降不能满足工程要求的问题。当路基的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及外荷载时, 地基就会产生局部或整体剪切破坏;当路基在上部结构的自重及外荷载作用下, 产生过大的沉降和不均匀沉降变形时, 会影响结构物的正常使用, 特别是超过结构物所能容许的不均匀沉降时, 结构可能开裂破坏[1]。因此需要根据工程要求及地层土质等物理性质采取相应的工程措施来进行地基处理。地基处理的目的就是要提高软土地基的抗剪强度、地基承载力等保证地基的稳定。影响地基处理的因素很多, 地基处理方案的选择, 不但要考虑到地基的土质及其变化情况, 还要考虑建筑物的重要性、上部结构形式、荷载分布情况、基础类型、场地环境以及施工方法及周期等。目前常用的地基处理的方法主要包括换填、预压、挤密、固化及桩基础等。水泥土搅拌桩目前是工程上比较常用的一种处理方式。本文主要根据水泥土搅拌桩的特点及目前工程上的应用情况, 对水泥土搅拌桩在处理软土地基过程中各参数对工程经济性的影响方面进行探讨分析。
1 水泥土搅拌桩的适用范围及特点
1.1 适用范围
水泥土搅拌桩主要适用于正常固结的淤泥及淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土, 以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基[1]。水泥土搅拌桩应用范围很广, 主要应用于加固公路、铁路、港口及各类较轻型的工业与民用建筑场地等各类工程。如公路、铁路路基、柱下单独基础、墙下带形基础、仓库和工业厂房内拥有地面荷载的地坪等。国内工程中使用的水泥土搅拌桩深度多为10 m~15 m, 近年来公路、铁路、港口的地基加固以及高层建筑的基坑支护, 其加固深度已达到20 m~30 m。
1.2 水泥土搅拌桩的特点
水泥土搅拌桩加固软土地基, 是一项新的工艺, 它是强度和刚度介于刚性桩 (钢筋混凝土桩) 和柔性桩 (砂桩、灰土桩、碎石桩等) 之间的一种桩型[2]。与前者相比, 水泥用量少, 造价低;与后者相比, 强度大、稳定性好。同时具有适应性强、工期短、耗能少、噪声低、施工文明等特点。
2 水泥土搅拌桩的作用机理
水泥土搅拌法形成的水泥土加固体, 利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂, 通过特别的深层搅拌机械, 在地基深处就地将软土和固化剂 (水泥或石灰的浆液或粉体) 强制搅拌, 一系列物理、化学反应, 使地基土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩 (体) , 或与地基土构成复合地基, 当上部荷载传递到桩顶时, 桩身上部受到荷载压缩而发生相对于土的向下位移, 桩周土对桩形成向上的摩阻力;荷载沿桩身向下传递过程中需要不断克服摩阻力并通过它向土中扩散, 因而桩身的轴力沿着深度逐渐减小, 在桩端处与桩底反力相平衡;此外桩端持力层在桩端压力作用下产生压缩, 使桩身下沉, 桩与桩间土的相对位移又使摩阻力进一步发挥。随着桩顶荷载的逐渐增加, 上述过程周而复始地进行, 直到变形稳定为止。桩、土复合构成的地基形成了平面及竖向合理的刚度级配梯度和三维共同工作的应力状态, 达到对天然地基承载力的有效补强, 从而提高了软土地基的承载力、减小了地基的变形沉降[3]。
3 桩径、桩长、桩间距等参数对工程处理效果及工程经济的影响分析
对高速公路来说软土地基处理的目的主要是使路堤不会产生局部和整体剪切破坏, 满足强度及稳定性要求;公路使用期不致发生较大的沉降和不均匀沉降, 以保证路面结构完整和车辆高速平稳行驶, 由于软土分布情况较为复杂, 软土尤其是淤泥的土性较差, 而高速公路要求路堤的稳定和沉降标准较高, 因此, 软土地基处理设计对整个工程的质量至关重要。所以, 这就要求我们在工程设计过程中认真分析场地岩土工程地质资料, 全面了解场地土工程地质性能与构造特征, 合理设计桩深、桩距和布桩形式, 合理设置垫层厚度, 设计各单位深度范围内的水泥用量。我们可以通过下面一个算例中各数据对比分析首先了解桩径、桩长、桩间距等参数对工程处理效果及工程经济的影响。
3.1 计算案例
某高速公路, 路基宽度24.5 m, 填土高度4 m, 边坡坡率1∶1.5。地下水位在地面以下1.5 m。基底采用水泥土搅拌桩复合地基, 桩径0.5 m, 桩长10 m, 正方形布桩, 间距1.2 m, 搅拌桩水泥土试块室内试验抗压强度fcu=850 k Pa, 搅拌桩压缩模量Ep=120fcu。根据路基形式可以确定, 路基基础底面尺寸纵向每延米的宽度为36.5 m。路基平均宽度按照30.5 m计算。
路基人工填土:γ=17 k N/m3, γsat=17.5 k N/m3。
基底淤泥质土:γsat=18.5 k N/m3, Es=5 MPa, fak=70 k Pa。
考虑路面结构及公路荷载后, 计算出路基基底附加压力为:p0=86.8 k Pa, 在路基稳定性及承载力等其他条件均满足规范要求的条件下, 总沉降计算深度按照20 m计算。
搅拌桩的沉降计算分为两部分, 加固段的压缩量s1和未加固段的沉降s2, 其中s1无需修正, 而s2要根据压缩模量的当量值进行修正, 修正系数按规范[4]要求进行计算取值。
由于基底为正方形布桩:de=1.13s=1.13×1.2=1.356 m。m=d2/de2=0.52/1.3562=0.136。Ep=120fcu=120×850=102 MPa。Esp=m Ep+ (1-m) Es=0.136×102+ (1-0.136) ×5=18.192 MPa。由于z/b=8/30.5=0.262, 按条形基础考虑桩底附加压力系数:αi=0.986。搅拌桩底的附加压力:pz=αip0=0.986×86.8=85.58 k Pa。
则搅拌桩深度范围内的压缩变形为:s1= (p0+pz) /2Esp=[ (86.8+85.58) ×8]/ (2×18.192) =37.90 mm。根据规范[4,5], 扣除加固段深度8 m, 则桩端以下未加固土层的变形量按表1计算。
其中, s'=p0 (ziαi-zi-1αi-1) /Es=85.58×11.568/5=198.00;p0≥fak, Ψs=1.3+ (5-4) / (7-4) × (1.0-1.3) =1.2;s2=Ψss'=1.2×198.00=237.60 mm;总沉降:s=s1+s2=275.50 mm。
3.2 解决方案
考虑上面方案的计算总沉降较大, 为了减少总体变形, 可以通过三种方案进行处理:第一种为增加搅拌桩桩长;第二种为扩大搅拌桩桩径;第三种为减小桩间距。
3.2.1 增加搅拌桩桩长
若将桩长加长到20 m, 即整个压缩层全部加固。
因为:z/b=20/30.5=0.656, 桩底附加压力系数:αi=0.900;
搅拌桩底的附加压力:pz=αip0=0.900×86.8=78.12 k Pa;
则搅拌桩深度范围内的压缩变形为:
该方式增加搅拌桩工程量为: (20-8) /8×100%=150%。
3.2.2 扩大搅拌桩桩径
若将搅拌桩桩径扩大, 在控制增加工程量不超过150%的范围内, 设桩径为d:
(d2-0.52) /0.52×100%=150%, 解得d=0.791 m;
则搅拌桩深度范围内的压缩变形为:
则整个压缩层范围内的变形:s=s1+s2=18.15+237.60=255.75 mm。
3.2.3 减小搅拌桩桩距
若减小桩间距, 在控制增加工程量不超过150%的范围内, 设桩间距为s:
(1/s2-1/1.22) / (1/1.22) ×100%=150%, 解得s=0.76 m;
则搅拌桩深度范围内的压缩变形为:
则整个压缩层范围内的变形:s=s1+s2=18.15+237.60=255.75 mm。
3.3 结论
由上述分析及表2对比可明显看出, 路基的沉降主要是未加固段的地基沉降, 同样在增加工程量150%的情况下, 增加桩长比扩大搅拌桩桩径和减小桩间距更能有效控制路基沉降变形。
4 结语
地基处理中水泥土搅拌桩的桩长、桩径、桩间距的合理选择, 是提高地基处理效果的前提。设计过程中, 我们应将经济指标与技术相结合考虑, 在经济、合理、有效的前提下确定桩长及水泥掺量。特别是对于淤泥或淤泥质土以及其他软弱松散土层的层底深度变化剧烈的场地内的桩长设计尤为重要, 应尽可能将桩端置于同一相对强度较大的单元层上, 以利发挥桩端土体对桩的阻力作用, 避免出现掉桩和不均匀沉降等不良情况。当软土层厚大而桩端不能穿透, 此时理论计算桩长较长, 一些学者也提出了一些新的计算理论和方法进行修正, 在桩的形式、布设方法、水泥的掺量、施工等方面也有一些新构想[6,7,8,9], 并付诸实施取得了不错的处理效果, 值得我们学习借鉴。
参考文献
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