摘要 高速公路软土地基,经粉体搅拌桩处理后,桩体范围内土体沉降减少较多,路基土侧向位移量减少,能承受较快的加荷速率,对解决软土地基高填地基的稳定、沉降及加快施工进度等很有裨益,文章结合京福高速公路的施工实例,对上述问题进行探讨。
关键词 高填方 软土地基 粉喷桩 处理
1 工程概况
江西京福高速公路温—沙段是北京至福州国道主干线江西境内的一部分,设计为4车道,路基顶宽为26m、24.5m,其靠近福建的一段为武夷山余脉,高填路基较多,且山间多软基。
本文介绍的为B7合同段中的一段软基处理,中心桩号为K163+860-K164+000,设计为高填路基,填土高度为17m—21.55m。此段工程地质属剥蚀低山丘陵地,地形起伏大,发育冲沟洼地,冲洪积物为灰色、淡黄色淤泥质粘土,局部砾粘土,可塑—软塑状。地表软土厚度2m-6m不等,下伏全风化花岗岩,中密,呈高岭土状。该软土具有高含水量、高孔隙比、低强度、固结缓慢、沉降大、稳定性差的特点,为保证路堤的填筑质量,保证路堤具有足够强度和稳定性,必须对基底予以处理。但考虑到软基深、工作量大、造价高、对环境影响大,采用粉喷桩进行处理。
2 处理方案
根据现场情况,考虑填土高度较高,软基压缩系数较大而软土层厚多在6m以内,可采用穿越软土层的粉喷桩加固,桩尖直接作用于全风化岩层,因此,避免了桩尖未处理土体沉降量过大的隐患。由于路基施工工期要求较短,而填土高度达20m以上,考虑粉体搅拌桩加固后地基承载力将大为增强,因此,施工时不按照软基的加荷速率进行施工,只按照一般路基施工考虑,加荷速率可达3.92kPa/d,同时也不考虑加载预压。
按照复合地基承载力的要求,填土20m的路基地基承载力应达到400kPa,我们认为由于路基整体的下沉,只要不产生被处理层的极限破坏,被处理层能将荷载传递到风化岩层即可,同时将所有软基处理到具备400kPa的承载力无疑是一种极大的浪费。因此,本处理方案仅考虑路基的稳定和工后的沉降量。
基于以上的考虑,我们采用粉喷桩处治此段路基,桩长6m,桩径0.5m,桩间距1.5m,根据试验每米灰剂量选50kg,为加速软土层的固结,便于排水, 在桩顶铺垫50cm的砂垫层。
沉降量的计算:粉体搅拌桩可以作为复合地基来计算其沉降量,在施加的荷载不超过水泥桩的徐变极限Qc时,其总沉降量S计算公式为:
从计算结果可以看出,对于可穿透的软土层,采用粉喷桩对沉降控制效果非常明显。
高速公路对地基变形量的要求很高,一般要求 在使用期内路堤的工后沉降量不超过30cm。本例中计算总沉降为33.16cm,而其中大部分在施工时已产生,其工后沉降能满足高速公路对地基变形量的要求。
3 方案的实施
搅拌法加固软粘土技术是利用水泥等作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械在地基中将软粘土和水泥强制拌和,使软粘土硬结成具有整体性、水稳性,和足够强度的地基土。加固的基本原理,是基于水泥加固土的物理化学反应过程,此技术的发展到目前为止,无论从加固机理到设计计算方法或者施工工艺均有不完善的地方,因此,本例主要注重实效,进行沉降观测,并与理论计算对比。施工工艺流程图见图1。
3.1 软土基底处理准备工作
处理前,事先开挖临时排水沟,纵向开挖临时降水沟,用以降低地表水,便于基底草皮清除施工,草 皮清除完毕后,整个软土处理区填筑80em山砂土, 整平并轻度碾压,以保证粉喷桩机及其配套设施的进场,以及所需材料的进场、堆放。然后根据设计需要,进行处理面积等放祥和桩位布点。
3.2 粉喷桩施工
根据设计要求,桩位呈等边三角形布置,中心间距1.5m,桩径为50em,桩长为6m。设计喷粉量为 36kS/m-58kS/m。根据路基平均填土高度自重计算天然土重,经室内配合比选定,按50k9/m喷粉量施工。
施工前首先要进行成桩试验,数量不宜少于5根,以取得满足设计喷人量的各项技术参数,掌握下钻和提升的阻力情况。施工中要控制瞬时喷粉量和搅拌均匀性,且一气呵成,每根桩开钻后连续作业,不得中断喷粉。为满足搅拌达到强度均匀性,上部3m进行复搅,速度控制1.0m/min-1.2m/min,桩头搅拌时间应适当延长,以保护桩头均匀密实,地面80cm填土不计人桩长。
粉喷桩施工过程中,还要注意桩距、垂直度控制,施工完毕后分别进行一定数量的桩体开挖,取芯进行抗压检验,必须满足设计要求。
3.3 路基填筑施工
填筑前铺设一层50cm砂砾垫层并碾压密实,路基填筑所需土石方材料来自附近山头路基挖方段,每层不超过30em,为确保沉降后的路基宽度和设计边圾跋卑,施工时两侧加宽各50tm,并留出路.拱和横坡,采用40t重型压路机震动压实。
4 沉降和稳定观测
在路基设计中心线和路肩基底同时埋设沉降杯,沉降和稳定观测同步进行。在施工期间,每填筑 一层,观测一次,填土间歇期间每天观测一次,每一区域填筑完毕后每周观测二次,在整个观测期间,要注意观测桩的保护,发现问题及时处理,确保测量数据的连续性,观测数据可直接用于计算由于沉降而补加的填方量。
4.1 沉降杯埋设位置
选定K163+950处路基中心和右侧设计路肩位置。平面位置见图2。
4.2 沉降观测
每次观测时,先用水自进水管注水,自出水管有水流出时抄测进水管水面高程△h,与上次所测值差即为此时段沉降量△h(此差值可从玻璃管水位差上直接读出),沉降观测原理如图3。
4.4 沉降结果分析
从图4可以看出,沉降量初期增加很快,40天之后基本趋缓,匀速下沉,且沉降量较小,说明路基沉降比较稳定。与理论计算相比,误差较小,基本相符,说明本处理方案较为成功,软土地基得到了有效,的控制。
在整个施工期间,沉降和稳定正常,基本上无边坡隆起和侧向位移等现象。路基整体沉降均匀,从基底处理至今已有9个月,总体沉降情况日趋稳定。现路基填土已达标高,沉降量已不明显,证明基底的处理效果较好,能够满足设计要求。
5 结束语
①粉体搅拌桩可以有效地减少被加固土体的压缩量,而当下部尚存在的软土厚度较大,其沉降量并不能减少;
②粉体搅拌桩能有效地调整横断面差异沉降,有助于控制不均匀沉降;
③粉体搅拌桩有较高的刚度,抗侧向变形能力较强,对本例中山间的软基尤为适用;
④粉体搅拌桩处理过的路基能承受较快的加荷速率,能较好地满足工期较严的要求;
⑤路基填土过程中,在满足取土场土质能够达到设计压实度的情况下,在基底天然承载力所要求的填土高度内,不宜使用冲击力过大的压路机,可适当增加碾压遍数,尽量使处理后的基底桩间土相对固结稳定,增加抗剪能力;
⑥粉体搅拌桩不能改善地基排水条件,但通过吸水固结可提高桩间土的结构性,同时桩顶铺垫砂 层可便于地基排水,从而可适当加速桩间土的固结,减少工后沉降。