2、低标号混凝土桩在软基路段加宽中的应用.doc

低标号混凝土桩在软基中的应用河北路桥集团有限公司 孟祥马【内容简介】加宽工程中软基处理是一个难点，本文作者从设计环境及实际施工出发,通过施工工艺、加固效果、工后沉降、及加速工期等方面作了简单分析,对今后软基路段加宽处理有一定的参考价值。【关键词】软基路段加宽 低标号混凝土桩 地基加固一、 工程概况随着经济建设的蓬勃发展，现有许多高等级公路需加宽改造才能满足交通流量急速发展的需要，而在软地基上进行路基加宽，常会出现新加宽路基与老路沉降不均的影响。如何控制加宽新路的工后沉降，选择经济合理的处理方式是加宽工程中的一个关键问题。由河北路桥承建的杭金衢高速公路三合同自1999年9月开工，2002年11月20日竣工，工期39个月，所有软基段路基于2001年年底都已进入预压期，沉降速率已接近稳定，正是在这即将进入路面施工准备阶段时候，杭州市绕城高速公路需要在张家畈处（K16+200K17+760）增设一个杭金衢高速与新建绕城公路的互通立交，因此要对此段进行路基加宽。加宽段路基正位于软基之上，软基深度普遍在20m左右，最深的接近25m，软土层物理力学特征较差，为了满足工后沉降及工期要求，需对该加宽路段进行地基处理，而该工程开工时至通车已不足一年时间，在工期非常紧张的情况下，通过反复的经济技术指标比较，最后采用了低标号混凝土桩的地基处理方案，不仅满足了工期要求，并取得了很好的加固效果，通过缺陷责任期一年的观察，加宽部分与老路部分没有出现差异沉降，效果良好。二、 加宽段路基处理设计过程1、 工程地质及水文地质条件该段根据钻探表明，表层为湖沼积亚粘土为主，其下为海积软土，局部夹软塑-流塑状亚粘土，土层自上而下大致可分为以下几层：a、 表层土：埋深为2.04.0m左右，以素填土、根植土和新近沉积的亚粘土为主，局部地段有河沟淤泥、杂填土。b、 淤泥质粘土或淤泥质粘土：灰色、流塑，局部地段为淤泥，该层厚度9.425m左右不等,变化较大,该层上含水率高,孔隙比大,为高压缩性的软土,工程特性差,为主要压缩土层.c、 粘土及亚粘土层:该层的顶埋深14.025.0m左右,处可塑-硬塑状态,中等压缩性,力学性质较好.从以上地质条件看,该路段为典型的软土地基,填土高度在2.85.1m之间,大部分为4m以上,因此必须采用合适的地基处理方案进行软基处理。2、 地基处理方案的选择杭金衢高速公路在地基处理上采取了很多处理方法，仅三合同就有的工艺就有：排水固结合堆载、（超载）预压、水泥搅拌桩（干喷或湿喷）、预应力管桩、薄壁管桩、EPS轻质路堤等。针对本工程，由于该加宽工程要与主线一起通车，连同路面、道路设施、绿化工程等只有不到一年的工期，工期相当紧张。因此采用排水预压的地基处理方案根本无法满足工期要求，采用粉喷桩方案又由于软土深度过深无法使用，采用预应力管桩、EPS轻质路堤等费用又过高。通过业主与设计院反复的经济技术比较最后决定采用振动沉管低标号素混凝土桩进行加固，比较常见的振动沉管钢筋混凝土桩是一种比较成熟的地基处理方法，在工民建等工程中多有采用，施工时不会有很大的难度且当地振动沉管桩机较多，便于短时间内组织机械加快工期。由于本工程为路基工程，承载力要求较低，因此设计时振动沉管桩可以不采用钢筋，且对混凝土的抗压强度要求不高，可以采用较低标号的混凝土，即采用低标号的素混凝土桩来降低造价，相比较而言，低标号素混凝土桩是一种比较经济的地基处理方式。3、 设计内容a、 桩径：采用426mm的振动沉管打桩机成桩，由于本工程地基土体比较软弱，通过试桩确定采用较大的充盈系数，为1.5,实际成桩直径约为500mm,设计计算时为偏于安全,仍采用426mm的直径进行计算。b、 桩距和平面布置，间距主要由承载力计算决定，一般桩间距s=3d-5d，根据承载力校核验算及加宽路段宽度情况，间距根据填土高度、地基条件和加宽宽度分为2.0m间距和2.5m间距2种情况，平面布置均采用正方形布置。c、 桩长：由地基的沉降计算决定，并对老路基的沉降进行预测分析。由于老路基沉降已基本稳定，一般填土高度较高的地段深度基本达到压缩性较你的粘土层，对于填土较低的地段通过变形计算则可以打浅一点，对于部分匝道路基边坡底下部分地基。由于荷载较小而采用短桩处理。d、 桩体强度和配合比；桩体试块标准养护28d的强度应满足fcu3Rk/Ap。其中Rk为单桩竖向承载力标准值，Ap为桩的截面积。本工程桩体强度，室内按混凝土标号C10进行配制，要求成桩后地基条件下28d无侧限抗压强度大于6.0MPa，60d无侧限抗压强度大于10.0MPa,粗集料最大粒径不大于40mm，施工坍落度宜为3055mm，其中水泥采用42.5号普通硅酸盐水泥，经试桩并通过几种配合比比较，确定如下配合比为单方混凝土用量，水=190kg，水泥=211kg,砂=901kg，碎石=1058kg。e、 褥垫层设计：该工程采用40cm厚度的砂砾垫层作为褥垫层，第一层填筑材料采用含泥量小于15%的宕渣，在褥垫层中间和顶部铺设12层纵向抗拉强度大于50KN/m的土工格栅。f、 其他要求和检测内容：施工质量的检测主要是检查施工记录，混合料坍落度、桩数、桩长、桩位偏差和桩体抗压强度。桩采用低应变动力质量检测和桩基静载荷试验。低强度混凝土素混凝土桩复合地基典型的横断面布置如右图所示。三、 低标号素混凝土桩的施工1、 低标号素混凝土桩的施工顺序和施工要点为:a、 开工前准备：做好C10混凝土的配合比试验，检查预制桩尖的制作，使其达到验收标准。b、 测量放样：根据要求桩中心位置偏差不大于20cm，每打一个桩都应对后面的桩进行校测，防止振动挤压引起偏位。c、 埋置混凝土桩尖。d、 沉管至桩设计深度，利用沉管自重或钢丝绳加压入土中一定深度，然后开动锤起振沉管至设计桩深，中途不要停顿，施工垂直偏差不应大于1%。e、 搅拌混凝土：混凝土的坍落度控制在3050mm，混凝土按要求制作试块，并进行养护。f、 灌注混凝土至桩顶，在灌注桩身混凝土前，应根据试桩及施工经验，预估充盈系数并计算体积，制定分次灌注计划，详细记录灌注混凝土量，充盈系数严禁小于1.3m，本工程实际充盈系数平均为1.5左右。g、 振动抽拔管：桩管灌满混凝土之后，先振动再拔管，每次拔管高度为1.0m左右，在拔管过程中，应分段添加混凝土，保持管内混凝土石始终不低于地表面或高于地下水位1.0m以上，施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度一般控制在1.21.5m/min，但对淤泥质土层应适当放慢。h、 移机：重复上述各步骤，进行下一桩的施工。四、 低标号素混凝土桩的质量检测和加固效果施工质量的检测主要是检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩长、桩位偏差和低应变动力质量检测和现场载荷试验等。根据要求对低标号素混凝土桩进行了低应变动力质量检测，抽检频率为5%，共抽取了400多根桩进行检测，检测结果全部符合“基桩低应变动力检测技术规程”（DBJ10-4-98）中的有关规定。同时本工程还随机抽取了3根桩的单桩静载荷试验以及3根复合地基静载试验，由于试验桩为工程桩，且为路基工程对承载力要求不高试验时间又较短，因此载荷试验未达到破坏荷载。所加的荷载仅达到设计要求的最大荷载，其中单桩试验要求不小于300KN，采用2m3的加载板，荷载为700KN进行加载。试验结果表明，在最大荷载作用下，单桩的沉降量为1.78mm、2.43mm和2.32mm,复合地基为13.82mm,12.47mm和11.20mm，满足设计要求。根据工程设置的沉降板进行沉降观测，其中以其中3个断面可知：到通车前沉降均已稳定，其中桩和边桩的累计沉降均小于5cm，完全满足沉降变形要求。 累计沉降观测K16+400K17+205K17+680边桩沉降量中桩沉降量边桩沉降量中桩沉降量边桩沉降量中桩沉降量1.504.380.503.620.723.27五、 结束语杭金衢高速公路三合同张家畈互通加宽工程处于较为深厚的软基路段，工期紧张，经过经济技术比较，采用了低标号素混凝土桩地基处理方案，取得了很好的加固效果。这种处理方法达到了减小工后沉降、加速施工工期的目的。这种方法为高速公路加宽工程中首次使用，可为今后类似工程中地基处理方案的选择提供借鉴和参考，同时也表明：1、 低标号素混凝土桩可处理较深