《软土地区路基施工》PPT课件.ppt

软土地基加固处理技术 前提 地基处理的目的 加固原理 施工程序 技术要求 质量标准和检测方法 软土地基加固处理技术 铁路系统常用的地基处理方法浅层处理 换填法 砂垫层法 土工合成材料 土工格栅 土工格室 垫层法 排水固结法 袋装砂井 砂井 塑料排水板堆载预压 真空预压 井点降水复合地基 水泥搅拌桩 粉喷桩 旋喷桩 砂桩 碎石桩强夯 强夯置换 软土地基加固处理技术 铁路路基的地基条件不允许发生发生基底破坏 也不允许发生过大的工后沉降和沉降速率 以往只对基底强度作要求 不允许地基破坏 对地基变形未重视 提速后的铁路路基病害 大部分为地基变形所致 客运专线铁路路基的设计理念正由强度设计向变形控制设计转变客运专线铁路路基地基 强度和刚度要求并重 软土地基加固处理技术 地基处理方法的选择软土层厚度小于3米时 浅层处理 一般路基 软土层较厚 排水固结法 路桥过渡段 复合地基松软地基 液化地基 软土地基厚 施工受地域影响 采用粉喷桩 软土地基加固处理技术 浅层处理法 1 换填法 1 加固原理 根据土中附加应力的分布规律 让垫层承受上部较大的应力 软弱土层承受较小的应力 2 作用 提高持力层承载力 减少沉降量 加速软土层的排水固结 防止冻胀 消除膨胀土的胀缩作用 软土地基加固处理技术 3 要求宽度 填料与压实标准 4 检验方法 压实系数 地基系数 2 抛石挤淤法3 砂垫层法 含反滤层 4 土工合成材料垫层 搭接问题 多层铺设 砂垫层要求 压实问题 软土地基加固处理技术 排水固结法 原理 孔隙水排出 孔隙体积减小 地基产生固结变形 目的 解决沉降与稳定问题组成 排水系统 水平排水体 砂垫层竖向排水体 砂井 袋装砂井 塑料排水板加压系统 堆载法 真空预压法 降水法 电渗法 联合法 软土地基加固处理技术 设计方法堆载预压设计分级加载 当前期荷载增加到足以承受下级荷载时 利用天然地基土抗剪强度计算第一级允许荷载P1计算第一级荷载下地基强度增长值Cu1计算P1作用下达到所需固结度所需时间t1根据Cu1计算施加的第二级荷载P2 5 52Cu1 K依此类推计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量 确定预压时间 软土地基加固处理技术 砂井排水固结设计砂井设计直径和间距 深度 排列方式 布置范围 砂料砂井地基固结度设计太沙基一维固结理论地基稳定分析 瑞典条分法沉降计算 分层总和法 软土地基加固处理技术 施工方法袋装砂井 设备 履带式双管砂井机 门架式袋装砂井机 井架式袋装砂井机材料 砂袋 聚乙烯 聚丙烯 聚酯施工顺序 清理场地 开挖排水沟 清表填筑土拱坡 设计路幅宽度范围内回填至高出原地面20cm 以4 横坡形成拱 碾压密实 填筑砂垫层 均匀 等厚 软土地基加固处理技术 机具定位打设套管孔口检查起吊 下砂袋坝套管检查砂井入土深度质量控制 砂料质量及含泥量套管长度与直径 桩尖活门开启情况灌砂的饱满度垂直度砂袋的外露长度 2 操作要点 1 排水坡及排水砂垫层的设置 首先清除加固范围内地表的草皮及其它杂物 再将地表构筑成坡度不少于3 的路拱 并满足密实度要求 严格把握砂子进料关 按设计要求铺设均匀等厚的排水砂垫层 2 主要材料选定 砂袋 采用透水性 耐水性 韧性强的聚丙烯编织布制作 长度比设计井深长200cm 砂料 选用渗水率高的干燥中粗砂 含泥量 3 3 机具定位根据袋装砂井布置范围及间距 用竹板桩准确定位每个砂井位置 机具定位时保证桩锤中心与地面定位在同一个点上 并用经纬仪控制桩锤导向架垂直度 4 安设套管及桩尖 套管选用根据砂井直径而定 不可太小 也不可太大 并在套管上刻画出控制标高的刻度线 活瓣式桩尖固定在套管上作为一个整体 套管定位利用起吊设备将其吊起 上端送入桩帽内 下端用人扶住准确安插在定位点上 5 套管打入当套管吊起定位后即可开锤施打 开始时落锤要轻缓 防止套管突然倾斜 套管入土深度距设计深度2m时 控制锤击频率 防止超深 6 运 下砂袋 砂袋运输采用特制车辆 严禁在地上拖拉 下砂袋将整个砂袋吊起 从端部放入套管口 缓慢顺直放入 防止砂袋扭曲和砂袋破损 7 拔出套管拔管时应先启动激振器 后提升套管 要连续缓慢进行 中途不得放松吊绳 防止因套管下坠损坏砂袋 当带出长度大于0 5m时重新补打 8 袋头处理套管拔出后 砂袋应露出孔口50cm以上 并将其垂直埋入砂垫层中 若砂袋不满 及时向袋内灌砂补到足够为止 5 施工中常见故障处理1 在打入套管成孔过程中 如连续出现打入深度超过设计深度时 要更换较轻振动锤 2 下砂袋时 必须保证砂袋到达套管底部 如出现砂袋下不去的情况 可能是管内进入杂物 要拔出套管 检查桩尖活门 排除管内杂物 软土地基加固处理技术 塑料排水板施工顺序 装靴 定位 插设 上拔 切断 移位 复合地基 1 定义由两种刚度 模量 不同的材料 桩体与桩间土 所组成 在相对刚性基础上两者共同分担上部荷载 并协调变形的地基 2 分类桩体按成桩采用的材料分为 散体土类桩 碎石桩 砂桩 水泥土类桩 水泥搅拌桩 粉喷桩 旋喷桩混凝土类桩 CFG桩 复合地基 按成桩后桩体的强度分 柔性桩 散体土类桩半刚性桩 水泥土类桩刚性桩 混凝土类桩3 复合地基的作用机理桩体作用垫层作用 桩土复合地基垫层加速固结作用碎石桩 砂桩具有良好的透水性 加速地基固结 水泥土类桩与混凝土类桩也可加速地基固结 挤密作用砂桩 碎石桩施工过程中由于振动 挤压 排土作用等原因 使桩间土起到一定的密实作用 复合地基 加筋作用复合地基提高土体的抗剪强度 增加土坡的抗滑能力 4 复合地基的破坏模式刺入破坏 混凝土类桩鼓胀破坏 碎石桩整体剪切破坏滑动破坏5 应力特性 承载力与变形特性桩土应力比复合地基承载力复合地基 复合地基 6 粉喷桩6 1特点通过特殊装置将压缩空气和粉体固化材料 经过高压软管和搅拌轴送到搅拌叶片的喷嘴喷出 借助叶片的旋转 在叶片的背后产生孔隙 安装在叶片背后的喷嘴将压缩空气连同粉体固化材料一起喷出 混合气体在孔隙中压力急剧降低 使固化材料黏附在旋转产生孔隙的土中 转到半周另一叶片将土和粉体固化材料搅拌混合在一起 复合地基 6 2施工工具搅拌主机 粉体固化材料供给机 空气压缩机 搅拌翼 动力部分 6 3施工工序开工钻孔对位钻孔至设计深度打开送料阀门 关闭送气阀门 喷粉 确认粉到达桩底 提升钻头 继续喷粉 提升至设计标高 停止喷粉 打开送气阀 关闭送料阀 空压机不停 搅拌钻头升至桩顶 停止提升 转2min 在钻至复搅深度 反钻提升 复搅 提升至地面 停主电机 空压机 复合地基 6 4操作要点试桩不少于2根 确定施工参数 钻进速度 提升速度 搅拌速度 其流量 空气压力 必须钻到设计深度 复搅时 停止喷粉 重叠长度不小于1米 复合地基 7 水泥搅拌桩7 1施工程序钻机就位预搅下沉按设计确定的配合比 制备水泥浆提升 喷浆 搅拌重复上 下搅拌清洗移位 复合地基 7 2施工注意事项在顶端0 3 0 5m时 上覆压力较小 搅拌质量较差 场地整平标高应比设计标高高出0 3 0 5m 制桩到地面 然后将上部0 3 0 5m差的桩段挖去 垂直度偏差 1 桩径不小于设计值 试桩 确定施工参数 浆液不得离析 泵送应连续 搅拌下沉不易水冲 因故停浆 搅拌机下沉至停浆点以下0 5m 恢复后喷浆提升 复合地基 8 挤密砂桩将砂桩打入软土地基 使密实的砂柱体挤密软弱土层 形成复合地基 有外荷载作用时 应力向砂桩集中 使桩周围土层承受的压力减小 沉降也相应减小 根据我国在淤泥质粘土上打桩前后的荷载试验 其沉降量可比天然地基减小20 30 因而适用于对沉降要求较严的工程 同时 砂桩与砂井一样 在土中形成排水通路 能加速地基土固结沉降的速率 改善地基的整体稳定性 提高地基的承载力 复合地基 挤密砂桩采用中 粗混合砂料 含泥量不得大于5 也可用砂与角砾的混合料 设计规则规定 灌砂要密实 灌砂率不应小于90 砂桩直径根据置换率要求以及施工机械 成桩方法等综合因素考虑 宜用较大直径 我国目前常用30cm 最大50 70cm 国外多用60 80cm 最大可达150 200cm 桩在平面上布置成三角形或正方形 桩长不应小于危险滑弧的深度 对于厚度不大的软土 桩长应穿透软弱层 砂桩顶面应铺以砂垫层以利排水 砂桩适用于松散砂土 人工填土 粉土或杂填土等地基 可以提高地基的强度 减少地基的压缩性 或提高地基的抗震能力 防止饱和软弱土地基液化 砂桩适用于松散砂土 人工填土 粉土或杂填土等地基 可以提高地基的强度 减少地基的压缩性 或提高地基的抗震能力 防止饱和软弱土地基液化 成桩方法有振动沉管法和锤击成桩法 振动沉管法是使用振动打桩机将桩管沉人土层中 并振动挤密砂填料 锤击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩管引入土层中 并用内管夯击密实砂填料 实际上这也就是碎石桩的沉管法 1 材料选择砂桩的填料宜用级配较好的中粗砂 也可用砾砂 对于饱和软粘土 因为原地基较软弱 侧限不大 为了利于成桩应选用级配好 强度高的砂砾混合料 填料中最大颗粒尺寸由桩管直径和桩尖的构造决定 以能顺利出料为宜 但最大不应超过50cm 关于材料的含水量 在饱和土中施工时 砂的含水量宜采用饱和状态 在非饱和且能形成直立桩孔孔壁的土层中用捣实法施工时 含水量采用7 9 2 施工顺序施工时应注意打桩先后位置次序 为使砂桩进展顺利 挤密砂桩宜从路之一侧向另一侧施打 或由中心向两边施打 从道路纵向而言 宜从道路一端向另一端施打 避免由两端向中间施打 以减少挤密砂桩施工的困难 3 施工机械砂桩机械通常包括桩机架 桩管及桩尖 提升装置 挤密装置 振动锤或冲击锤 上料设备及检测装置等 高能量的振动砂石桩机配有高压空气或水的喷射装置 同时还配有自动记录桩管贯人深度 提升量 压人量 管内砂石位置及变化以及电机电流变化等的检测装置 一次拔管法施工工艺首先 用振动沉桩机将安有活瓣式或脱离式管靴的导管 在规定的桩孔位置垂直就位 然后 将桩管沉入软土层中 并达到设计高程 略深一个桩靴的深度 之后 用装砂漏斗或采用空压机将砂灌入导管 灌满之后 封闭管口 通入压缩空气或者加入水 缓慢提起导管直到地面 再拔管的同时边振动边输入压缩空气 或水 使活动瓣门开启 或脱离式桩靴离开导管 桩管中的砂通过压缩空气的力量或水的作用落人孔中 形成砂桩 逐次拔管法 施工工艺首先 将带有桩靴的导管在规定的位置垂直就位 然后 将桩管沉入软土到设计高程 之后 用料斗向导管内灌装砂子 灌满之后 在振动以及向导管输送压缩空气的条件下 边振动边将导管拔起一定高度 停止拔管继续振动若干秒 使落入孔中的砂密实 之后再拔起一定高度又继续振动 如此反复进行 直到导管拔出地面 质量控制根据工地试验 每次拔起桩管0 5m 停拔继振20s 可使砂桩的桩身相对密度达到0 8以上 桩间土相对密度达到0 7以上 重复压拔管法首先 将桩管在设计位置垂直就位 然后 将桩管沉入土层中达到设计高程 如果桩管下沉速度很慢 可以利用桩管下端喷嘴射水口加快下沉速度 之后 用装砂料斗向导管内灌砂 灌满之后 在振动的条件下 将导管拔起到规定高度 同时向桩管内送入压缩空气使砂容易排出落入桩孔 桩管拔起后核定砂的排出情况 之后 用振动机将管按规定深度往已灌砂的孔中压下 使桩径扩大并振实 如此反复进行 直到导管拔出地面 对于桩管每次拔起和压下的高度 应根据砂桩直径要求通过试验确定 碎石桩碎石桩的结构与砂桩相同 桩身由碎石充填 其加固机理与砂桩不同的是它不是挤密而是置换 由于碎石桩的刚度大于地基中的软粘土 地基应力重分布 荷载大部分由碎石桩承担 桩土应力比值一般为3 5 碎石桩受荷后 产生径向变形 且引起周围土体产生被动抗力 如粘土强度过低 碎石桩得不到所需的径向支持力 就不能达到加固的目的 因此天然地基的强度大小是形成复合地基的重要条件 根据经验 天然地基的抗剪强度大于20kPa 碎石桩加固地基才有较好的效果 复合地基 碎石桩的直径较大 常用80 90cm 桩长设计方法与砂桩相同 当软土较厚桩身不穿软弱层时 复合地基可起垫层作用 将荷载扩散使应力分布均匀 提高地基的承载力并减小沉降及沉降差 选用碎石桩材料时若考虑级配 则形成的桩能起排水砂井的作用 因而它也能提高土的抗剪强度 增大路堤的稳定性 复合地基 复合地基 8 1施工方法 振冲挤密法 沉管法 干振法振动成桩 冲击成桩8 2加固机理 松散砂土挤密排水减压砂基预震粘性土置换加速排水易发生鼓胀 复合地基静载荷试验1 荷载板尺寸和形状的确定2 分级加载 每级荷载增量为预计极限荷载的1 8 1 12 总加载量不宜少于设计承载力的两倍 3 每加一级荷载后 按10 10 10 15 15min 以后每30min的时间间隔观测承压板的沉降 当加载量尚未超过设计要求值时 一小时内沉降增量小于0 1mm才可加下一级荷载 当加载量大于设计要求值时 一小时内沉降增量小于0 2mm才可加下一级荷载 出现下列现象之一 可中止试验1 沉降急骤增大 土被挤出或压板周围出现明显的裂缝 2 总加载量已为设计要求值的两倍以上 3 累积的沉降量已大于压板宽度的10 满足第一种情况时 其对应的前一级荷载定为极限荷载 复合地基承载力的确定 1 当比例界限能够定时 取比例界限点对应的荷载 2 当极限荷载能确定时 取极限荷载值的一半 3 按相对变形值确定 粘性土地基 以S b 0 02对应的荷载值 粉土或砂土地基 以S b 0 015对应的荷载值 粉喷桩 深层搅拌桩 旋喷桩检测时间 成桩28天后检测位置 随机抽检检测数量 粉喷桩 深层搅拌桩钻孔取芯 2 且不少于3根 复合地基静载荷试验为总桩数的2 且每检验批不少于3根 旋喷桩钻孔取芯 2 且不少于3根 复合地基静载荷试验为总桩数的2 且每检验批不少于3根 钻孔取芯在每根检测桩桩径方向1 4处 桩长范围内垂直钻孔取芯 钻杆应垂直 沿桩体垂直钻探 检验 类桩 岩心呈长柱状 搅拌均匀 芯样硬 无断灰 夹泥 喷灰不足 喷灰不匀 水泥结块等现象 无侧限抗压强度试验满足设计要求 类桩 岩心呈短柱状 搅拌较均匀 芯样较硬 无断灰 夹泥等现象 无侧限抗压强度试验满足设计要求 桩身有轻微缺陷 类桩 岩心呈块状 搅拌均匀程度一般 局部芯样软 有少量夹泥 水泥结块等现象 桩身无严重缺陷 类桩 岩心呈角砾状或土状 搅拌均匀程度较差 桩身中上部芯样软 局部有断灰 夹泥 水泥结块等现象 桩身存在严重缺陷 评定等级 类为合格桩 类为应补强桩 类为不合格 软土地区路基施工观测与控制 在路堤施工中 由于附加荷载是逐渐起作用的 因此软土地基中超静水压力的消散必须经历一定时间才能完成 为了使路堤填筑所产生的应力增加量与路堤底地基强度的增量相适应 就必须进行施工观测与控制 软土地区路基施工观测与控制 一 施工观测的范围1 接近或超过临界高度的路堤 2 采用砂垫层 排水砂井加固的路堤 3 必须进行试压或预压的桥头路堤及采用加固措施的较高路堤 4 超过设计允许填土速度施工的路堤 5 对全面施工具有指导意义的代表性路堤 软土地区路基施工观测与控制 二 施工观测的主要项目 1 人工巡回观察地表变化 人工巡回观察是由有经验的施工人员沿着线路巡回观察路堤外貌的微小变形 微小裂缝及其他发展情况 观察路堤坡脚附近地面的微小隆起和出水现象等 当发现上述现象时 应考虑缓填或停填 软土地区路基施工观测与控制 2 边桩位移观测 在填土过程中 边桩用来观测土的侧向位移值及其发展趋势 从而判断地基的稳定性 1 边桩设置 在路堤坡脚外侧2 10m范围内 按顺线路方向布置1 2排 如仅布置一排则应距路堤坡脚外侧2 4m范围 桩间距以10 20m为宜 每排位移边桩两端 在不受荷重影响范围以外设置固定桩 用混凝土浇灌固定 边桩多用100mm 100mm 1000mm的硬木制成 使用时按设计要求打入土中 其桩顶露出地面2 3cm 并在桩顶钉一小钉 以备观测用 软土地区路基施工观测与控制 2 位移观测 位移应用精度较高的经纬仪 水平仪进行观测 观测精度应准确到 1mm 一般填土低于临界高度时 每两天观测一次即可 接近或超过临界高度时 应每天观测并绘制 填土高 时间 位移量 关系曲线图 随时分析填筑期间的稳定情况 以利指导施工 通常每上 下班时各观测一次 两次观测值之差除以观测时间 h 再乘以24 h 即可作为日平均沉降量 位移量 软土地区路基施工观测与控制 3 地面沉降观测 在填土过程中 地面沉降观测用来掌握地层表面的总沉降量及沉降量随填土增高和时间的变化情况 以便判断地基在填筑中的稳定性 1 地面沉降观测仪器 地面沉降观测仪器有沉降板 沉降杯 剖面沉降仪和水平测斜仪等几种 软土地区路基施工观测与控制 沉降测试方法的优化与选择为了提高沉降测试精度 严格控制施工质量 在过渡段的沉降测试中进行了多方案的选择和比较 课题组经过大量的调研和分析 选用了水平测斜仪进行过渡段的沉降测试 沉降桩虽然可测量地表面的沉降量 但对土体内部的沉降却无所作为 沉降板法是利用埋在路堤中的一刚性铁板 通过与其连接的观测杆进行沉降测试 虽然它可以测试路堤内部不同高度的沉降 但由于其附近压实机械难以靠近 影响其附近的路基压实质量 并且对施工进度也有一定的干扰 沉降杯可以测量路堤内部不同位置 不同深度处的沉降值 但由于很难保证进 出水管的平顺性 从而形成的气泡会堵塞水管 使测试无法进行 另外 管内的积水必须在冻结以前将其排出 否则积水冻结 在寒冷的东北地区也不能进行冬季测试 剖面沉降仪虽可以进行路基的全断面测试 但由于精度较低以及测试复杂 不方便运输 受环境影响较大等缺点 在应用上受到限制 软土地区路基施工观测与控制 ZCX水平测斜仪是由沉降管和二次仪器组成 它可以测量路基内部不同位置 不同深度处的全断面沉降值 通过把特制的PVC沉降管埋在路基中 用记录仪电缆把装有伺服加速度传感器的探头从沉降管的一段拉到另一端 由于地基沉降 探头处于倾斜方向 通过重力加速度在敏感水平轴上的投影 可精确测量探头的倾角 再根据探头的长度计算探头两端的高程差 从而得到探头两端电对应的沉降差 如此累积便可以计算出路基横断面中任一点处的沉降值 水平测斜仪的优点 精度高 试验证明 每次读数误差小于0 1mm 50m长的坡面测试的累积误差小于5mm 操作方便 整个测试系统 探头 电缆及拉线 记录仪 可由一人携带 移动非常方便 测试操作仅需一人即可完成 可以测量整个断面的沉降曲线 软土地区路基施工观测与控制 i 竖向沉降仪 软土地区路基施工观测与控制 4 孔隙水压力仪观测 孔隙水压力仪是测定不同时间 不同荷重作用下孔隙水的消散过程 以推算地基强度的增长情况 检算地基的稳定性 控制施工速度的一种主要仪器 但其构造复杂 只有在重要工程中才使用 软土地区路基施工观测与控制 三 软土路堤施工控制 1 软土地基处理前 除采用水下抛石挤淤方法外 均应于开工前疏干地表水 有条件时可采用降低地下水位措施 如挖槽 井点抽水等 施工现场应按有关规定要求 做好取土 弃土 堆料及运土道的平面布置 安排好作业顺序及机械运行线路 施工中不得随意更改 2 软土路堤宜提前安排施工 以利加强预压固结效果 使路堤在铺轨通车前具有足够的稳定性 减少再加固费用 软土地区路基施工观测与控制 3 路堤填筑材料以渗水性土或矿渣为宜 非渗水性土也可 在二