强夯处理深垃圾坑作为道路路基的应用

2 0 1 4 年 l 2 月第 l 2 期 城 市道桥 与防洪 道路交通 2 7 强夯处理深垃圾坑作为道路路基的应用 贾媛 武俊峰 李廷斌 西安市政设计研究院有限公司 陕西西安 7 1 6 8 摘 要 对深垃圾坑进行强夯作为道路路基是解决建筑垃圾与 日 俱增的有效措施 通过采用强夯桩式置换的方式 对西康铁路两 侧 垃圾填埋 段进行处 理 并对 处理后 的地 基承载力 沉降 观测及 回弹模量进 行 了现场试 验 结果 表 明该 方法 处理 的路基能 够满足 设 计要求 同时 对施 工过程 中技术参数 的选用 施工要求 以及注 意事项提 出了建议 希望 给强夯处理 深垃圾坑 作为道路 路基提供 些 参考意见 关键词 强夯法 路基 深垃圾坑 处理 中图分类号 U 4 1 6 1 文献标识 码 B 文章编号 1 o 0 9 7 7 1 6 2 0 1 4 1 2 一 o 0 2 7 0 2 0 引言 随着科学技术的进步 城市建设 的不断发展 生活垃圾 以及 大量的建筑垃圾 日益增加 如何对 这些垃圾进行 合理的处理一直是政府部 门高度重 视 的问题 对 这些垃圾 的处理不能只是单单 的环 保处理 为了响应可持续发展的建设理念 还必须 合理 的对其进行利用 从 而达到资源循环 的效果 为节约建设资金和保护城市环境 强夯处理深垃 圾坑作道路路基是一种有效利用 的措施 但是 目 前可借鉴资料甚少 必须对此进行试验 1 工程概 况 根据 西安市灞桥区灞河公园左岸道路及排 水工程岩土工程勘察报告 在西康铁路路基建设 过程 中 该地段属于垃圾堆放区 并且绝大 多数为 建筑渣土 少量为生活垃圾 且垃圾堆放高度大都 超过灞河 河堤路约 5 m 本道路沿线原地貌为很 多大 的取土坑 现已被当作垃圾堆放场 道路红线 范 围 内现状堆放高 2 1 7 m建筑垃圾 和杂填 土 这些建筑垃圾和杂填土未经碾压 松散且极不稳 定 不能直接用作道路路基 针对现状情况 笔者在道路设计时对此提 出 了三种处理方案进行 了比选 1 彻底 清除坑 内垃 圾 再 分层 回填优 质填料 这种方案工程 量 巨大 耗时费工 工程费用高 工程的经济 技术可行性 差且易造成二次污染 2 采用震动压路机分层碾 压 需将松填的建筑垃圾倒运再碾压 压 实效果难 以保证 且 由于垃圾深度较大 实施分层碾 压对建 筑垃圾的二次倒运工作量非常大 3 采用重力强 收稿 日期 2 0 1 4 0 8 1 3 作者简 介 贾嫒 1 9 8 0 一 女 陕西长安人 工程师 从 事市政 道 路设计 工作 夯处理 技术上比较成熟 机械设备和施工工艺简 单 场地 1 0 0 0 m范围内没有居民区和村庄 适合 强夯作业 经过综合比较后 认为强夯方案可充分利用 建筑垃圾 避免垃圾外运和购土 减少投资 二次倒 运工程量小 施工周期短并 可节 约投资 强夯在地 基处理中应用广泛 具有设备简单 施工便捷 适 应范 围广 节省材料 降低投资 工期短等优点 已 被实践证 明是一种较好的 行之有效 的地基处理 方法 故该段路基决定采用强夯法处理 2施工工艺试验 地基试验 强夯法又名 为动力 固结法或动力压实法 这 种 方法是反 复将重锤 一般 为 1 0 4 0 t 提 到高处 使其 自由落下 一般落距为 1 0 4 O m 夯击地基 从 而使地基的强度提高 压缩性得到降低的方法 2 1 设备 的选择 起重机采用 2 0 t 履带起 重机 吊臂上安装 门 字支架 2 0 t 起重机是在吊臂仰起最大角度时而不 倾覆 的起重重量 卷扬机安装滑轮组起重力量大 于标称重量 采用 门字支架后可很容易 吊起 2 0 t 的夯锤 吊钩上安装有 自动脱钩器 夯锤提升到预 定的高度后 自动脱钩器工作 夯锤 自由落下 2 2强夯选用的技术参数 强夯法 虽已在 地基处理 中广泛应用 但 由于 其处理地基的多样性和工作机理的复杂性 目前仍 然没有形成一套成熟的设计理论和计算方法 因此 在施工前一般在现场选取具有代表性的试验区 通 过强夯试验结果 强夯能级均采用 2 0 0 0 k N m 并 且每层均采用主夯 副夯的次序进行 主夯点 副 夯点均按正方形布置 其夯点间距为 4 m 4 m 每一遍内各个夯点的连续夯击次数 应根据试夯 击数与夯沉量关系曲线 最后两击平均夯沉量 夯 2 8 道路交通 城 市道桥与 防洪 2 0 1 4 年 1 2 月第 1 2 期 坑周 围地 面隆起程度等 因素综合 确定 最后两击 的平均夯沉量不大于 5 e m 每夯点连续夯击数 宜为 1 2 1 8 击 第一遍夯点取较多击数 相邻两 遍夯 点之间应 留间歇时间 7 1 0 d 此外 在每层 主夯 副夯结束 将二遍夯坑推平后 应进行全幅满 夯 满夯能量 1 0 0 0 k N m 夯点搭接 d 锤径 3 每 点 1 2击 2 3 强夯施工 施工时将 起重机移至现场 调整夯锤位置至 标记处 用水 准仪 测量初始锤 顶高程 开始 夯击 测量每一击的夯沉量 控制最后两击夯沉量不大 于 5 0 m m 移动夯锤至另一夯点 大面积施工时只 测量初始锤顶高程和最后两击的夯沉量即可 中 间各击可不进行水准测量 也可按试验 的夯击次 数控制 中间进行抽检 第一遍完成后用推土机将 夯坑推平 间歇一段 时间后再进行第二遍夯击 间 歇时间取决于加固土层 中孔 隙水压力消散所需要 的时间 对地下水位较低 土层含水量较小 的砂性 土 杂填 土等 两遍 夯击 间的间歇时 间很 短 亦 即 可连续夯击 对粘性 土 由于孔 隙水压力消散较 慢 故当夯击能逐渐增加时 孔隙水压力亦相应地 叠加 其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况 一 般 为 2 3周 该 工程大部分 为建筑垃 圾杂填 土 含水量很小 可连续夯击 由于面积较大 采用 两 台设备同时施工 强夯施工每夯击一遍 使下部 土层挤密 累计夯沉也逐渐减小 大面积施工时可 以以试验区的单点夯击数控制 也可以最后量击的 夯沉量控制 为保证质量和收集资料 该工程对全 部夯点均作测量 以最后两击夯沉量不大于 5 0 m m 控制 单点夯击次数基本与试验区吻合 经过 1 3层 根据垃圾深度 不 同 分 1 3 层 两遍夯击后 至道路路床还有 1 5 m左右 先用 震动压路机对表层碾压后 再采用素土分层 回填 3 检测试 验 3 1 试验场地分析 本次强 夯处理 K 0 0 3 0 K 0 2 0 0段 为一层 处 理 宽 度 为 3 1 m K 0 2 8 0 K 0 3 7 0及 K 0 4 8 0 K 0 6 6 0段分两层处理 处理宽度 自上而下分别为 3 8 m和 3 1 m K 0 3 7 0一K 0 4 8 0 及 K 0 6 6 0 K 0 8 7 0 段分三层处理 处理宽度 白上而下分别为 4 8 m 4 1 m和 3 1 m 该路段的路基地层结构根据现场钻 孔和挖探坑表明 上层 为以建筑垃圾为主 的杂填 土 结构松散 土质均匀性差 淤泥质土 平面分布 有缺失 工程性能差 下层为粉质粘土含少量中细 砂 平面分布很不均匀 3 2地基承载力试验分析 强夯桩式置换处理完成后 需要进一步进行 地基承载力试验 以校验深 垃圾 坑作 为道路路基 的可行性 在试验过程 中 在各层各取一个测点 分别记为 A区 B区 c区 其 中 c区试验结果见 图 1 p k P a 0 5 O 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 L l L 气 I 一 c区 测点1 I 图 1 C 区测 点 承 载 力 试 验 结 果 从 图 1中可以看 出 P S关 系呈缓变曲线 根 据地基土的承载力的确定方式 可以采用相对沉 降法来确定 确定的原则为 当承压板面积为 0 2 5 0 5 0 m 2 可根据土类及其状态取 s b 0 0 1 0 0 1 5所对应的荷载作为地基承载力特征值 为基 础宽度 但其值不应大于最大加载量 2 0 0 0 k N m 的一半 3 3沉 降观 测 地基处理完成后 下挖 1 2 1 5 m埋设沉降板 c区共埋设两个沉降板 部分沉降观测结果见 图 2 时间 d 5 O 1 0 0 1 5 0 2 00 图 2 C 区测试 点基沉 降观测 曲线 从图 2中可以发现 根据实测沉降资料采用 双曲线法推算出预压荷载作用下的最终沉降 用 强夯桩式置换处 理的垃圾场地基在铺筑路 面之前 已完成了主要沉降 其中剩余沉降最大的为 4 3 e m 满足路面对路基工后沉降的要求 3 4回弹模量试验 强夯桩式置换处 理垃圾场 地基后 已基本接近 道路底部设计标高 在其顶面采用 贝承载板法法 进行 回弹试验 测试 的回弹模量为 3 8 6 MP a 大于 3 0 M P a 满足路基设计要求 下转第 5 2页 0 狮 世媾詹峨 5 2 桥梁结构 城 市道桥 与防洪 2 0 1 4 年 1 2 月第 l 2 期 下翼缘与底板双结合 混凝土一起受压 都不用计 算局部稳定性 故仅对腹板以及支承加劲肋进行 局部稳定计算 本次设计计算方法参考 日本规范 道路桥示 方 书 设计通 过对各板件 的宽度和厚度 加劲肋 的合理布置和刚度设 置 尽可能使得钢梁各板件 和加劲肋能够同时兼顾不同施工阶段和使用阶段 的受力要求 进过计算可知 均能很好 的满足设计 及规范的要求 5 5 组合箱梁钢梁与桥面板连接设计 剪力键可分为刚性剪力键和柔性剪力键两大 类 刚性剪力键在传递交界面剪力时不变形或变 形微小 易在混凝土周 围引起高应力集中 使混凝 土压碎或开裂 而柔性剪力键在传递交界面 的剪 力时具有较好的变形 能力 在传递界面剪力时会 相应 的应力重分布 一般破坏前界面变形协调一 致 很少突然破坏 在连续组合结构桥梁 中 从支点截面到跨 中 截面 受力状况 变化很大 负弯矩 区受力更为复 杂 因此 连接件的选择既要考虑不同区域承载力 的需要 又要考虑组合结构整体性能需要对连接 件抗剪刚度的要求 圆柱头焊剪力钉连接件属于 弹性连接 但可 以根据不 同的要求进行设置 进而 表现 出不 同的性 能 当直径 数 量较强配置 时 连 接性能可以达到接近刚性 剪力钉连接件还可以 间断布置 配套桥面板设有预留孑 L 以实现滞后连 接 达到更加有效地给混凝土桥面板施加预应力 的 目的 在设计 中具有很大的灵 活性 也是结合结 构中最常用的连接件之一 具有刚度适中 施工便 利 维修方便等特点 故本 次设计设计采用剪力钉 作为组合结构 的连接方式 组合 结构 承 载后 混凝 土 板 与钢 梁 之 间存 在 滑移现象 若 组合结构发 生大 的滑移将会损 害连 接 件 和结合 梁 的承 载能力 进 而 在连 接 件损 坏 后 混凝 土板 也会 逐渐 丧失 共 同作用 钢 梁上 下 翼缘 应力 尤其 是上翼缘应 力大大增加 也就 是 说 一旦 连接 件破 坏 混凝 土板及 板 内钢 筋丧 失 作用 内力重分布全部 由钢梁承担 因此 连接 件 的抗 剪 刚度参 数是 组合 结构 重要 的技术 参 数 之一 在组合箱梁腹板横 向加劲肋处 由于横 向加 劲肋 约束 了钢翼 缘板 随着 混凝土桥 面板的变形 使受到最大约束位置上的焊钉极易受到拉拔力 当焊钉受到拉拔力作用时 其抗剪 承载力将会 有 所下降 连接件长度必须满足抗拉拔要求 连接件 的承 载性能不仅与其受力状态 有关 还 与 自身尺 寸 混凝土强度等有关 另外 处 于纵 横桥 向的水 平剪力以及拉拔力的作用 有时需要不同长度焊 钉连接件的混合使用 需要探讨长度更大的焊钉 连接件 的抗剪刚度 强度等力学性能 分析研 究使 用 的可靠性 另外 组合箱梁在支点处采用双层组 合时 钢梁下翼缘板通过开孔板 与混凝 土接 合是 较好 的选择 6 总结 中环线龙东大道立交桥 的变 高度组合连续 梁 充分利用钢与混凝 土两种材料 的优点 由钢 梁与 混凝土桥面板两种材料通过连接件结合形成整体 结构 设计除了采用桥 面板分步 间断施工法 以及 双层组合结构 还采用 了支点升降法等技术 措施 充分把握施工过程 合理运用设计施工手段 改善 结构受力性能 促进力 的合理分布 已达到结构 安 全 经济合理 的 目的 本工程最终经济指标 为 钢材 3 3 2 k g m 预 应力 1 6 5 k g m 混凝土 0 3 3 7 m 3 m 剪力钉 9 9 个 m 2 上接 第 2 8页 3 5 分 析 与 结论 强夯试验获得 了理想 的结果 它大大地提高 了该路段路基土的密实度和土质的均匀性 提高 了土基 的强度和抗变形能力 其地基承载力 地基 沉降以及回弹模量均满足设计要求 即可