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连徐高速公路和液化地基干振碎石桩

时间:2006-10-03  来源:  编辑:  浏览:7138次
尤其是邳州市境内及其以西的废黄河黄泛平原表层,亚砂土和粉细砂所占比例较大,而且多处于松散状态,加之地下水位较高,又处于饱和状态…但采用干振碎石桩来处理高速公路液化地基,国内尚无先例…同时沿线地震基本烈度处于~度区,这些构成了砂土液化的基本条件…碎石桩是指用振动冲击和水冲等方式在软弱地基中成孔后,将碎石挤压入土孔中,形成由碎石所构成的密实桩体,在《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》
连徐高速公路和液化地基干振碎石桩摘 要:干振碎石桩由于能克服振冲法在施工中耗水量大和泥浆污染的缺点,近年来在国内得到了较多的应用,但用来处理高速公路液化地基,国内尚无先例。本文结合连徐高速公路液化地基的处理,对干振碎石桩的试验方案、施工工艺和质量检验进行了较详细的阐述。

关键词:高速公路 液化地基 干振碎石桩 试验

1 概述

  连(云港)徐(州)高速公路地处苏北平原北部,沿路线从东向西依次为滨海海积平原、沂沭河冲积平原、黄泛冲积平原和山间盆地。海积和冲积平原广泛沉积了第四纪全新世(Q4)砂土和亚砂土(即各类低液限粉土、粉质土)及Ip<10的低液限粘土。尤其是邳州市境内及其以西的废黄河黄泛平原表层,亚砂土和粉细砂所占比例较大,而且多处于松散状态,加之地下水位较高,又处于饱和状态。同时沿线地震基本烈度处于7~8度区,这些构成了砂土液化的基本条件。

  经对可液化土层在相应地震烈度下液化势的分析计算,根据部颁《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)要求,应采取适当的地基加固措施,但如何在地基加固处理措施和工程投资之间寻求平衡是一个十分困难的问题。

  碎石桩是指用振动、冲击和水冲等方式在软弱地基中成孔后,将碎石挤压入土孔中,形成由碎石所构成的密实桩体,在《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96)中称之为粒料桩。

  干振碎石桩是一种采用预沉导管、重锤振动压入工艺施工的碎石桩,它克服了振冲法在施工中耗水量大和泥浆污梁的严重缺陷,近年来在国内得到了较多应用。但采用干振碎石桩来处理高速公路液化地基,国内尚无先例。

  干振碎石抗处理液化地基的原理主要是振密和挤密作用和排水减压作用。

  连徐线采用干振碎石桩处理液化地基是我省首次在高等级公路工程上采用这一方法,为了达到有效而经济的目的,必须合理选择各个设计参数。因此,为了验证设计所采用的参数以及检验碎石桩的加固效果,在徐州E-7标段开展了干振挤密碎石桩的试验研究工作。

2 试验研究方案

  根据场地工程地质条件,选择在E-7标段K218+890~K218+900作为试验区。在试验区内采用两种桩间距1.4m和1.6m,桩径500mm,桩长10.0m,均为正三角形布置,面积置换率1.4m桩距时为12%,1.6m间距时为9%。每根桩的碎石灌注量按充盈参数1.3考虑,采用平底活页式走管打桩机施工。

  主要试验内容有:孔隙水压力测试、复合地基载荷试验及抗液化加固效果检验。

2.1 孔隙水压力测试

  分别在1.4m和1.6m桩距试验区,各埋设5只孔压计,深度为别为2m、4m、6m、8m、10m,以测量干振碎石桩施工时孔隙水压力的变化规律及成桩后孔隙水压力的消散规律。

2.2 复合地基载荷试验

  分别在两个试验区选择代表性的单桩及双桩各做二组载荷试验,以确定碎石桩复合地基的承载力和变形特性,同时测定桩土应力比及孔隙水压力的变化,分析复合地基的力学性状。

2.3 抗液化加固效果检验

  在成桩完毕后分别采用静力触探试验(CPT)、标准贯入试验(SPT)和瑞利波法(S∧SW)进行检测,研究抗液化加固效果以及随时间的变化规律。

3 试验主要结论

  (1)干振碎石桩可以有效地加固可液化地基,本区加固后的检验成果表明,无论采用1.4m桩距还是采用1.6m桩距,加固后均消除了液化;达到设计目的。

  (2)干振碎石桩加固可液化地基可以大大提高地基承载力,载荷试验结论表明,两种桩距处理后的复合地基容许承载力比处理前提高了1倍左右,均达到或超过了设计要求(150KPa)。

  (3)干振碎石桩主要依靠振动和挤密作用加固地基,施工时土层中产生超孔隙水压力,其影响范围可达到5m,且随距离增大而衰减,其衰减规律基本符合△u=γβ,实测β值约为-0.65。

  (4)挤密作用是决定干振碎石桩加固地基效果的控制,因素干振碎石桩在其桩长一半处对地基的振动、挤密效果最明显,因而加固效果最好,而地表处加固效果稍差。

  (5)干振碎桩有效加固范围约为3~3.5d(d为桩径),本试验桩距1.4m和1.6m加固效果相当。因此,从技术经济角度出发,可以适当加大桩距。

  (6)干振碎石桩能有效地加速地基排水固结,施工或加荷引起的超孔隙水压力很快消散,5h内均消散完毕,因而经碎石桩处理的复合地基可以提高加荷速率。

  (7)干振碎石桩复合地基桩土应力比可取为2~3。

  (8)干振碎石桩成桩后,地基强度随龄期有一定的增长,但幅度较小。

  (9)干振碎石桩抗液化加固效果可以采用标准贯入试验(SPT)、静力触探试验(CPT)和瑞利波法(S∧SW)来检验,三者之间具有很好的一致性。

  (10)瞬态瑞利波法(S∧SW)能快速有效地检验碎石桩加固效果,对高速公路这种大型工程特别适用,VS与N63.5之间具有良好的相关关系,即。

4 施工工艺

4.1 准备工作

  (1)编写施工组织设计,经审批后方可施工;

  (2)清理平整场地,清除高空和地面障碍物;

  (3)测量放线,测量地面整平后的标高;

  (4)布设桩位,桩间距及形式按设计文件,桩间距允许偏差为±10cm,在灌注桩和构造物基础施工前必须完成碎石桩;

  (5)机械设备需采用走管式振动沉桩机,内置平底活页式桩尖;桩管直径一般应为377mm;并设有二次投料口,最大沉桩深度能达20m左右;锤重≥35kN,工作电流100A左右;激振力≥280kN;配套发电机功率≥120kW;容积相等的小推车数辆;

  (6)准备碎石,碎石级配以自然级配为宜,最大粒径不超过4cm,含泥量不大于5%。

4.2 碎石桩施工

  (1)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。

  (2)桩基就位,校正桩管垂直度≤1.5%;校正桩管长度并符合设计桩长;设置二次投料口在桩管中间以上部位;在桩位处铺设少量碎石;

  (3)边振动边下沉至设计深度,每下沉0.5m留振30s;

  (4)稍提升桩管使桩尖打开;

  (5)停止振动,灌料、直至灌满为止;

  (6)启动拔管,拔管前留振1min,以后边振动边拔管,拔管速度需均匀且每拔管1m留振1min;

  (7)根据单桩设计碎石用量确定第一次投料的成桩长度(约为桩管长度一半),进行多次反插直至桩管内碎石全部投出;

  (8)提升桩管,开启第二投料口并停止振动,进行第二次投料直至灌满;

  (9)启动拔管,边振动边上拔,并进行多次反插,至管内碎石全部投出;反插深度应小于桩管长度的一半;

  (10)提升桩管高于地面停止振动,进行孔口投料(第三次投料)直至地表;

  (11)启动反插,并及时进行孔口补料至该桩设计碎石用量全部投完为止;孔口加压至前机架抬起,完成一根桩施工;

  (12)碎石灌入量按每延米0.22~0.23m3计算;

  (13)提升和反插速度必须均匀;反插深度由深到浅,每根桩反插次数视情况而定,一般不得少于12次;

  (14)施工过程中应及时挖除桩管带出泥土,孔口泥土不得掉入孔中;

  (15)施工过程中应记录沉桩深度、制桩时间、每次碎石灌入量、反插次数等;

  (16)施工过程中如发现土层中夹有大于1.0m厚的淤泥层或沉桩困难应立即停工,并报告有关部门及时处理;

  (17)施工完毕,测量整平标高,整理施工记录。

5 质量检验

  施工过程必须严格执行施工工艺,检查施工记录,施工完毕必须进行检测,以检验处理效果。

5.1 检验方法

  (1)单桩碎石灌入量检查;

  (2)对桩间土采用标准贯入试验;

  (3)采用瑞利波法(S∧SW)检验复合地基效果。

5.2 检测时间

  在施工结束7d后即可进行。

5.3 检验频率

  (1)单桩碎石量检查按规定频率随机抽查;

  (2)标准贯入试验以桩数的1%控制;孔位随机布置,特殊地段适当加密;

  (3)瑞利波法按1点/40m,在中心线两侧各15m处交叉布点。

5.4 检验标准

  (1)单桩碎石灌入量应不少于0.224m3/m;

  (2)桩间土标准贯入试验N63.5≥8击,则认为处理达到要求;

  (3)瑞利波测试测出剪切波速Vs≥200m/s,则处理效果达到设计要求;否则,应加测标准贯入试验,如N63.5≥8击,方可认为达到设计要求;

  (4)如不满足设计要求,应查明原因并采取相应措施。

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