本站原创摘 要:在公路建设中,如何控制和管理好软土地基的施工,做到既经济有效又安全可靠,对减小路基沉降、保证路基基底的强度、刚度和稳定性,处理后的路基满足规范要求,保证路基的稳定性和耐久性至关重要,文章就这一技术问题作分析.
关 键 词:强夯法处理软土路基
中图分类号:TU74文献标识码:A文章编号:1007-3973(2010)07-009-03
强夯法,是指利用带有脱钩装置的履带式起重机或其它专用设备,反复将夯锤提升到一定的高度,使其自由落下,给地基以强大的冲击和振动能量,将片石、碎石等材料夯入软土地基中,直至下部良好持力层形成柱状加固体与天然土体共同承担荷载地基的施工方法.软土地基主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙比大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成,其地下水位高,上方的填方及构造物稳定性差且易发生沉降.
1工程概况
本工程特殊路基主要有软土、淤泥等,地下水位埋深0.0m~4m.表层为:黄褐色素填土,以粘性土为主,含砂砾,下为淤泥、淤泥质亚粘土,青灰色~灰黑色,呈软塑~流塑状态,局部有机质富集,深度在2~4m左右.
根据本工程的特点,软土路基采用滚填片石强夯进行路基处理,以达到基地稳定和耐久性.
2强夯的技术特点
(1)适用各类土层:可以用于加固各类砂性土、粉土、一般粘性土、黄土、人工填土,特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土,结合其它技术措施亦可用于加固软土地基.
(2)应用范围广泛:可应用于工业与民用建筑、重型构筑物、设备基础、机场跑道、堤坝、公路路基和铁路路基、贮仓、堆场、油罐、桥梁、港口码头、核电站、人工岛等.
(3)加固效果显著:地基经强夯处理后,可明显提高地基承载力、压缩模量、增加干密度、减少孔隙比,降低压缩系数、增加场地均匀性,消除湿陷性、膨胀性,防止振动液化.
(4)施工机具简单:强夯机具主要为履带式起重机.当起吊能力有限时,可辅以龙门架等设施.
(5)节省材料:一般的强夯处理是将原状土施以能量,本工程强夯施工前先铺设毛片石作为工作垫层,以满足机械施工需要.
(6)节省造价:由于强夯工艺简单,且效果显著.除了消耗油料和石料外,没有其它消耗.
(7)施工简单快捷:强夯法施工简单、快捷,强夯设备便于调运.
3工程实例
(1)本项目施工前,首先对路段进行了试夯,试夯区域经检测合格后,再根据试夯区的施工参数,在场地大范围推广施工.
(2)原设计滚填0.8m-1.2m厚片石,经过试验段试验不能满足机械施工要求,后调至1.5m仍不能满足机械施工要求.通过以上试验,找到了工作垫层不能满足机械工作的原因,针对主因,将滚填片石厚度增至2.0m厚,可以满足施工要求,故将滚填片石厚度由原设计的0.8-1.2m,增加到2.0m厚.
(3)该方案是将地表水排水疏干后,利用强夯破坏淤泥质粘土的结构,产生超孔隙水压力,通过裂缝形成排水通道,使孔隙水顺利溢出,待超孔隙水压力消散后,土体固结.夯坑底部形成一层超压实硬壳层,其承载力可比夯前提高2~3倍.
(4)强夯前要求拟加固的场地必须有一层稍硬的表层,在施工前滚填2.0m毛片石作为工作垫层,使其能支撑起起重设备,并便于对所施工的“夯击能”得到扩散,同时也可加大地下水位与地表面的距离.回填的毛片石粒径应在10~30cm之间,其抗压强度应不小于30Mpa,片石中部厚度不应小于15cm.
(5)片石填筑前先测量,用白灰弹出内外边线,在施工中严格控制碎石嵌挤的施工厚度和平整度.片石用自卸汽车运至施工地点.分层填筑,按水平分层,先低后高.根据现场情况先后两侧式卸料,并用挖掘机配合推土机推平.
(6)强夯施工机械采用带有自动脱钩装置的履带式起重机,夯锤采用10t(落距10m),底面直径2.25m的圆形铸铁锤,有效加固深度≮5m.夯点的夯击次数按试验段试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定.第一步:低能量满拍两遍,满拍夯击能600kN.m,夯点彼此搭接1/3夯锤直径连续夯击,单点夯击2击,第二步:点夯,间距6.0m,夯点位中间穿插进行,正方形布置点位,单点夯击8-12击(以最后两击的平均夯沉量不大于5cm作为止夯条件),第三步:低能量满拍两遍,满拍夯击能600kN.m,夯点彼此搭接1/3夯锤直径连续夯击,单点夯击2击.施工时保证地下水位低于夯坑底面以下2m,当夯坑底集水影响施工时,采用人工及时排除积水.
(7)强夯过程中,不断测量各标点标高,通过测定夯击后各测点的位移量,计算各点夯实后的下沉量.
4强夯施工试验检测
4.1试验检测目的
确定场地地基承载力特征值fak是否满足设计要求的120kpa,计算地基变形模量.
4.2试验检测方法
采用浅层平板静荷载试验进行.
4.3试验检测概述
根据规范,结合现场条件,随即选取3点进行静荷载试验检测点,承压板面积为0.5m2,各试验点均每级加载30kpa,分8级加载,最大加荷值为240kpa.
4.4试验检测设备
采用强夯机作为反力装置,用油压千斤顶配合压强传感器控制加、卸载量,用位移传感器测量地基沉降量,示意图如下:
设备安装正视图
4.5试验检测流程
整平试验点至设计标高→安放荷载板、油压千斤顶→安装配重→安装试验用仪表→分级加载试验→分级卸荷→整理试验资料.
4.6加卸荷及沉降稳定标准
各试验检测点均每级加载30kpa,分8级加载,最大加荷值为240kpa,首级均加载两级,每级卸载均为加载量的两倍.
沉降及稳定标准:试验采用沉降相对稳定法静荷载试验,每加一级荷载,加压前后各读记承压板沉降量一次,以后按15min,15min,30min,30min,30min读记.当一小时内垂直变形增量小于等于0.1mm时,才进行下一级荷载.每级卸载后,间隔30min读记沉降量.
4.7当出现下列情况之一时,终止加载
(1)垂直变形急剧增大,土被挤出或承压板周围出现明显的裂缝.
(2)在某级荷载下24小时沉降速率不能达到相对稳定标准.
(3)累计的垂直变形量已大于压板直径的6%.
(4)当达不到极限荷载,而最大加载压力以大于设计要求压力值的2倍.
5地基承载力特征值的确定标准
(1)当压力―沉降曲线上极限荷载能确定,其值不小于对应比例界限的2倍时,取比例界限,当其值小于对应比例界限的2倍时,取极限荷载的一半.
(2)当压力―沉降曲线是平缓的光滑曲线时,可按相对变形值确定:根据设计对沉降的要求和地基土的材料,取s/d0.015所对应的压力(s为荷载试验承压板的沉降量,d为承压板的边长).
(3)按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半.
6试验资料的整理和分析
6.1资料整理
首先根据试验资料,绘制出静载荷试验p―s曲线.
6.2各试点处极限荷载值的确定
各试验点处极限荷载值均未达到.
6.3各试点地基承载力特征值的确定
根据地基静荷载试验P―s曲线及相关数据,依据上述规范,各地基试验点处取最大加载值的一半作为地基承载力特征值.
6.4变形模量的确定
根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001),浅层平板载荷试验的变形模量E0按下式计算:
E0等于I0(1-2)pd/s
式中:I0―刚性承压板系数,原板取0.785,
―土的泊松比,砂土取0.3,
d―承压板直径0.8m,
P―P-s曲线线性段的压力(kpa),
s―与p对应的沉降量(mm).
7试验检测结果
7.11#试验点
试验点处极限荷载值未达到,按相对变形值确定的地基承载力特征值大于最大加载量的一半,故取最大加载值(240kpa)的一半作为地基承载力特征值(120kpa).对应变形模量E0为51.95Mpa.
1#试验点地基静载试验汇总表
7.22#试验点
试验点处极限荷载值未达到,按相对变形值确定的地基承载力特征值大于最大加载量的一半,故取最大加载值(240kpa)的一半作为地基承载力特征值(120kpa).对应变形模量E0为53.16Mpa.
2#试验点地基静载试验汇总表
压板面积:0.5m2
7.33#试验点
试验点处极限荷载值未达到,按相对变形值确定的地基
承载力特征值大于最大加载量的一半,故取最大加载值(240kpa)的一半作为地基承载力特征值(120kpa).对应变形模量E0为56.21Mpa.
本次共进行了3点地基静载荷试验,场区地基土承载力特征值fak满足设计要求的≥120kpa.
8结语
在地基强夯加固施工实践中,采用强夯法处理路基的地段,采取了科学的管理方法,选择合适的强夯参数指导施工,地基土体在加固后其强度得到明显提高.通过后期的检测分析,土体沉降稳定,地基承载力达到设计要求.
软土地基的处理质量直接影响到路基的基础承载力,也是保证道路建成后安全、高效运营的关键.软基处理在道路工程中比较常见,软基处理方法也很多,并且对其它的软基处理方法在理论上也做了一定的学习,为将来的施工实践打下了坚实的理论基础.