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【摘 要】近年来随着长三角经济的快速发展,交通流量迅猛增长,我国许多4车道高速公路已无法满足通行需求,迫切需要进行扩建改造,沪宁高速公路“不高速”,经常出现拥堵,已不能适应经济社会发展的需要,亟待擴建。但相对于高速公路的新建,扩建工程难度更大,面临着路基桥梁拼接、互通改建、交通分流组织等一系列难题。沪宁高速公路不仅是我省第一条扩建的高速公路,也是全国首条在不中断交通的情况下全线扩建的高速公路,施工过程中遇到的困难尤其多。
【关键词】工程地质;地基沉降;软土地基
Discussion on soft soil base problem in highway construction
Luo Ke-yong
(China Western China Engineering Design Construction Co., Ltd. Wuxi Jiangsu 214125)
【Abstract】In recent years, with rapid economic development in the Yangtze River Delta, the rapid traffic growth, many of our 4 lane highway access has been unable to meet demand, an urgent need for expansion of transformation, the Shanghai-Nanjing Expressway “not high”, often congested, has been can not meet the needs of economic and social development in urgent need of expansion. But compared to the new highway expansion project more difficult, facing the bridge embankment splicing, interoperability alterations, traffic diversion and a series of organizational problems. Shanghai-Nanjing Expressway is not only the first expansion of the highway in our province, but also the country's first traffic without interruption across the board extension of the highway under construction, especially the difficulties encountered in the process more.
【Key words】Engineering geology; Foundation settlement; Soft base
概论 在沪宁高速公路建设过程中,我们积累了在江苏省的软土环境下建设高速公路的大量经验,对路基沉降有了一定的研究。在这次沪宁高速公路扩建工程中,我们计划使用无沉降技术处理该工程路基。虽然这具有一定难度,但使用该技术,能有效地减少甚至避免路基沉降在工程结束以后,对路体造成的剪切力破坏,保证路体的稳定性。
正文 解决问题:软基处理的目的主要是使建筑物修建以后能正常使用,对高速公路路堤来讲也就是保证,路堤不会产生局部和整体剪切破坏,满足强度及稳定性要求;公路使用期不致发生较大的沉降和不均匀沉降,以保证路面结构完整和车辆高速平稳行驶。江苏东段沿线软土以淤泥质粘性土为主,含水量为35%~50%,承载力为50~70KPa,软土有一定埋深。极个别地段埋有含水量达200%的有机质土,由于土层很薄,仅0.3~0.8m,且埋深达5~8m,对路堤的稳定和沉降影响很小。关于软土的定义目前尚无一致意见,国内一般把孔隙比大于1的粘性土叫淤泥质土,也划归软土范围。
1. 关于高速公路沉降控制标准,目前采用的方法有固结度法,沉降速率法以及工后沉降量法三种
所谓固结度法是指路堤修筑后,地基的固结度达80%~90%后再修筑路面,从概念上讲,此时绝大部分的沉降量已发生,残余沉降不会很大,但当总沉降量很大时,即使尚有10%~20%固结度未完成,今后在使用期仍有可观的沉降量发生,这是此法的缺点。
沉降速率法是在路堤修筑以后观测沉降变化过程,当沉降速率小于某一数值(如10mm/月)后再铺设路面,根据观测到的沉降变化过程还可推算出今后尚可能发生的沉降量,此法较为合理,但需建立现场沉降观测资料,施工期限也较难预估。
工后沉降法是以公路在整个运用期可能发生的沉降量大小进行控制,一般认为高速公路运行15~20年后即需进行大修。工后沉降的时间范围有的从铺设路面时开始,也有从铺完路面后算起的。由于铺设路面所增加的荷载,对软土地基有时会产生可观的沉降量,我们认为还是以铺设路面开始算为好,因铺上路面以后所发生的沉降必然影响到路面的质量。
工后沉降的控制标准,目前国内普遍采用的是桥头接坡处不超过10cm,一般路堤不超过30cm,沪宁高速公路江苏段也采用了此标准,我们认为是合理的,这是因为桥墩桥台的基础通常都采用桩基础,本身沉降极小,如桥头填土的沉降过大,则车辆通过时会产生严重跳车,因之要求较严格。至于一般路段,填土高度及地层情况均是渐变的,虽然总沉降量较大,而不均匀沉降仍相对较小,故可适当放宽。控制工后沉降的根本目的是使道路纵坡和横坡不致因沉降差而造成路面结构的损坏以及高速行驶中的车辆平稳和舒适。至于通道及涵管等人工构筑物衔接处的工后沉降,一般亦按桥头的控制标准。我们认为可根据构筑物地基的不同处理方法可适当放宽,如构筑物基础采用的桩基础,则两侧填土工后沉降限制为10cm,如采用浅层处理,或者堆载预压而后反开挖修建构筑物,因此时构筑物和路堤基本是同步下沉的,则允许沉降可放宽至20~30cm,此时通道的底部高程应适当提高。 [1]
沪宁高速公路扩建中,我们通过反复的人工预压,使得地基的固结度达95%以上之后,才按计划开始逐层铺设各种质地的总共数十层基层,并且每层都反复数次压实。如此一来,公路建好后的沉降几乎可以不记,最多也不过一两个厘米,便确保了今后路面结构的完整和车辆的高速平稳行驶。
2. 评价
固结沉降计算方法的建议目前关于固结沉降计算的方法很多,归纳起来,有取实际压力变化范围的e-p′曲线法,采用100~200KPa压力范围的压缩系数法、e-lgp′曲线法和有限元法。
从设计单位获得的土工试验资料来看,各单位提供的土压缩性指标以快速法求得的压缩系数aV1-2(或E1-2)较为丰富,e-p′曲线不足五分之一,e-Lgp′曲线只有20多个断面资料,另外4个标段16个断面的三轴试验成果还是后期补充的。问题的关键是,如何充分利用现有的资料估算沉降量,满足生产的需求。
为估计常规计算方法适用性,表1列出了用压力为100~200KPa所对应的压缩系数aV1-2降量进行比较。可知a V1-2法算得到的沉降量一般大于e-Lgp′法。这是因为a V1-2法没有考虑应力历史的影响的原故。两者的差异,可以用MS1表示超固结影响系数,一般在0.70~0.93之间。MS1 系数小至0.45的情况,是由于先期固结压力高,堤身低,软土层分布又接近于上层的原故;也有MS1大于1.0的情况,是由于所估算断面处的先期固结压力较小,堤身高,软土分布在下层属正常固结土。压缩变形采用Cc计算的原故。
基于沪宁高速公路建设期间的数据,利用软基处理汇总程序包用于汇总地基钻孔资料,原设计方案和变更设计方案的成果,程序包分为两个处理模块,第一个模块用于按图示比例生成地质钻孔图和设计方案汇总表;第二个模块用于生成地质钻孔简图以及地基土层的各种参数表。两个模块可以分开运行,也可连接运行。本程序包全部采用autolisp语言编成,由于工作在autoCAD环境下使得图表和图形比较容易地合为一体;同时也简化了设计方案中复杂数据形式的处理。
分析:如果在沪宁高速公路扩建工程能够打破以往的常规,使得路基沉降在建设工期内大体上完成的话,这对于工程建成后的保养是大有好处的。但是,在开始时技术上却仍然是很有难度的。
而要实现这个目标,首先,南京一带的软土地层还算比较结实,沪宁高速公路各段观测到的沉降量在7~40cm左右,不像苏北地区有的地段甚至经不起压实处理;其次这在技术上,国内已经积累了大量经验,经过相关的专家,学者的长期考证,认为这是可以通过技术攻关最终达到的。
3. 解决方案
3.1 锯齿状接触部分逐层接合。
3.2 特别的技术处理外四车道地基。
3.3 与外部新建四车道一起重新铺设内部四车道面层。
3.4 通过交通管制进行不封闭施工作业。
4. 地基处理方法
地基处理方法,可以按地基处理原理、地基处理的目的、处理地基的性质、地基处理的时效、动机等不同角度进行分类。
4.1 处理方法。
该高速公路是江苏省内的重要通道,对江苏经济的发展具有重要的意义。全线经详细勘察试验。查明了路线穿越区的特殊土(包括:盐渍土、软土、软弱土)的分布规律t查明了路线穿越区的不良地质(砂土液化)的分布特点和液化等级类型。
通过勘察、土工试验成果、标准贯人试验经综合分析整理井结合静力触探,统计显示路线穿越区的软土,软弱土呈两种类型分布。一类是连续区段分布,另一类是呈透镜体状的不连续区段分布。对于该软土、软弱土,总的指导思想是:首先分析各区段的硬壳层的厚度、地层岩性,软土、软弱土的厚度、特性之后,根据硬壳层,软土,软弱土的地层特点,进行地基沉降、稳定验算;根据验算结果以及《软土地基路堤设计规范》的沉降容许值,对沉降超限区段可依次采取以下处理措施:
(1)砂垫层+土工格棚(土工格室)+堆载预压(超载预压)的处理方式(主要针对一般控制段)。砂垫层+土工格栅(土工格室)+超载预压主要针对低路基(填方小于2.5米)段。若表层出露即为软土、软弱土则设砂垫层(对于填方2.5米以下低路基段采用土工格室).硬壳层在1.5米以上则不设砂垫层。
(2)砂垫层+土工格栅+竖向排水体(袋装砂井)+堆载预压的处理方式(主要针对一般控制段)。
(3)土工格栅+深层水泥土搅拌桩的处理方式(主要针对桩基础两侧及箱形基础下部及两侧沉降主控制段及次控制段)。
(4)强夯置换法的处理方式(主要针对非饱和状态软弱土段桩基础两侧及箱形基础下部及两侧沉降主控制段及次控制段)。
4.2 设计标准。
根据全线软土、软弱土分布区段桥涵构造物基础类型不同,将其划分为以控制工后沉降为目的的3个类型控制区段。
桩基础构造物桥台两侧各30米区段作为沉降主控制段
箱型通道及涵洞两侧20米区段作为沉降的次控制段
其它作为一般控制段
(1)控制段的工后沉降容许值不大干10cm
(2)次控制段的工后沉降容许值不大于20cm
(3)一般控制段的工后沉降容许值不大于30cm
5. 软基处治方案
5.1 砂垫层的设计标准。
对于前述各地质单元模型中砂垫层的设计标准是:砂垫层的材料为中砂及粗砂,含泥量不大干3%,砂垫层的宽度要适当大干路堤底宽,以防止在施工过程中由于施工机械的破坏影响垫层的有效作用(两侧各宽出0.5米左右);砂垫层厚度0.5米,同时,为了增加地基土的抗剪强度,提高路堤的整体稳定性,达到排水及隔离的作用,通常尚需在砂垫层中铺设土工格栅。
5.2 袋装砂井的设计标准。
根据工作区软土,软弱土分布区段的地层结构特点,配合堆载预压的竖向排水体以采用袋装砂井为宜。袋装砂井按等边三角形布置。袋装砂井的直径为7 cm。砂袋材料采用透水性能良好的土工织物(聚丙烯纺织物)。砂井的井间距为1.2米,砂井的深度一般应穿透软土、软弱土层,有条件时,砂井底部应至透水层为宜。
5.3 深层水泥土搅拌桩的设计标准:
桩基础两侧、箱形基础下部及两侧采取深层水泥土搅拌桩的处理方法,搅拌桩按正三角形布置,桩径0.5米,桩间距1.0~1.4米,桩间距由密到疏进行渐变,水泥掺入量为加固土体质量的1 5%;水灰比0.5。桩体2 8天无侧限抗压强度不低于1.5MPa,90天单桩承载力不小于1 50KN。单位复合地基承载力不小于150KPa,水泥采用4 2 5号矿渣水泥。对构造物下部处理区段应考虑基础埋深.基础埋深范围内可不再喷浆搅拌。
5.4 强夯置换法的设计标准。
根据项目区软土、软弱土分布及发育特点。针对这部分土体的特点我们采用强夯置换法进行处理,目的是提高地基承载力减少沉降。强夯置换材料为级配碎石,粒径大于300mm的颗粒含量不超过30%,含泥量要求小于1 0%。为减少投资.填料可用建筑垃圾代替,要求建筑垃圾为级配良好的坚硬粗颗粒材料,粒径大于300ram的颗粒含量不超过3 0%。含泥量要求小于1 0%,对保护环境和地下水资源不受影响。夯锤质量为5~10t,落距采用1 0米,夯锤底面为圆形,直径2米。夯坑为等边三角形布置,间距4米。处理后单位复合地基承载力不小于150KPa。强夯置换墩的深度由土质条件及上部荷载决定,一般为3米,处理范围至路基坡脚。对每一处理区段强夯施工前须进行试夯.确定夯击能及夯击次数,调整设计参数。对构造物下部处理区段应考虑基础埋深.應先开挖至基础埋置深度再施工强夯置换墩。
5.5 土工合成材料的作用机理。
在砂垫层中间铺设一层具有一定强度的土工合成材料,增加了地基土的抗剪强度,提高了路堤的稳定性.同时复合体具有一定的刚度。上部荷载得到有效的调整,使差异沉降减少,均匀度好。由于复合体能承受较大拉力,地基受力变小,路堤中心沉降明显减小。由于土工合成材料与砂垫层的整体作用,不仅减少了不均匀沉降,而且还可减少地基的总沉降,适应路堤的快速填筑,而荷载的迅速增加.加快了软土的固结作用.从而使沉降加快。减少后期沉降,形成一种良性循环。
5.6 预压。
路堤工程;对软土地区的天然地基或竖向排水体地基,利用路堤填土预压并不需要移去土体,预压的实施.主要体现在分级加荷,每级加荷的稳定性依赖于前一级预压后强度的提高。该情况下,软土地基总沉降量并不减小.只是大部分的沉降在施工期完成,可有效减小工后沉降。
排水系统是一种手段,如果没有加压系统,孔隙中的水没有压力差就不会自然排出,地基也就得不到加固。反之,如果只增加固结压力,不缩短土层的排水距离.则不能在预压期尽快地完成设计所要求的沉降量。
6. 结论
(1)软基处理是高等级公路建设中的一个关键环节,地基处理的成败直接关系到高速公路的使用性能,应当引起我们的高度重视,从地质勘察、设计到沉降观测都应合理安排,尤其是施工中的沉降观测对施工组织、工期起着重大作用。
(2)桥头跳车是影响高速公路使用质量的关键,应慎而又慎,最可靠安全的办法就是采取措施使总沉降在“工前”基本完成,在所有的处理方案中,只有固结排水加等载或超载预压方案最为经济合理,但需要时间。复合地基可在短时间内提高承载力,减少总沉降,但费用较高,对于桥头软基一般还需要(等载或超载)预压才能满足沉降要求。选择何种处理措施应视地质情况、构造物特点及填土高度等不同而不同。
(3)利用路堤堆载预压是最经济的处理方案,它对沪宁高速公路路基软土性质并不很差,又普遍存在粉砂夹层的中低路堤的路段来说,它的加固效果实在,消除工后沉降作用明显。当工后沉降仍不满足要求时,还可采用等或超载预压的办法使之满足工程设计要求。
(4)砂垫层在高速公路中仅起排水固结界面的作用,砂垫层的砂料可用其他具有一定透水性材料替代,为防泥污染,对结合土工织物的砂垫层的厚度,可由50cm减薄至30cm。
参考文献
[1] 《沪宁高速公路常州东(DE)及丹阳(E)标段》 软土地基处理的设计与施工 刘亚楼 丁军华「江苏省交通规划设计院南京210005」 沪宁高速-论文集
[2] 《沪宁高速公路江苏段工程地质、地基沉降及地基处理评估总报告》徐泽中殷宗泽蔡家范许道化等「河海大学南京210024」「江苏宁沪高速公路股份公司南京210049」
[文章编号]1006-7619(2010)09-19-845
【关键词】工程地质;地基沉降;软土地基
Discussion on soft soil base problem in highway construction
Luo Ke-yong
(China Western China Engineering Design Construction Co., Ltd. Wuxi Jiangsu 214125)
【Abstract】In recent years, with rapid economic development in the Yangtze River Delta, the rapid traffic growth, many of our 4 lane highway access has been unable to meet demand, an urgent need for expansion of transformation, the Shanghai-Nanjing Expressway “not high”, often congested, has been can not meet the needs of economic and social development in urgent need of expansion. But compared to the new highway expansion project more difficult, facing the bridge embankment splicing, interoperability alterations, traffic diversion and a series of organizational problems. Shanghai-Nanjing Expressway is not only the first expansion of the highway in our province, but also the country's first traffic without interruption across the board extension of the highway under construction, especially the difficulties encountered in the process more.
【Key words】Engineering geology; Foundation settlement; Soft base
概论 在沪宁高速公路建设过程中,我们积累了在江苏省的软土环境下建设高速公路的大量经验,对路基沉降有了一定的研究。在这次沪宁高速公路扩建工程中,我们计划使用无沉降技术处理该工程路基。虽然这具有一定难度,但使用该技术,能有效地减少甚至避免路基沉降在工程结束以后,对路体造成的剪切力破坏,保证路体的稳定性。
正文 解决问题:软基处理的目的主要是使建筑物修建以后能正常使用,对高速公路路堤来讲也就是保证,路堤不会产生局部和整体剪切破坏,满足强度及稳定性要求;公路使用期不致发生较大的沉降和不均匀沉降,以保证路面结构完整和车辆高速平稳行驶。江苏东段沿线软土以淤泥质粘性土为主,含水量为35%~50%,承载力为50~70KPa,软土有一定埋深。极个别地段埋有含水量达200%的有机质土,由于土层很薄,仅0.3~0.8m,且埋深达5~8m,对路堤的稳定和沉降影响很小。关于软土的定义目前尚无一致意见,国内一般把孔隙比大于1的粘性土叫淤泥质土,也划归软土范围。
1. 关于高速公路沉降控制标准,目前采用的方法有固结度法,沉降速率法以及工后沉降量法三种
所谓固结度法是指路堤修筑后,地基的固结度达80%~90%后再修筑路面,从概念上讲,此时绝大部分的沉降量已发生,残余沉降不会很大,但当总沉降量很大时,即使尚有10%~20%固结度未完成,今后在使用期仍有可观的沉降量发生,这是此法的缺点。
沉降速率法是在路堤修筑以后观测沉降变化过程,当沉降速率小于某一数值(如10mm/月)后再铺设路面,根据观测到的沉降变化过程还可推算出今后尚可能发生的沉降量,此法较为合理,但需建立现场沉降观测资料,施工期限也较难预估。
工后沉降法是以公路在整个运用期可能发生的沉降量大小进行控制,一般认为高速公路运行15~20年后即需进行大修。工后沉降的时间范围有的从铺设路面时开始,也有从铺完路面后算起的。由于铺设路面所增加的荷载,对软土地基有时会产生可观的沉降量,我们认为还是以铺设路面开始算为好,因铺上路面以后所发生的沉降必然影响到路面的质量。
工后沉降的控制标准,目前国内普遍采用的是桥头接坡处不超过10cm,一般路堤不超过30cm,沪宁高速公路江苏段也采用了此标准,我们认为是合理的,这是因为桥墩桥台的基础通常都采用桩基础,本身沉降极小,如桥头填土的沉降过大,则车辆通过时会产生严重跳车,因之要求较严格。至于一般路段,填土高度及地层情况均是渐变的,虽然总沉降量较大,而不均匀沉降仍相对较小,故可适当放宽。控制工后沉降的根本目的是使道路纵坡和横坡不致因沉降差而造成路面结构的损坏以及高速行驶中的车辆平稳和舒适。至于通道及涵管等人工构筑物衔接处的工后沉降,一般亦按桥头的控制标准。我们认为可根据构筑物地基的不同处理方法可适当放宽,如构筑物基础采用的桩基础,则两侧填土工后沉降限制为10cm,如采用浅层处理,或者堆载预压而后反开挖修建构筑物,因此时构筑物和路堤基本是同步下沉的,则允许沉降可放宽至20~30cm,此时通道的底部高程应适当提高。 [1]
沪宁高速公路扩建中,我们通过反复的人工预压,使得地基的固结度达95%以上之后,才按计划开始逐层铺设各种质地的总共数十层基层,并且每层都反复数次压实。如此一来,公路建好后的沉降几乎可以不记,最多也不过一两个厘米,便确保了今后路面结构的完整和车辆的高速平稳行驶。
2. 评价
固结沉降计算方法的建议目前关于固结沉降计算的方法很多,归纳起来,有取实际压力变化范围的e-p′曲线法,采用100~200KPa压力范围的压缩系数法、e-lgp′曲线法和有限元法。
从设计单位获得的土工试验资料来看,各单位提供的土压缩性指标以快速法求得的压缩系数aV1-2(或E1-2)较为丰富,e-p′曲线不足五分之一,e-Lgp′曲线只有20多个断面资料,另外4个标段16个断面的三轴试验成果还是后期补充的。问题的关键是,如何充分利用现有的资料估算沉降量,满足生产的需求。
为估计常规计算方法适用性,表1列出了用压力为100~200KPa所对应的压缩系数aV1-2降量进行比较。可知a V1-2法算得到的沉降量一般大于e-Lgp′法。这是因为a V1-2法没有考虑应力历史的影响的原故。两者的差异,可以用MS1表示超固结影响系数,一般在0.70~0.93之间。MS1 系数小至0.45的情况,是由于先期固结压力高,堤身低,软土层分布又接近于上层的原故;也有MS1大于1.0的情况,是由于所估算断面处的先期固结压力较小,堤身高,软土分布在下层属正常固结土。压缩变形采用Cc计算的原故。
基于沪宁高速公路建设期间的数据,利用软基处理汇总程序包用于汇总地基钻孔资料,原设计方案和变更设计方案的成果,程序包分为两个处理模块,第一个模块用于按图示比例生成地质钻孔图和设计方案汇总表;第二个模块用于生成地质钻孔简图以及地基土层的各种参数表。两个模块可以分开运行,也可连接运行。本程序包全部采用autolisp语言编成,由于工作在autoCAD环境下使得图表和图形比较容易地合为一体;同时也简化了设计方案中复杂数据形式的处理。
分析:如果在沪宁高速公路扩建工程能够打破以往的常规,使得路基沉降在建设工期内大体上完成的话,这对于工程建成后的保养是大有好处的。但是,在开始时技术上却仍然是很有难度的。
而要实现这个目标,首先,南京一带的软土地层还算比较结实,沪宁高速公路各段观测到的沉降量在7~40cm左右,不像苏北地区有的地段甚至经不起压实处理;其次这在技术上,国内已经积累了大量经验,经过相关的专家,学者的长期考证,认为这是可以通过技术攻关最终达到的。
3. 解决方案
3.1 锯齿状接触部分逐层接合。
3.2 特别的技术处理外四车道地基。
3.3 与外部新建四车道一起重新铺设内部四车道面层。
3.4 通过交通管制进行不封闭施工作业。
4. 地基处理方法
地基处理方法,可以按地基处理原理、地基处理的目的、处理地基的性质、地基处理的时效、动机等不同角度进行分类。
4.1 处理方法。
该高速公路是江苏省内的重要通道,对江苏经济的发展具有重要的意义。全线经详细勘察试验。查明了路线穿越区的特殊土(包括:盐渍土、软土、软弱土)的分布规律t查明了路线穿越区的不良地质(砂土液化)的分布特点和液化等级类型。
通过勘察、土工试验成果、标准贯人试验经综合分析整理井结合静力触探,统计显示路线穿越区的软土,软弱土呈两种类型分布。一类是连续区段分布,另一类是呈透镜体状的不连续区段分布。对于该软土、软弱土,总的指导思想是:首先分析各区段的硬壳层的厚度、地层岩性,软土、软弱土的厚度、特性之后,根据硬壳层,软土,软弱土的地层特点,进行地基沉降、稳定验算;根据验算结果以及《软土地基路堤设计规范》的沉降容许值,对沉降超限区段可依次采取以下处理措施:
(1)砂垫层+土工格棚(土工格室)+堆载预压(超载预压)的处理方式(主要针对一般控制段)。砂垫层+土工格栅(土工格室)+超载预压主要针对低路基(填方小于2.5米)段。若表层出露即为软土、软弱土则设砂垫层(对于填方2.5米以下低路基段采用土工格室).硬壳层在1.5米以上则不设砂垫层。
(2)砂垫层+土工格栅+竖向排水体(袋装砂井)+堆载预压的处理方式(主要针对一般控制段)。
(3)土工格栅+深层水泥土搅拌桩的处理方式(主要针对桩基础两侧及箱形基础下部及两侧沉降主控制段及次控制段)。
(4)强夯置换法的处理方式(主要针对非饱和状态软弱土段桩基础两侧及箱形基础下部及两侧沉降主控制段及次控制段)。
4.2 设计标准。
根据全线软土、软弱土分布区段桥涵构造物基础类型不同,将其划分为以控制工后沉降为目的的3个类型控制区段。
桩基础构造物桥台两侧各30米区段作为沉降主控制段
箱型通道及涵洞两侧20米区段作为沉降的次控制段
其它作为一般控制段
(1)控制段的工后沉降容许值不大干10cm
(2)次控制段的工后沉降容许值不大于20cm
(3)一般控制段的工后沉降容许值不大于30cm
5. 软基处治方案
5.1 砂垫层的设计标准。
对于前述各地质单元模型中砂垫层的设计标准是:砂垫层的材料为中砂及粗砂,含泥量不大干3%,砂垫层的宽度要适当大干路堤底宽,以防止在施工过程中由于施工机械的破坏影响垫层的有效作用(两侧各宽出0.5米左右);砂垫层厚度0.5米,同时,为了增加地基土的抗剪强度,提高路堤的整体稳定性,达到排水及隔离的作用,通常尚需在砂垫层中铺设土工格栅。
5.2 袋装砂井的设计标准。
根据工作区软土,软弱土分布区段的地层结构特点,配合堆载预压的竖向排水体以采用袋装砂井为宜。袋装砂井按等边三角形布置。袋装砂井的直径为7 cm。砂袋材料采用透水性能良好的土工织物(聚丙烯纺织物)。砂井的井间距为1.2米,砂井的深度一般应穿透软土、软弱土层,有条件时,砂井底部应至透水层为宜。
5.3 深层水泥土搅拌桩的设计标准:
桩基础两侧、箱形基础下部及两侧采取深层水泥土搅拌桩的处理方法,搅拌桩按正三角形布置,桩径0.5米,桩间距1.0~1.4米,桩间距由密到疏进行渐变,水泥掺入量为加固土体质量的1 5%;水灰比0.5。桩体2 8天无侧限抗压强度不低于1.5MPa,90天单桩承载力不小于1 50KN。单位复合地基承载力不小于150KPa,水泥采用4 2 5号矿渣水泥。对构造物下部处理区段应考虑基础埋深.基础埋深范围内可不再喷浆搅拌。
5.4 强夯置换法的设计标准。
根据项目区软土、软弱土分布及发育特点。针对这部分土体的特点我们采用强夯置换法进行处理,目的是提高地基承载力减少沉降。强夯置换材料为级配碎石,粒径大于300mm的颗粒含量不超过30%,含泥量要求小于1 0%。为减少投资.填料可用建筑垃圾代替,要求建筑垃圾为级配良好的坚硬粗颗粒材料,粒径大于300ram的颗粒含量不超过3 0%。含泥量要求小于1 0%,对保护环境和地下水资源不受影响。夯锤质量为5~10t,落距采用1 0米,夯锤底面为圆形,直径2米。夯坑为等边三角形布置,间距4米。处理后单位复合地基承载力不小于150KPa。强夯置换墩的深度由土质条件及上部荷载决定,一般为3米,处理范围至路基坡脚。对每一处理区段强夯施工前须进行试夯.确定夯击能及夯击次数,调整设计参数。对构造物下部处理区段应考虑基础埋深.應先开挖至基础埋置深度再施工强夯置换墩。
5.5 土工合成材料的作用机理。
在砂垫层中间铺设一层具有一定强度的土工合成材料,增加了地基土的抗剪强度,提高了路堤的稳定性.同时复合体具有一定的刚度。上部荷载得到有效的调整,使差异沉降减少,均匀度好。由于复合体能承受较大拉力,地基受力变小,路堤中心沉降明显减小。由于土工合成材料与砂垫层的整体作用,不仅减少了不均匀沉降,而且还可减少地基的总沉降,适应路堤的快速填筑,而荷载的迅速增加.加快了软土的固结作用.从而使沉降加快。减少后期沉降,形成一种良性循环。
5.6 预压。
路堤工程;对软土地区的天然地基或竖向排水体地基,利用路堤填土预压并不需要移去土体,预压的实施.主要体现在分级加荷,每级加荷的稳定性依赖于前一级预压后强度的提高。该情况下,软土地基总沉降量并不减小.只是大部分的沉降在施工期完成,可有效减小工后沉降。
排水系统是一种手段,如果没有加压系统,孔隙中的水没有压力差就不会自然排出,地基也就得不到加固。反之,如果只增加固结压力,不缩短土层的排水距离.则不能在预压期尽快地完成设计所要求的沉降量。
6. 结论
(1)软基处理是高等级公路建设中的一个关键环节,地基处理的成败直接关系到高速公路的使用性能,应当引起我们的高度重视,从地质勘察、设计到沉降观测都应合理安排,尤其是施工中的沉降观测对施工组织、工期起着重大作用。
(2)桥头跳车是影响高速公路使用质量的关键,应慎而又慎,最可靠安全的办法就是采取措施使总沉降在“工前”基本完成,在所有的处理方案中,只有固结排水加等载或超载预压方案最为经济合理,但需要时间。复合地基可在短时间内提高承载力,减少总沉降,但费用较高,对于桥头软基一般还需要(等载或超载)预压才能满足沉降要求。选择何种处理措施应视地质情况、构造物特点及填土高度等不同而不同。
(3)利用路堤堆载预压是最经济的处理方案,它对沪宁高速公路路基软土性质并不很差,又普遍存在粉砂夹层的中低路堤的路段来说,它的加固效果实在,消除工后沉降作用明显。当工后沉降仍不满足要求时,还可采用等或超载预压的办法使之满足工程设计要求。
(4)砂垫层在高速公路中仅起排水固结界面的作用,砂垫层的砂料可用其他具有一定透水性材料替代,为防泥污染,对结合土工织物的砂垫层的厚度,可由50cm减薄至30cm。
参考文献
[1] 《沪宁高速公路常州东(DE)及丹阳(E)标段》 软土地基处理的设计与施工 刘亚楼 丁军华「江苏省交通规划设计院南京210005」 沪宁高速-论文集
[2] 《沪宁高速公路江苏段工程地质、地基沉降及地基处理评估总报告》徐泽中殷宗泽蔡家范许道化等「河海大学南京210024」「江苏宁沪高速公路股份公司南京210049」
[文章编号]1006-7619(2010)09-19-845