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粉喷桩软基处理设计施工若干问题的探讨[摘要]本文根据温州市高速公路某段的工程实践,对粉喷桩处理软基设计、施工中出现异常沉降和裂缝的问题进行探讨,分析问题产生的原因及导致的后果,并提出较为有效的预防和处理意见[关键词]高速公路软基处理粉喷桩不均匀沉降裂缝1引言在软__带建设高速公路有许多成功经验和失败教训,如何在一定的经济和工期条件下,达到最佳的软基处理效果是目前正在解决的一大难题不同的地基加固处理方法,适用于不同的软土地基对于深层或较深层的软土,高速公路现在一般用塑料排水板和粉喷桩处理由于软基具有含水量大、压缩性高,强度低,且透水性差等特点,在实际工作中若处理不当,极易造成路基的沉降过大,进而使路堤失稳、路面开裂及桥台与路基的沉降而产生桥头错台等现象在这两种处理方法中,一般认为粉喷桩处理浅层(较深层)软土较为可靠,但如果设计、施工处理不当,也会出现问题本文结合温州市某高速公路软土处理实际,对粉喷桩软基处理的有关问题提出几点探讨意见,供参考2粉喷桩处理软基根据地质情况和软土的工程特性,软基加固主要采用塑料排水板、砂垫层、土工布、等载或超载预压和粉喷桩等方法处理或多种方法相结合处理由于地质、工程结构位置和工程要求不同,本工程主要采用的塑料排水板和粉喷桩两种处理方法都取得了较好的效果塑料排水板固结法施工速度快,成本低,但预压期长,沉降稳定较慢,当深度大于15m时,采用塑料排水板处理比较合理粉喷桩施工方便,固结速度快,预压期短,预压后沉降稳定快一般认为粉喷桩处理时,深度限于15m以内,因为加固深厚软土时,其工后沉降难以满足设计和使用要求该段高速公路是典型的软土地带,海相积沉降平原为路线软土分布区,上部淤泥质土层厚一般为20~50米左右,有的软土淤泥深厚可达70m本工程处理软土地基的塑料插板桩处理软基长度
12.737km平均深度16~
25.4m;粉喷桩处理软基共长
7.343km平均深度
3.6~15m,一般使用在软土较浅的路基、桥头、箱涵等地段本工程的典型软土特性如下表所示软土特性表表1项目表层粘土淤泥15m淤泥》15m平均值区间值平均值区间值平均值区间值含水量%
40.
229.2~
71.
570.
550.7~
87.
161.
241.5~
73.0容重kN/m
318.
115.6~
19.
416.
015.0~
16.
916.
315.5~
17.9孔隙比
1.
1350.82~
2.
01.
9811.455~
2.
41.
7281.157~
2.0塑限%
26.
919.7~
35.
530.
223.2~
40.
628.
117.6~
36.1液限%
46.
740.2~
56.
051.
240.0~
61.
748.
932.7~
57.4塑性指数%
20.
110.6~
2521.
112.7~
28.
220.
814.1~
29.3压缩模量Mpa
2.
791.90~
4.
91.
2880.56~
2.
871.
9080.88~
4.1固结系数10-3cm/s
1.
3900.163~
4.
72.
060.26~
8.
62.
4570.57~
8.24快剪凝聚力kpa
22.
68.5~
29.
013.
41.0~
2917.25~43快剪内摩擦力度
3.780~
10.
93.00~
13.
33.
31.2~
8.6固结快剪凝聚力kpa
32.120~
5114.
62.0~
31.
019.23~44固结快剪内摩擦角
12.
62.4~
19.
913.
03.1~
19.
915.
511.6~
22.5无侧限抗压强度kpa
27.
57.0~
9146.211~128静探贯入阻力kpa957596~3308387188~576647381~990压缩模量kpa
3.
872.86~
5.
802.
090.21~
2.
82.
581.91~
4.04十字板抗剪强度kpa
21.
58.5~
46.8不排水抗剪强度kpa
17.
39.6~
25.
025.
515.2~
37.8粉喷桩进行软基处理的机理是将桩与四周软土组成复合地基,提高地基承载力和地基的强度,增大地基变形模,减少了地基沉降在本工程处理软土地基中,由填土和预压过程中沉降大小和沉降速率的变化以及减小工后沉降的效果可知,采用粉喷桩具有固结速度快、预压期短、预压后沉降趋向稳定、工后沉降能满足要求等特点下图为典型路段粉喷桩软基处理填土时间——沉降关系曲线图表10000-36-
24.5-
22.7-
61.6-
52.3-
43.1-
47.3-
97.9-66-
55.6-
67.8-
171.5-75-
64.4-
71.2-244-
84.5-
75.3-
76.8-284-
86.5-
75.6-
80.9-
301.7Sheet1桩号123456K51+
8753652.
3667584.
586.5K51+
92424.
543.
155.
664.
475.
375.6K51+
93422.
747.
367.
871.
276.
880.9K52+
00061.
697.
9171.
5244284301.7桩号0123456K51+8750-36-
52.3-66-75-
84.5-
86.5K51+9240-
24.5-
43.1-
55.6-
64.4-
75.3-
75.6K51+9340-
22.7-
47.3-
67.8-
71.2-
76.8-
80.9K52+0000-
61.6-
97.9-
171.5-244-284-
301.7Sheet2Sheet3图1本段1999年10月进入预压期,预压期为6个月,比塑料排水板缩短一年多用粉喷桩处理软基,大量的固结沉降量发生在填筑期,固结沉降在施工填筑期和预压期内基本完成粉喷桩处理后的工后沉降将较小,加固深度在15m以内,要求打穿软土层,保证了软基的沉降量桥头软基采用粉喷桩固结速度快,预压期短,经预压后,沉降趋向稳定,工后沉降能满足要求粉喷桩处理软基路堤,由于桩与四周软土组成复合地基,提高地基承载力和地基的强度,有效地减少了地基沉降对于15m厚以内的软土淤泥,粉喷桩的处理效果优于塑料排水板3粉喷桩处理软基存在的若干问题从温州市高速公路某段软基处理的实践来看,粉喷桩处理软基的效果是较为理想的,达到了预期的目的但是,在本工程的某些局部地段,由于设计、施工和地质条件等原因,粉喷桩处理的路基出现局部沉降不均匀现象,多处出现规则或不规则的裂缝经初步分析,主要是下列原因造成的3.1设计方面3.1.1路基填挖交界处未作特殊设计K40+397~K43+700段为路基横断面同时有填挖方的地段,设计仅对填方处用粉喷桩处理,铺筑路面后1~2个月出现横向裂缝4条,纵向裂缝1条,裂缝宽度一般为1~5mm为防止路面水渗入路基,首先对裂缝临时采用沥青灌入封闭处理等工作,并观测收集资料,经过三个多月的观察和分析,认为该段路基路面裂缝产生的主要原因为路基填挖交界处不均匀沉降所致3.1.2不同软基处理方法交界处未作特殊设计K14+500处出现一道贯通横向的裂缝裂缝宽度为3~5mm由设计图纸可知,K14+420~K14+___段为粉喷桩处理软__段,K14+___~K14+610为塑板桩处理软__段,两种不同处理方法使该段产生不同程度沉降,导致裂缝出现K55+100处也出现一道贯通横向的裂缝,宽度5~8mm经查此处原地面为一条宽5m左右的水泥砼路面横穿高速公路,两侧相接处均为塑板桩处理软__段由于多种原因,这条砼路面没有及时挖除进行塑板桩处理,后来该段用砼振动桩处理,以致出现不均匀沉降,路面出现裂缝3.2施工方面3.2.1施工工艺不当K26+847~K26+907路段地基处理为粉喷桩,其中K26+863~K26+885处理深度为6~10m,K26+885~K26+906段处理深度为15m该段由于__弃渣不合理堆载而造成地基失稳滑动,造成该段粉喷桩大量断裂,大幅度移位,在K26+887附近产生缝宽约1~5mm裂缝,横向贯穿路基3.2.2预压荷载不足或预压期过短K30+280~K30+420段为软土路基,软土层厚度达14m左右,采用直径50cm、间距
1.3m的粉喷桩处理路基中心填高
3.9~
4.6m,路面横坡度为4%(弯道)粉喷桩和路堤施工过程中各项检测指标均达到设计要求,路基预压完成卸载后顶面标高符合设计要求沥青砼路面铺筑完成后出现沉降差异常情况,左幅出现不均匀沉降,横度比右幅路面增大2%经分析主要原因是预压荷载不足或预压期过短,软基未沉降稳定,以致加铺路面后再次引起沉降沉降差异采取作找补处理的措施4裂缝处理的一般方法由于本工程沉降不均匀引起的裂缝均发生在沥青路面完成以后,故仅对路面基层和面层进行适当处理在刨除部分上、中、下面层时发现,基层裂缝均显著小于路面顶的裂缝,且无明显沉降差异,这说明不均匀沉降有一定的过度长度在裂缝处治过程中应严格按照相关工艺程序操作基层顶面应洁净、干燥,接缝侧面应涂刷沥青,接缝要顺直平整;各结构层按下宽上窄留__阶,接缝处应碾压密实;上面层4cm沥青砼必须采用机械摊铺裂缝处理后经过3~10月的使用和观察,处理效果较好,未发现裂缝再次发生4.1加强路基整体强度对于裂缝较大的地段,在5~10m范围内,刨除部分上、中、下面层和全部基层,在路基上浇筑20cm厚钢筋砼板,加强路基整体强度,再铺水泥稳定基层和沥青面层4.2局部加强路基抗剪强度对于裂缝较小的地段,在3~10m范围内,刨除部分上、中、下面层,在洁净的基层顶面涂刷改性沥青后铺以玻璃纤维土工格栅,土工格栅用铁钉固定于基层,其上再涂刷一层改性沥青,随即铺筑沥青下面层沥青下面层顶面按基层顶面工艺铺设第二层玻璃纤维格栅,接着铺设沥青中面层和上面层层5结语5.1粉喷桩应严格按照《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》要求施工,确保粉喷桩施工质量,应尽量减少对软土地基表层硬壳层的损坏,避免不合理堆载造成已处理的地基失稳滑动5.2合理的路堤施工工期应考虑满足设计所要求的堆载预压期,即路堤施工完成后,路面、结构物施工前应有足够沉降时间,避免预压期不足致使沉降不稳定要重视粉喷桩预压重量,改变那种只重视塑料插板桩等载或超载预压而忽视粉喷桩等载或超载预压的错误做法5.3对于粉喷桩处理的路基填挖交界处,或者不同软基处理方法的交界处,要作特殊设计,充分考虑不均匀沉降问题;路基施工后应多注意观测,一旦产生沉降不均匀的现象,应根据不同情况及时处理,防止后患本文曾在2002年浙江省公路学会年会上交流,现有增删____
[1]龚晓南等主编.高速公路软弱地基处理理论与实践.____大学出版社,
1998.
[2]蔡体楞主编.杭甬高速公路软土地基处理.杭州杭州出版社,
1998.
[3]朱梅生.软土地基.北京中国铁道出版社,19__.。