碎石樁在軟土路基處理中的應(yīng)用

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由于軟土含水量大，壓縮性高，因而軟土地基強(qiáng)度低，從而導(dǎo)致路堤因不均勻沉降或剩余沉降量過大而破壞。因此要保證路基穩(wěn)定首先就得進(jìn)行軟基的固接處理。 
    貴新公路K119+170~K119+348段軟基具有軟土厚度深、面積大的特點(diǎn)。針對(duì)這一情況采用了振壓沉管碎石樁對(duì)其進(jìn)行固接處理。以下就處理情況作簡(jiǎn)要介紹。
    2、軟基的基本概況 
    貴新公路K119+170~K119+348路段，地處山間谷盆。由于地勢(shì)平坦，排水不暢，地下水發(fā)育（左側(cè)有兩個(gè)涌水泉點(diǎn)），長(zhǎng)年淤積而形成大面積的軟土。經(jīng)地質(zhì)鉆孔揭示，該段軟基上覆流塑~軟塑狀淤泥質(zhì)土層，呈灰黑色，具腥臭味，遍布整個(gè)面積，厚1.5~2.5米；其下為淤泥質(zhì)土層，含碎石，呈軟塑~可塑狀態(tài)，飽水，強(qiáng)度低，厚6.0~14.8米；下伏基巖為二迭系上統(tǒng)吳家坪組薄層硅質(zhì)灰?guī)r夾粘土巖，其頂部風(fēng)化強(qiáng)烈。對(duì)軟土取樣四組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)其物理力學(xué)性質(zhì)如表所示。 
    物 理 性 質(zhì) 力 學(xué) 性 質(zhì) 
    含水量w（%） 48.9~63.6 固結(jié)試驗(yàn)壓縮系數(shù)a100~200（Mpa-1） 0.990~1.520 
    密度P（g/cm3） 1.54~1.66 壓縮模量Es100~200（Mpa） 1.522~2.243 
    比重Gs 2.56~2.60 直接剪切試驗(yàn)?zāi)哿（Kpa） 6~24 
    孔隙比e 1.332~1.741 內(nèi)摩擦角Ф（度） 7.2~13.5 
    液限WL（%） 65.70~84.6 燒失量（%） 9.43~11.35 
    塑限WP（%） 34.90~43.90 
    塑性指數(shù)Ip 29.90~43.00 土樣類別 有機(jī)質(zhì)高液限粉土 灰黑色粘土，含腐質(zhì)草根及礫石 
    天然稠度Wc 0.19~0.56 
    從表上可以看出該段軟土天然含水量高，孔隙比大，壓縮性高，抗剪強(qiáng)度低。 
    3、軟基處理措施及計(jì)算依據(jù) 
    3.1 處理方案 
    貴新公路K119+170~K119+348段,最高填方9.46米，最低填方3.66米，填方面積8302平方米。因軟基深度較大（7~17米），地勢(shì)平坦，面積較大，不易采用換土填石或拋石擠淤處理。經(jīng)過會(huì)審論證，決定采用振壓沉管碎石樁對(duì)其進(jìn)行固結(jié)處理。碎石樁采用正方形排列，全平面同一樁徑、樁間距。根據(jù)部頒《規(guī)范》及以往施工經(jīng)驗(yàn)，選擇樁間距為1.2米，樁直徑根據(jù)振沖器外徑定為32.5米，碎石樁要求穿過風(fēng)化巖層。碎石樁施工結(jié)束后，在地基上鋪設(shè)20厘米厚的碎石墊層，以加強(qiáng)路基排水。 
    3.2計(jì)算依據(jù) 
    路堤填料為粘土，其主要計(jì)算參數(shù)取值：γ土=18kN/m3 ，C土=25Kpa ，Ψ土=15。 ；軟基主要計(jì)算參數(shù)取值：γ軟=16kN/m3 ，C軟=15Kpa ，Ψ軟=7。 ，固結(jié)系數(shù) Cv=1.5x10-7m2/s 。 
    根據(jù)填方高度、填土容重、附加應(yīng)力、軟土深度和壓縮系數(shù)，通過計(jì)算可得加固前路基沉降量S前=82cm。 
    加固后路基總沉降減少量S減=[1/1+（n-1）η]×S前 
    式中 n______樁土應(yīng)力比，對(duì)于粘性土n=2~4,取n=2 
    η_____ 面積置換率 
    η=d2/de2 
    d____樁直徑 
    de____等效圓直徑，由于樁孔為正方形布置所以de=1.13倍樁間距 
    η=0.325/(1.13×1.2)2 
    =0.05744 
    S減= [1/1+（2-1）0.05744 
    = 78cm 
    通過計(jì)算可知，地基采用碎石樁處理后，總沉降量減少78cm，剩余沉降4cm，滿足沉降量控制要求。 
    單樁承載力[б]樁=20×C軟/K 
    C軟 ____凝聚力，C軟=15KPa 
    K____安全系數(shù)，K=1.25 
    [б]樁=20×15/1.25 
    =240Kpa 
    復(fù)合地基承載力[б]復(fù)= β[б]土×[1+η(n/β)- η] 
    η_____ 面積置換率, η=0.0574 
    [б]土 _____樁間天然地基土的承載力 
    n= [б]樁/ [б]土，稱為樁土應(yīng)力比,據(jù)有關(guān)資料,其值在2-12 之間變化，本文取值為2 [б]土=[б]樁/2=240/2=120Kpa 
    β____樁間土承載力折減系數(shù)，取值1.0，因?yàn)闃锻翍?yīng)力比已經(jīng)考慮了這一因素。 
    [б]復(fù)=1×120×[1+0.0574(2/1)- 0.0574] =126.9KPa 
    通過以上計(jì)算證明，加固后的地基承載力得以較大提高，沉降量控制在可靠的范圍內(nèi)，并且承載力的計(jì)算結(jié)果為后期的承載試驗(yàn)提拱了可靠的數(shù)字依據(jù)。 
    4、施工工藝及注意事項(xiàng) 
    施工前，應(yīng)清除流塑狀淤泥，鋪設(shè)0.5米厚的石屑臨時(shí)墊層，整平場(chǎng)地，以便施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)。墊層應(yīng)嚴(yán)格控制粒徑，以免無法進(jìn)行成孔。然后放線定出孔位。施工順序應(yīng)從左到右，先邊部后中部，便于復(fù)合地基土體固結(jié)程度隨時(shí)間延長(zhǎng)不斷深入。施工時(shí)要注意水、電、料三者的控制。水要充足，但水量不易過多，以防把填料回出流走；電主要是控制振密過程中的密實(shí)電流；料要注意加料不得過猛，原則上要勤加料，但每批不宜加得太多。碎石采料粒徑不得大于5cm。完工后加鋪20cm厚的碎石墊層，以利于排水。 
    5、承載試驗(yàn)檢測(cè)及結(jié)論 
    經(jīng)過一個(gè)月的緊張施工，共完成碎石樁總進(jìn)尺73122米，成孔5916個(gè)，灌入碎石約 11000立方米。根據(jù)地基承載力計(jì)算數(shù)據(jù)，進(jìn)行了三組五個(gè)點(diǎn)承載板靜載試驗(yàn)，兩個(gè)樁上點(diǎn)，三過樁間土。試驗(yàn)用的圓形承載板與等效影響圓直徑相等，加載總荷載至少是復(fù)合地基設(shè)計(jì)值的一倍。荷載按25Kpa為一級(jí)分級(jí)加載，每級(jí)加載后，分時(shí)觀測(cè)沉降值直至每小時(shí)變形值小于0.1mm，即認(rèn)為底板已處于相對(duì)穩(wěn)定而終止觀測(cè)，然后進(jìn)行下一級(jí)加載，直至試驗(yàn)結(jié)束。其結(jié)束試驗(yàn)的條件為：累計(jì)加荷值達(dá)300Kpa，或在此荷載之前地基出現(xiàn)明顯變形，底板周邊出現(xiàn)裂縫、隆起等現(xiàn)象。卸載時(shí)測(cè)讀回彈量，直至變形結(jié)束。 
    整理觀測(cè)數(shù)據(jù)，繪制沉降S、荷載P、時(shí)間T三者之間的關(guān)系曲線可以看出曲線由兩段近似直線所組成，曲率變化不大，分級(jí)沉降值亦無明顯增大，各個(gè)點(diǎn)的累計(jì)觀測(cè)沉降量均小于設(shè)計(jì)值4cm，當(dāng)加載至300Kpa以內(nèi)均未出現(xiàn)板底復(fù)合地基破壞跡象。所以加固后的復(fù)合地基處于壓密階段，承載能力有很大的提高，軟基處理是成功的。并且固結(jié)效果隨著時(shí)間還應(yīng)有所增加，故以后填方施工不能過快，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范分層進(jìn)行填筑，并作好堆載與路堤沉降觀測(cè)，以沉降值控制填方施工速率