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版权信息

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杂志名称:《价值工程》
主管单位:河北省科学技术协会
主办单位:河北省技术经济管理现代化研究会
国际刊号:1006-4311
国内刊号:13-1085/N
邮发代号:18-2
责任编辑:张崇
咨询电话:18132119945
投稿邮箱:vezzs02@163.com

价值链·供应链
某新建道路工程地基处理方案论证

Demonstration of Foundation Treatment Plan for a New Road Project

罗迪 LUO Di
(南宁市城乡规划设计研究院,南宁 530002)
(Nanjing Urban and Rural Planning and Design Institute,Nanning 530002,China)

摘要:常用的软弱地基处理方案包括:换填处治、深层搅拌桩、强夯法、排水固结法,针对本工程的实际情况,就 “换填法”及“深层搅拌桩法”两种地基处理方法进行分析比选。在满足规范对道路路基沉降、地基稳定要求的前提下,计算换填方案的最小换填厚度,以及深层搅拌桩方案的最大桩中心间距。最后从路基工后沉降量、地基承载力、造价三方面进行综合比较,最后选取最佳方案。
Abstract: Commonly used weak foundation treatment schemes include: replacement treatment, deep mixing pile, strong tamping method, drainage consolidation method. For the actual situation of the project, the "replacement method" and "deep mixing pile method" are analyzed and compared. Under the premise of meeting the requirements of roadbed settlement and foundation stability, the minimum replacement thickness of the replacement method and the maximum pile center spacing of the deep mixing pile method are calculated. Finally, a comprehensive comparison is made from the post-construction settlement, foundation bearing capacity and cost, and finally the best solution is selected.
关键词:软弱地基处理;换填法;深层搅拌桩法;路基工后沉降量;地基承载力
Key words: weak foundation treatment;replacement method;deep mixing pile method;subgrade settlement after work;foundation bearing capacity
中图分类号:TU4                                         文献标识码:A                                  文章编号:1006-4311(2019)22-0138-03

0  引言
某新建道路规划为城市支路,路面宽度为24m,实施长度为233.306m。根据地质勘察报告,路基范围场地内的岩土层第一层为素填土①1、第二层为黏土②。其中地基表层的欠固结素填土层厚约10m,路基范围内素填土的面积为6000m2。另外,路基范围素填土内埋设了现状d2400雨水管,雨水管管顶距离现状地面约7.8~9.2m。
常用的软弱地基处理方案包括:换填处治、深层搅拌桩、强夯法、排水固结法。针对本工程的实际情况:①强夯法可能导致路基范围内现状埋设的排水管开裂破坏;②本项目工期紧,采用排水固结法时,堆载预压时间长,工期上不允许;③因此本项目可采用换填处治、深层搅拌桩两种方案对软弱地基进行处理,下文就 “换填法”及“深层搅拌桩法”两种方案进行分析比选。
1  方案概述
1.1 换填法
对软土层置换一定厚度的碎石+砂性土,该换填层能起到减小软土厚度、扩散地基附加应力的作用。置换层的厚度越大,地基的沉降越小,且地基越稳定,但造价也越高,施工难度也越大。因此出于性价比考虑,须从规范对道路路基沉降、地基稳定的要求入手,计算出换填层的最小厚度。对换填层的填料的要求:由下向上,先回填1m厚的碎石垫层,然后再回填合格砂性土,分层填筑压实至原地面线。
1.2 深层搅拌桩法
施工时采用水泥浆搅拌法,采用回转搅拌叶将软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成水泥加固体。深层搅拌桩的施工方法:先挖除表层土1.6m,再进行搅拌桩施工,深层搅拌桩直径为0.6m,施工完毕后桩顶回填碎石垫层厚度0.6m+砂性土1m。桩中心间距越小,地基的沉降越小,且地基越稳定,但造价也越高,因此出于性价比考虑,须从规范对道路路基沉降、地基稳定的要求入手,计算最大桩中心间距。桩长度为贯穿全部软土层并进入持力层1m,本工程深层搅拌桩的持力层为黏土层。
2  各岩土层的物理、力学性质指标
根据项目地质勘察报告,项目地基各岩土层的物理、力学性质指标值见表1。
3  计算换填法最小换填厚度
经计算,满足规范对道路路基沉降、地基稳定要求的前提下,采用换填方案的最小换填厚度为5m,即挖除5m素填土,回填1m碎石+4m合格砂性土,详细计算过程如下:
3.1 参数取值
①根据《土力学与基础工程》,?兹:扩散角,根据z/b=5/24=0.208,查表,确定附加应力扩散角取20°;
②根据《岩土工程勘察报告》,e0:现状素填土平均孔隙比取1.2; fa0:素填土承载力特征值取80kPa。
3.2 路基沉降计算
项目路基范围内的素填土为高压缩性欠固结土,其在自重作用下的固结沉降未完成。现状素填土平均孔隙比e0=1.2,其在自重应力及附加应力的作用下的总固结沉降,等于在原自重应力作用下的未完成的固结沉降加上附加应力作用下的固结沉降。
作用在原地面上的附加应力来自0.5m厚的路堤自重及3列车队的车重(城-A级取长7m、宽2.5m、重20t的重车)。附加应力看成一个宽b=24m的条形基础作用在原地面上,附加应力大小P0=12.5kPa。该附加应力通过换填层(硬层),以?兹=20°的扩散角,传递到素填土层(软层)顶面上。其值P=12.5*(24/(24+2*0.364*5))=10.85kPa。
查取均布条形荷载的应力系数asz,计算出素填土层内各分层的平均附加应力Pzi,其中b=24+2*0.364*5=27.64m;同时计算素填土层内各分层的平均自重应力Pczi;各分层的总应力Pi=Pzi+Pczi。
根据素填土e-p压缩曲线,查取素填土层内各分层在总应力Pi作用下固结完成的孔隙比e1。
地勘报告指出现状素填土平均孔隙比e0取1.2,认为现状素填土各分层的孔隙比e0i服从上高下低线性规律。表6给出现状素填土表面下5~10m处各分层的孔隙比e0i。
现状素填土在自重应力及附加应力作用下稳定后的总固结沉降■
3.3 地基承载力计算
未换填处素填土顶面所受竖向应力=附加应力+自重应力=10.85 +18*5=100.85(kPa)
未换填处素填土顶面的地基承载力f= fa0+ηd*rm*(d-0.5)=80+1.0*18*(5-0.5)=161(kPa)
(上式f为经过深度修正后的地基承载力,上式中:ηd按土类为人工填土取值1.0,rm为上覆土的平均重度,取18kN/m3,d为复合土层顶面深度,按天然地面标高算起,取5m)
根据以上计算161kPa>100.85kPa,满足承载力要求,承载力安全系数=161/100.85=1.60。
4  计算深层搅拌桩法最大桩间距
经计算,满足规范对道路路基沉降、地基稳定要求的前提下,当桩直径为0.6m时,采用深层搅拌桩方案的最大桩中心间距为1.9m。详细计算过程如下:
4.1 参数取值
①根据《建筑地基处理技术规范》,α:桩端端阻力发挥系数取0.5;β:桩间土承载力发挥系数取0.6;η:桩身强度折减系数取0.25;Ep: 搅拌桩的压缩模量取100*fcu;
②根据《岩土工程勘察报告》,qs:桩周侧阻力特征值取12kPa;ES:按经验取值素填土压缩模量ES=2.2(MPa);fa0:素填土承载力特征值取80kPa;
③根据设计要求,fcu:搅拌桩桩身的无侧限抗压强度取1700kPa;Ep:搅拌桩的压缩模量取100*fcu=1700*100=170000kPa;d:搅拌桩桩直径0.6m,则桩周长up=1.885m,桩面积Ap=0.283m2;n:面积置换率n=d2/(1.05s)2=0.62/(1.05×1.2)2=0.227;桩中心距离S=1.2m;L:搅拌桩平均桩长9.4m;汽车荷载等级:城-A级。
4.2 路基沉降计算
项目所在地大量道路工程实践结果证明,当采用桩直径为0.6m,桩中心间距为1.2m的高密度布桩时,深层搅拌桩处理大厚度软弱地基的效果很好,处理后的复合地基沉降量很小,即在现状自重作用下欠固结的素填土,经高密度布桩的深层搅拌桩的处理后,达到稳定状态,在现状自重作用下不再产生固结沉降,该复合土层日后的固结沉降只与附加应力有关。
经深层搅拌桩处理后的复合土层附加应力来自复合层以上的2.1米厚的回填土自重及3列车队的车重(城-A级取长7m、宽2.5m、重20t的重车)。附加应力看成一个宽b=24m的条形基础作用在复合土层上,附加应力大小P0=43.5kPa。
查取均布条形荷载的应力系数asz,计算出复合土层内各分层的平均附加应力Pzi。
搅拌桩复合土层的压缩模量Esp:Esp=n*Ep+(1-n)*Es=0.227*170000+(1-0.227)*2200=40500(kPa)=40.5(MPa)复合土层的固结沉降量■。
4.3 最大桩中心间距的计算
面积置换率n=d2/(1.05s)2,d为搅拌桩直径,s为桩中心距离。
4.3.1 面积置换率n=0.227时:
当n=0.227时,即为上面已分析过的桩直径为0.6m,桩中心间距为1.2m的情况。认为在现状自重作用下欠固结的素填土,经高密度布桩的深层搅拌桩的处理后,达到稳定状态,即在现状自重作用下不再产生固结沉降,该复合土层日后的固结沉降只与附加应力有关。路基的工后沉降量为8.717mm,复合土层顶面处的地基承载力为153.4kPa。
4.3.2 面积置换率n=0时:
当n=0时,即为不对素填土进行搅拌桩处理,只对素填土进行1.6m厚的换填处理,这种情况时,素填土层的总固结沉降包括附加应力作用下的固结沉降及在原自重应力作用下的未完成的固结沉降,总沉降量可通过前面换填法的计算方法算出。经计算,n=0时,路基的工后沉降量为809.397mm,素填土顶面处地基承载力为99.8kPa。
4.3.3 面积置换率0<n<0.227时:
当0<n<0.227时,即介于上述两种情况之间,经过一定密度布桩的深层搅拌桩,可在一定程度下减小了素填土在原自重应力作用下未完成的固结沉降,但不能完全消除。此时,近似认为面积置换率n与路基的工后沉降量为S(mm)存在线性关系,另外面积置换率n与复合土层顶面处的地基承载力f(kPa)也存在线性关系,结合点1(n=0.227,S=8.717,f=153.4)、点2(n=0,S=809.397,f=99.8),得出n-f的函数关系、n-S的函数关系如下:
①S=-3527n+809.397    (0﹤n﹤0.227)
②f=236n+99.8    (0﹤n﹤0.227)
因为项目路基容许工后沉降S应小于500mm,同时复合土层顶面处的地基承载力f应大于复合土层顶面所受竖向应力43.5kPa。所以n的取值应满足-3527n+809.397<500,且236n+99.8>43.5。解不等式,得0.0877<n,再根据面积置换率n=d2/(1.05s)2,即当桩径为0.6m时,桩的中心距离s<1.930m。即计算确定桩直径为0.6m,最大桩中心间距为1.9m,此时工后沉降量S为491mm,复合土层顶面处的地基承载力f为121kPa。根据以上计算121kPa>43.5kPa,满足承载力要求,承载力安全系数=121/43.5=2.79。
参考文献:
[1]赵明华,俞晓.土力学与基础工程[M].武汉:武汉理工大学出版社,2003.
[2]CJJ194-2013,城市道路路基设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2013. 
[3]孟宪勇.道路桥梁施工管理中存在的问题及优化措施[J].建材与装饰,2017(24).

社址:石家庄市槐安西路88号卓达玫瑰园物业楼 050091    电话:18132119945    微信:15132496582

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