謝勁松,謝盛陽(yáng)
(1.江西省交通工程集團(tuán)有限公司,江西 南昌 330000;2.南昌紅江實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司,江西 南昌 330000)
軟土路基治理一直是公路工程技術(shù)科研尤為重視的技術(shù)領(lǐng)域,對(duì)于高速公路路橋工程而言,如果軟土路基整固治理不當(dāng),再好的橋梁上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量也終將因基礎(chǔ)不牢而成為隱患工程。CFG樁復(fù)合基礎(chǔ)是由碎石、粉煤灰、水和水泥等材料,以具體的匹配率攪拌形成的中高黏結(jié)強(qiáng)度樁基結(jié)構(gòu),其強(qiáng)度基本與素混凝土樁基相當(dāng),在基礎(chǔ)與加固區(qū)間通過(guò)設(shè)置由散體材料構(gòu)成的褥墊層來(lái)分散荷載,保證樁土一體工作,從而減少地基沉降。由于CFG樁復(fù)合基礎(chǔ)可以再生利用粉煤灰工業(yè)廢料,一定程度節(jié)省工程成本,適用于處理砂土、粉土、黏性土和已自重固結(jié)素填土等地基,是一種經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性優(yōu)勢(shì)明顯的地基加固方法。CFG樁復(fù)合地基有工期短、施工速度快、沉降小、容易控制質(zhì)量、成本相對(duì)低廉等特點(diǎn),越來(lái)越多地應(yīng)用于工程軟弱地基的加固整治。本研究基于案例工程,對(duì)應(yīng)用CFG樁整固高速路橋軟弱地基技術(shù)開(kāi)展梳理探究,可為同類(lèi)路橋軟弱地基治理提供研究和技術(shù)參考。
案例為位于我國(guó)江西省的昌九高速公路改擴(kuò)建工程K31+082~K31+620左幅、K31+082~K31+980右幅等處。地質(zhì)多黃褐色硬塑粉質(zhì)黏土,下伏黃褐色均質(zhì)全風(fēng)化混合巖,部分巖芯呈礫碎狀,部分巖芯呈土狀。路橋基礎(chǔ)所在區(qū)域一定范圍內(nèi)以填方給予整固改造,基床以下筑填合格填料。工程對(duì)原軟弱地質(zhì)基礎(chǔ)狀態(tài)采用由土體、樁體、褥墊層以及筏板復(fù)合構(gòu)成的CFG樁混合地基技術(shù)開(kāi)展治理整固。
(1)置換作用:系列水泥水化與分解粉煤灰發(fā)生硬凝反應(yīng),構(gòu)成穩(wěn)定的填充結(jié)晶化合物,補(bǔ)填礫石間的縫隙。這些化合物將集料黏結(jié)在一起,可以大幅度增強(qiáng)樁基抗剪強(qiáng)度與形變模量。在這種狀態(tài)下,CFG樁可以在很大程度上發(fā)揮樁的作用,并承擔(dān)大部分上部載荷。
(2)約束作用:在樁基混合地基中,樁體限制了土體側(cè)向形變,可以提高抵抗混合地基垂向形變的能力。
(3)排水作用:CFG樁材料的透滲性與復(fù)合物中水泥和粉煤灰的劑量有關(guān),依據(jù)試驗(yàn)測(cè)試,CFG樁的透滲常數(shù)通常在10-3~10-1cm·s-1,高出樁間土壤的透滲常數(shù)(通常為10-6~10-4cm·s-1),在成樁初期對(duì)樁周巖土固結(jié)具有加速功效[1]。
(4)擠密作用:粉土、砂性土以及較低的塑性指數(shù)土體實(shí)施CFG樁在處理時(shí),沉管工藝的擠排土過(guò)程,對(duì)樁間土有擠密功效,樁間土強(qiáng)度會(huì)因此獲得改善和加強(qiáng)。同時(shí)CFG樁側(cè)正常應(yīng)力狀態(tài)的改進(jìn),可以加增樁身側(cè)壁摩的摩擦力,加增單樁的載承力,從而優(yōu)化混合地基的載承力。
(1)CFG樁的徑值為0.5m,整固深度應(yīng)高出8m,長(zhǎng)度原則上一定要從軟弱土透滲到硬層。通常狀態(tài)下,土層應(yīng)埋置在基本載承力大于等于0.18MPa并且大于等于1.0m的土層中,下伏基巖段應(yīng)嵌入全風(fēng)化層大于等于0.5m的土層中,整固處理區(qū)域?yàn)樽o(hù)坡基礎(chǔ)內(nèi)的基本區(qū)域。
(2)設(shè)計(jì)樁間距依據(jù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)檢測(cè)明確,通常以樁徑值的3~5倍給予取值。橋頭銜接過(guò)渡段和主線段,混凝土基層應(yīng)力擴(kuò)散角內(nèi),采取正方形配置,間距取為1.5m;以外采取長(zhǎng)方形配置,橫向取1.6~1.8m間距,縱向取1.5m間距。最外橫向兩排樁,可以適當(dāng)橫向放大樁間距,但是不得高出2.0m[2]。
(3)CFG樁可選擇應(yīng)用螺旋長(zhǎng)鉆泵壓復(fù)合料管內(nèi)注灌成樁工藝,也可以選擇應(yīng)用振動(dòng)沉管注灌成樁工藝方法。具體工點(diǎn)應(yīng)依據(jù)工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)成樁實(shí)驗(yàn)給予具體確定,為保證成樁質(zhì)量,建議優(yōu)先選用螺旋長(zhǎng)鉆泵壓復(fù)合料管內(nèi)注灌成樁工藝。
(4)CFG樁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度,取C20立方體樁體齡期28天抗壓強(qiáng)度≥20MPa標(biāo)準(zhǔn)。
本案例CFG樁混合地基體系由土體、樁體、褥墊層以及筏板復(fù)合構(gòu)成,其特點(diǎn):
(1)樁結(jié)構(gòu)有整體性好、載持力高、剛度大、不均勻沉降大幅度獲得克服。
(2)較容易實(shí)現(xiàn)在自然軟土場(chǎng)地條件快速填筑穩(wěn)定的堤壩或高路堤。
(3)可大幅度降低工程成本。
(4)筏板與樁基礎(chǔ)連接錨固后,上部荷載可通過(guò)筏板均化傳遞至地基,樁基可將荷載傳遞至深處地基持力層,亦有較優(yōu)的約束樁身側(cè)向變形作用。
(5)沉降幅度相對(duì)小,過(guò)程比較快,容易控制工后沉降,可相對(duì)縮短工期,進(jìn)而提升工程進(jìn)度。
(6)無(wú)需預(yù)壓期,便于施工作業(yè)。
在案例工程區(qū)分別選擇典型ABC三個(gè)區(qū)段,通過(guò)樁間土、樁頂以及四樁中心的壓力測(cè)量得知,樁間土壓分別為49.7MPa、49.7MPa、32MPa;樁 頂 壓 力 分 別 為55.1MPa、51.5MPa、31.3MPa;四樁中心土壓分別為60MPa、42.9MPa、52.5MPa。樁土應(yīng)力比值,A區(qū)樁頂/四樁中心土壓為0.918,樁頂/樁間土壓為1.109,均值為1.0135;B區(qū)樁頂/四樁中心土壓為1.200,樁頂/樁間土壓1.036,均值為1.118。C區(qū)樁頂/四樁中心土壓為0.596,樁頂/樁間土壓0.978,均值為0.787[3]。
通過(guò)配置在樁頂、樁間土以及四樁之間的行心區(qū)域的降沉板,通過(guò)測(cè)量獲得樁頂部、樁間以及四樁行心區(qū)域的結(jié)構(gòu)降沉與降沉差。
(1)單點(diǎn)降沉測(cè)量:借助在樁間鉆孔設(shè)埋單點(diǎn)降沉計(jì),可測(cè)出該處的降沉量。M點(diǎn)位處左線上,與橋臺(tái)距離1m;N點(diǎn)位處中線,與橋臺(tái)距離10m,為分層降沉計(jì)測(cè)量所在;0點(diǎn)位處中線,與橋臺(tái)距離20m;P點(diǎn)位處左線,與橋臺(tái)距離20m;Q點(diǎn)位處P點(diǎn)左側(cè),與橋臺(tái)距離10m;R點(diǎn)位處左線,與橋臺(tái)距離30m;S點(diǎn)位處左線,與橋臺(tái)距離10m。各點(diǎn)試驗(yàn)測(cè)量所得降沉-時(shí)程曲線揭示,降沉在前期呈現(xiàn)隨時(shí)程不斷增加的趨勢(shì);但此過(guò)程中降沉速率卻呈不斷降低的趨勢(shì);在預(yù)壓階段,降沉基本趨于穩(wěn)定[4]。
(2)分層降沉測(cè)量:經(jīng)分層降沉測(cè)量得知,沉降亦表現(xiàn)為在前期呈現(xiàn)隨時(shí)程不斷增加的趨勢(shì),之后才逐漸趨于穩(wěn)定。下上兩層的沉降反應(yīng)并不一致,比較而言,下層降沉相對(duì)較大。中線各點(diǎn)的降沉測(cè)量揭示,中線同平面的降沉反應(yīng)狀態(tài)幾乎一致。在分層時(shí)程降沉曲線中存在跳躍區(qū)段,是因?yàn)楣こ滩僮髦校┕ね跈C(jī)往來(lái)車(chē)位剛好處在該區(qū)段,經(jīng)清理表層和檢驗(yàn)后,該段填回,這樣就導(dǎo)致了測(cè)量數(shù)據(jù)的跳躍現(xiàn)象。下上兩層降沉不一致,下層降沉比較大,原因有可能是:填充料壓縮程度不同,兩層土體等效模量不同,所引發(fā)的降沉有所差異;還有在該截面,地基的上層其土層高度相對(duì)較小,故土體縮壓模量亦相對(duì)小。
基于工程案例,對(duì)應(yīng)用CFG樁整固高速路橋軟弱地基技術(shù)開(kāi)展了專題探究。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量揭示,案例應(yīng)用的CFG混合樁基的樁土應(yīng)力比,呈現(xiàn)隨載荷增強(qiáng)而增強(qiáng),隨樁長(zhǎng)增長(zhǎng)而加大,隨墊層厚度加大而逐步降低的應(yīng)變趨勢(shì)。樁及樁間土的降沉狀態(tài),在墊層較薄時(shí)影響樁土應(yīng)力比,樁土形變差異越大,則樁土應(yīng)力比就會(huì)對(duì)應(yīng)越大?;旌系鼗煌瑓^(qū)域的樁土應(yīng)力比有所差異,由路堤中線至坡腳呈現(xiàn)遞減變化。