水泥粉煤灰碎石桩复合地基是一种新型的地基加固处理方法, 与传统地基处理方法相比, 其具有显著的桩体作用、挤密作用、应力集中与扩散作用、以及复合地基承载力提高幅度大、变形小、沉降稳定快等优势, 能有效的调整桩体应力, 使桩间土、桩体的承载力得到较充分的发挥。目前, 我国水泥粉煤灰碎石桩复合地基尚没有比较成熟的理论分析, 特别是对水泥粉煤灰碎石桩复合地基的计算参数, 如桩土应力比及沉降变形规律等等还缺乏深入系统的研究。本文将结合下芦大桥桥头引道软基处理工程, 采用水泥粉煤灰碎石桩地基加固技术处理软弱土路基, 详细介绍水泥粉煤灰碎石桩复合地基的设计以及施工技术, 借此为同类工程提供参考。
1 工程概况
下芦大桥桥头引道软基加固处理项目区内为第四系地质, 主要由素填土、冲积土组成, 下伏基岩为始新统 (E2) 泥质页岩;冲积上都是由淤泥、淤泥质砂、粉细砂组成;淤泥厚度由5m～15m不等, 淤泥平均厚度为10m。由于原设计未对软件进行加固处理, 致使地基稳定性和工后沉降不能满足设计要求, 故建设单位委托我院对下芦大桥桥头引道软基处理进行补充设计。设计范围是由下芦大桥起点前100.36m (K0+940～K1+040.36) 及下芦大桥终点后68.83m (K1+257.9～K1+326.728) , 整个线长共169m。
为了满足工期要求, 并为水泥粉煤灰碎石桩复合地基处理高等级公路软基系统试验和研究丰富内容, 在己对水泥粉煤灰碎石桩复合地基试验和研究的基础上, 经广泛征求专家意见, 确定采用水泥粉煤灰碎石桩处理地基, 软基处理设计方案图如图1所示。
2 CFG桩复合地基设计
高等级公路软基处理中, 水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计主要是确定5个设计参数, 分别是桩长、桩径、桩间距、桩体强度、垫层厚度及材料。
2.1 CFG桩长的确定
由于该场地都是由淤泥、淤泥质砂、粉细砂组成, 淤泥厚度由5m～15m不等, 地表20m以下才为细砂层, 为中密状态, 可作为桩端持力层, 因此初步确定桩端落在细砂层, 桩长为20.5m。
2.2 CFG桩径的确定
桩径取决于施工选用的施工设备, 根据高等级公路软基处理特点, 以及进行大量试验和理论研究, 建议在高等级公路软基处理中, 桩径取500mm。
2.3 CFG桩单桩承载力计算
一般要考虑路堤填土高度、路面结构层厚度、车辆动载以及适当的安全贮备, 需要进行复合地基承载力的计算。根据水泥粉煤灰碎石桩复合地基的特点, 以及对大量工程实例的总结和分析, 建议承载力的估算采用公式1或公式2计算:
式中, fsp, k为复合地基承载力标准值;fk为天然地基承载力标准值;m为面积置换率;n为桩土应力比;AP为单桩截面积;α=fsk/fk, fsk为加固后桩间土承载力标准值;β=0.75～0.95;Rk为单桩承载力标准值。对于本工程的单桩承载力Rk, 则采用公式:Rk= (U p∑qs ikhi+qp kAp) /K, 求得单桩承载力Rk=308kN, 其中Up为桩的周长;qsik为第i层土与土性和施工工艺有关的极限侧阻力标准值;hi为第i层土厚度;qpk为与土性和施工工艺有关的极限端阻力标准值;K为安全系数, 本工程中取1.65。
2.4 CFG桩桩间距确定
在己知天然地基承载力标准值、单桩承载力标准值和复合地基承载力标准值的条件下, 按式 (1) 求得置换率m。在计算m时, 桩间土发挥系数β取为0.9, 桩间土强度提高系数α取为1.5。根据上述路堤填土高度、路面结构层厚度、车辆动载以及适当的安全贮备等情况, 复合地基承载力标准值fsp, k取250k Pa, 天然地基承载力标准值fk=45kPa。经计算得到本工程的m=0.069、AP=0.201m2。由于本工程采用正方形布桩, 桩间距S可用公式3估算。
把之前已算得的参数代入公式3, 计算得到桩间距S=2.29m, 考虑到留有一定的安全贮备和便于施工操作, 实际桩距S取为2.2 m。
3 施工工艺
3.1 材料要求
水泥:采用强度为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥, 如果地下水具有腐蚀性时采用抗腐蚀水泥 (如抗硫酸盐水泥) , 同时可添加防腐剂。
粉煤灰:粒径应在0.001mm～2mm之间, 小于0.074mm颗粒含量应大于45%, 烧失量应小于12%。
碎石:级配良好, 不含植物残体、垃圾等杂物。碎石的最大粒径不大于50mm。
水:水宜采用饮用水, 使用非饮用水时须化验并符合下面规定:硫酸盐 (以三氧化计) 含量不超过2700mg/L;含盐量不超过5000mg/L;pH值不得小于4。
垫层:桩顶设置80cm砂砾垫层, 砂应洁净, 含泥量不大于5%, 最大粒径不得超过30mm, 不含植物残体、垃圾等杂物。
3.2 施工技术
施工前应进行配合比试验, 保证成桩后桩身强度等级达到C15混泥土的强度。
每个作业点施工前先打不少于5根的工艺试验桩, 以检验机具性能及施工工艺中的各项技术参数。
采用振动沉管施工不得跳打, 每盘料的搅拌时间不应小于60s, 混合料的坍落度控制在30mm～50mm。拔管速率0.8m/min, 且每上拔1m留振5s, 当沉管拔至离地表2m时, 应减慢一半并且留振10s。
设备就位后必须平整, 确保施工过程中不发生倾斜和移动, 机架和钻杆的垂直度偏差不得大于1%, 施工中采用吊锤观测钻杆的垂直度, 如发现偏差过大, 必须及时调整。
钻机桩位对中偏差不得大于20mm。
施工过程中随时测量施工场地标高及桩顶标高, 根据地面隆起情况判断是否断桩。
桩顶上升量较大且桩的数量较多, 应采用逐个桩快速静压, 以消除可能出现的断桩对复合地基造成的不良影响。
4 CFG桩复合地基的加固效果的检测
为了检验CFG桩复合地基加固处理效果, 在施工28d后, 在现场选取5处有代表性地点进行了复合地基静载试验。CFG桩复合地基承载力基本值取0.010倍荷载板宽度的沉降值所对应的载荷值。经检测, 检测数据表明各测点的复合地基承载力基本值均大于180kPa。同时对桩间土进行标准贯入试验, 试验数据表明, 土基经CFG桩加固处理后, 桩间土得到挤密, 承载力得到明显提高。另外, 从基础施工至工程竣工的连续观测结果表明, 地基沉降平稳均匀而且沉降值大致在10mm～18.5mm之间, 均小于一般路段容许值30cm, 地基加固取得了满意的效果。
5 结语
结合实际工程, 从CFG桩复合地基的设计方法、施工技术等方面系统地对水泥粉煤灰碎石桩在公路软基处理中的应用进行了研究。研究结果表明, 由于水泥粉煤灰碎石桩具有显著的桩体作用和明显的挤密作用, 以及承载能力高、地基变形小、沉降稳定快等特点, 所以可广泛应用于公路软基的加固处理。
摘要：结合下芦大桥桥头引道软基处理工程, 本文首先介绍该段线路设计方案的选择及路基设计情况;同时详细介绍了本工程中水泥粉煤灰碎石桩处理软弱土路基的施工工艺, 并对下芦大桥桥头水泥粉煤灰碎石桩处理结果进行分析, 分析结果表明粉煤灰桩强度较高且透水性好, 加固软基时其挤密作用、置换作用和时间效应都很显著。最后, 总结了本工程设计的一些成功经验, 以为类似工程提供借鉴。
关键词：粉煤灰碎石桩,软基处理,软基加固
参考文献
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