低標號混凝土樁在軟基中的應用

孟祥馬

(河北路橋集團有限公司)

1 工程概況

由河北路橋承建的杭金衢高速公路三合同位于浙江省杭州市,自 1999年 9月開工,2002年 11月 20日竣工,工期39個月,所有軟基段路基于 2001年年底都已進入預壓期,沉降速率已接近穩定,正是在這即將進入路面施工準備階段時候,杭州市繞城高速公路需要在張家畈處(K16+200～K17+760)增設一個杭金衢高速與新建繞城公路的互通立交,因此要對此段進行路基加寬。加寬段路基正位于軟基之上,軟基深度普遍在 20m左右,最深的接近 25m,軟土層物理力學特征較差,為了滿足工后沉降及工期要求,需對該加寬路段進行地基處理。

2 加寬段路基處理設計過程

2.1 工程地質及水文地質條件

該段根據鉆探表明,表層以湖沼積亞粘土為主,其下為海積軟土,局部夾軟塑 -流塑狀亞粘土,土層自上而下大致可分為以下幾層。

(1)表層土:埋深為2.0～4.0m左右,以素填土、根植土和新近沉積的亞粘土為主,局部地段有河溝淤泥、雜填土。

(2)淤泥質粘土:灰色、流塑,局部地段為淤泥,該層厚度 9.4～25m左右不等,變化較大,該層上含水率高,孔隙比大,為高壓縮性的軟土,工程特性差,為主要壓縮土層。

(3)粘土及亞粘土層:該層的頂埋深14.0～25.0m左右,處可塑-硬塑狀態,中等壓縮性,力學性質較好。

從以上地質條件看,該路段為典型的軟土地基,填土高度在2.8～5.1m之間,大部分為4m以上,因此必須采用合適的地基處理方案進行軟基處理。

2.2 地基處理方案的選擇

杭金衢高速公路在地基處理上采取了很多處理方法,僅三合同就有的工藝就有排水固結合堆載、(超載)預壓、水泥攪拌樁(干噴或濕噴)、預應力管樁、薄壁管樁、EPS輕質路堤等。針對本工程,由于該加寬工程要與主線一起通車,連同路面、道路設施、綠化工程等只有不到一年的工期,工期相當緊張。因此采用排水預壓的地基處理方案根本無法滿足工期要求,采用粉噴樁方案又由于軟土深度過深無法使用,采用預應力管樁、EPS輕質路堤等費用又過高。

通過業主與設計院反復的經濟技術比較最后決定采用振動沉管低標號素混凝土樁進行加固。

2.3 設計內容

(1)樁徑:采用Φ426mm的振動沉管打樁機成樁,由于本工程地基土體比較軟弱,通過試樁確定采用較大的充盈系數,為 1.5,實際成樁直徑約為 500mm,設計計算時為偏于安全,仍采用426mm的直徑進行計算。

(2)樁距和平面布置,間距主要由承載力計算決定,一般樁間距s=3d～5d,根據承載力校核驗算及加寬路段寬度情況,間距根據填土高度、地基條件和加寬寬度分為2.0m間距和 2.5m間距 2種情況,平面布置均采用正方形布置。

(3)樁長:由地基的沉降計算決定,并對老路基的沉降進行預測分析。由于老路基沉降已基本穩定,一般填土高度較高的地段深度基本達到壓縮性粘土層,對于填土較低的地段通過變形計算則可以打淺一點,對于部分匝道路基邊坡底下部分地基,由于荷載較小而采用短樁處理。

(4)樁體強度和配合比:樁體試塊標準養護 28d的強度應滿足fcu≥3Rk/Ap。其中Rk為單樁豎向承載力標準值,Ap為樁的截面積。本工程樁體強度,室內按混凝土標號C10進行配制,要求成樁后地基條件下 28d無側限抗壓強度大于6.0MPa,60d無側限抗壓強度大于10.0MPa,粗集料最大粒徑不大于40mm,施工坍落度宜為30～55mm,其中水泥采用42.5#普通硅酸鹽水泥,經試樁并通過幾種配合比比較,確定如下配合比為單方混凝土用量,m水=190kg,m水泥= 211kg,m砂=901kg,m碎石=1058kg。

(5)褥墊層設計:該工程采用 40cm厚度的砂礫墊層作為褥墊層,第一層填筑材料采用含泥量小于 15%的,在褥墊層中間和頂部鋪設 1～2層縱向抗拉強度大于 50kN/m的土工格柵。

(6)其他要求和檢測內容:施工質量的檢測主要是檢查施工記錄、混合料坍落度、樁數、樁長、樁位偏差和樁體抗壓強度。樁采用低應變動力質量檢測和樁基靜載荷試驗,低強度混凝土素混凝土樁復合地基典型的橫斷面。

3 低標號素混凝土樁的施工

(1)開工前準備:做好C10混凝土的配合比試驗,檢查預制樁尖的制作,使其達到驗收標準。

(2)測量放樣:根據要求樁中心位置偏差不大于20cm,每打一個樁都應對后面的樁進行校測,防止振動擠壓引起偏位。

(3)埋置混凝土樁尖。

(4)沉管至樁設計深度,利用沉管自重或鋼絲繩加壓入土中一定深度,然后開動錘起振沉管至設計樁深,中途不要停頓,施工垂直偏差不應大于1%。

(5)攪拌混凝土:混凝土的坍落度控制在 30～50mm,混凝土按要求制作試塊,并進行養護。

(6)灌注混凝土至樁頂,在灌注樁身混凝土前,應根據試樁及施工經驗,預估充盈系數并計算體積,制定分次灌注計劃,詳細記錄灌注混凝土量,充盈系數嚴禁小于 1.3m,本工程實際充盈系數平均為1.5左右。

(7)振動抽拔管:樁管灌滿混凝土之后,先振動再拔管,每次拔管高度為 1.0m左右,在拔管過程中,應分段添加混凝土,保持管內混凝土石始終不低于地表面或高于地下水位1.0m以上,施工拔管速度應按勻速控制,拔管速度一般控制在1.2～1.5m/min,但對淤泥質土層應適當放慢。

(8)移機:重復上述各步驟,進行下一樁的施工。

4 低標號素混凝土樁的質量檢測和加固效果

施工質量的檢測主要是檢查施工記錄、混合料坍落度、樁數、樁長、樁位偏差和低應變動力質量檢測和現場載荷試驗等。根據要求對低標號素混凝土樁進行了低應變動力質量檢測,抽檢頻率為 5%,共抽取了 400多根樁進行檢測,檢測結果全部符合“基樁低應變動力檢測技術規程”(DBJ10-4-98)中的有關規定。同時本工程還隨機抽取了 3根樁的單樁靜載荷試驗以及 3根復合地基靜載試驗,由于試驗樁為工程樁,且為路基工程對承載力要求不高試驗時間又較短,因此載荷試驗未達到破壞荷載。所加的荷載僅達到設計要求的最大荷載,其中單樁試驗要求不小于 300kN,采用 2m3的加載板,荷載為 700kN進行加載。試驗結果表明,在最大荷載作用下,單樁的沉降量為 1.78mm、2.43mm和2.32mm,復合地基為13.82mm、12.47mm和11.20mm,滿足設計要求。

根據工程設置的沉降板進行沉降觀測,以其中 3個斷面可知:到通車前沉降均已穩定,其中樁和邊樁的累計沉降均小于5cm,完全滿足沉降變形要求。

5 結束語

杭金衢高速公路三合同張家畈互通加寬工程處于較為深厚的軟基路段,工期緊張,經過經濟技術比較,采用了低標號素混凝土樁地基處理方案,取得了很好的加固效果。這種處理方法達到了減小工后沉降、加速施工工期的目的。