透水性混凝土桩在桥头跳车处治中的适用性研究.pdf
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1、2 0 1 5年第 7期 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i ne e r i n g 9 5 文章 编号 : 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 9 5 - 0 4 透水性混凝土桩在 桥头跳车处治 中的适用性研究 于一凡 , 张宏博 , 黄大伟 , 宋修 广 ( 1 山东大学 土建与水利学院 , 山东 济南2 5 0 0 6 1 ; 2 山东省路基安全工程技术研究 中心 , 山东 济南2 5 0 0 6 1 ) 摘要: 桥头跳车现 象作为高速铁路、 公路建设的质量通病 , 严重影响了行车的舒适性和安全性。为降低 桥 头跳 车 的危 害 , 本
2、 文结合 正在 施 工的 济 ( 南) 东( 营) 高速 公路 , 对 透 水性 混 凝 土桩 在 桥 头跳 车 处治 中 的适用性进行了研 究。结果表明: 透水性混凝土桩单桩承载力高、 透水性强 , 有利于压缩层在施 工期的 排水固结, 可有效减小软土地基 的工后沉降量, 对于处治 8 I n以下路基填高的小桥涵及桥头地基效果明 显 。研 究 结果 为黄 泛平原 区透 水性 混凝 土桩 处 治桥 头跳 车 问题 提供 了理 论依 据 。 关键词 : 透水性混凝土桩桥头跳车 工后沉降 差异沉降 单桩承载力 中图分 类号 : U 4 1 6 0 1 文献标 识 码 : A D O I : 1 0
3、 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 7 2 7 桥头跳车是 由于线桥过渡段的差异沉降使路面纵 坡 出现 台 阶引起 车辆 的跳 跃 现象 。如何 降低 桥头 跳 车 的危 害一直 是工 程界 关 注 的问题 。工程 中常用 的一些 方法 , 诸如设置桥 头搭板 、 强 夯 。 、 堆载预压 , 以及碎石桩 、 搅拌桩 、 C F G桩等。 。 均有一定成效 ; 但 由 于上述方法各有各的适用条件, 施工工期 、 施工成本也 不尽 相 同 , 工 程设计 中仍期 待线桥 过渡段 地基 处理 的新 方法。本文结合济( 南 ) 东 ( 营) 高速
4、公路 的建设 , 对透 水性 混凝土 桩在桥头跳 车处理 中的适用性进行 了研究 。 1工程地质条件 济( 南 ) 东( 营) 高速沿线主要为黄河冲积平原区, 该地区地势平坦 , 土层深厚 , 河滩高地与河间洼地纵横 交错 , 河网密布 , 地表排水不畅。通过现场调查与资料 分析发现: 该地区地基土质以粉土、 粉质黏土和粉砂等 为主, 地下水位一般为 1 53 5 m, 已修筑的高速公 路工后沉降量较大, 台背路基 的工后基准期沉降量大 都会超过 1 5 c m, 高填土路段甚至高达 4 0 c m, 引起较 为严重的不均匀沉降。 公路软土地基路堤设计与施 工技术规范 ( J T J 0 1
5、7 9 6 ) 中规定 , 桥头的不均匀沉 降应控制在 1 0 c m以内 。正在修建的济东高速基本 为填方路基 , 路基填筑高度一般在 5 m以上, 少数路段 高达 1 0 m; 设计使用透水性混凝土桩处治桥头 地基 , 因此有必要对透水性混凝土桩的承 载力 、 布置方式及 处 置效 果进 行研 究 。 典型路段工程地质条件如表 1 所示 。 表 1 济东路桩号 K 8 8+ 2 0 8位置处地质条 件 收稿 日期 : 2 0 1 4 1 2 - 0 8 ; 修 回日期 : 2 0 1 5 - 0 5 0 5 基金项 目: 山东省科技发展 计划项 目( 2 0 1 1 G G H 2 1 6
6、 0 7 ) ; 山东大 学 自主 创新基金项 目( 2 0 1 2 T S 0 6 0) 作者简介 : 于一凡( 1 9 9 0 一) , 男 , 山东德州人, 硕 士研究 生。 2 透水性混凝土桩性能分析 2 1 透 水性 混 凝土桩 透水 性 混 凝 土 是 由特 定 级 配 的集 料 、 水 泥 、 外 加 剂 、 增 强剂 和水 等按 特 定 比例 和工 艺 制 成 的 多孔 混 凝 9 6 铁道建筑 土。在实际工程中, 透水性混凝土桩 的成桩可使用振 动 沉管 法 。桩体抗 压强 度 1 02 0 MP a , 渗 透 系数一 般 介于 0 11 5 c m s 之间。透水性混凝土
7、桩桩体强度 高 , 透水性强 , 兼具散体桩和刚性桩的优 点, 一方 面利 用其 自身强度提高浅层地基 的承载力 , 减小软土地基 的总沉降量 ; 另一方面, 形成竖 向排水通 道, 缩短排水 路径, 有利于压缩层在施工期的排水固结, 尽可能多地 消除工后沉降。 通过室内试验 , 在综合考虑桩体强度 、 透水性和水 下抗分散性的前提下 , 设计 出透水性混凝土桩 的最佳 配合 比如表 2所 示 。按此 配合 比拌合 的透 水性 混凝 土 孑 L 隙率可达到 2 2 以上 , 透水效果较好 , 2 8 d抗压强 度 在 1 0 M P a以上 。透水 性 混 凝土 成 桩 及 透水 性 试 验
8、示 意如 图 1 。 表 2透水 性混凝土桩推 荐配合比 k g m 图 1 透水性混凝土桩室 内成桩及透水性测试 2 2透水 性混 凝土 桩单 桩承载 特性 试验 在济东高速公路现场选取4 0 m 2 0 m区域 , 采用 振动 沉管 法成 透水 性混凝 土桩 9根 , 桩 径 5 0 e m, 桩 长 1 0 m, 桩 距 5 m。成桩 3月后 , 选 取 2根 质量 较好 的桩 做单桩承载力试验 , 以确定其单桩承载力极限值。 单桩承载力试验采用锚桩法 , 分别在选取的 2根 试验桩周 围对称打 4根锚桩 , 锚桩为钻孔灌注桩 , 桩径 0 5 m, 桩长 1 0 m。 试验 流程 :
9、试 验 进 行 分 级 加 载 , 每一 级 荷 载 为 4 0 k N, 其 中第一级取 8 0 k N; 每级荷载施加后按第 5 , l 5 , 3 0 , 4 5 , 6 0 m i n测读桩顶沉降量 , 以后每隔 3 0 m i n测读 一 次 ; 每 小时 内 的桩 顶沉 降量 不 超 过 0 1 m m, 并 连 续 出现 2次 , 可加 下一 级荷 载 。 当出现下列现象之一时, 可终止加载: 沉降急剧 增大 , 土被挤 出或承压板周围的土 明显地 出现隆起。 沉降急 剧增大 , 压力一沉 降 ( Q s) 曲线 出现陡 降 段 , 或压板 的累计沉降量 已大于其宽度或直径的 6
10、 , 或不小于 1 0 0 m m。 当不出现极限荷载 , 而最大加载 量 已达到设 计要 求 的 2倍 。 试 验 中 当加载 至 第 7级 荷 载 时 , 2根试 桩 的 竖 向 位 移 均 陡 然 增 大 , 因 此 终 止 加 载 , 其 压 力 一沉 降 ( Q s ) 平均值 曲线如 图 2所 示 。 荷 载 k N 0 50 1 0 0 1 50 2 0 0 , 0 3 00 g l 0 蠢 一 zo 星 一 3 0 醐 _ 4 。 一 5 O 图 2单桩承载力 Q s 曲线 由 图 2可知 , 透水 性混 凝 土 桩单 桩 Q s曲线 在 荷 载为 2 4 0 k N之前 ,
11、桩体竖 向位移缓慢增大 , 2 4 0 k N时 竖 向位 移 约为 2 c m。 当荷载增 大 至 2 8 0 k N时 , 竖 向位 移突增至 4 3 c m, Q s曲线发生 陡降, 曲线 明显 向下 弯 曲 , 2 4 0 k N位 置 为 Q s曲线 的 转 折 点 , 故 可 判 断 透 水性混凝土桩( 桩长 1 0 m、 桩径 0 5 m) 的单桩竖 向抗 压 极 限承载 力为 2 4 0 k N 。 3 处治 效果计 算分析 3 1建立模 型 以济东高速桩号 K 8 8+2 0 8位置处的地质条件为 例 , 使用理正岩土软件建立透水性混凝土桩地基处治 模 型 , 对该新 桩 型
12、 的布 置 方式 及 处 置 效 果进 行 设 计 计 算 , 分析其在小桥涵及大 中桥 桥头处治 中的适 用性。 K 8 8+2 0 8位 置 处路 基 设 计 高 度 为 6 m, 设 计 顶 宽 2 8 m, 设计坡度 1 : 1 5 。 设 计透 水性 混凝 土 桩 的布 置 形 式 为等 边 三 角 形 , 桩 径 0 5 m, 布 置 宽 度 为 路 基 两 侧 坡 脚 各 向 外 延 伸 1 m, 布置范围为桥涵底部及两侧地基各 3 0 m范围内, 地基 的 3 0 m 范 围划 分 为 A, B, c 3个 过 渡 区 , 每 个 区 的长度为 1 0 m, 如图 3所示。加固
13、区主固结沉降计算 。 l o o o o I o o o o l o o o o lo o o o l 1 0 o o 0 o o 4 o o o o o 0 I o o o 0 I o o o o l o o o o lo o o o I I O 0 o 母 O O o 口 O 0 O O 0 o 口 一一 le 0一 e_。 e 0 0 e O O- O-O斗 G -O- O+一 I o o o o o o o o o o o o q I o o o o I o o o o l o o o o lo o 0 o I I O O o 诤 O O o 啼 o O O O o O O I o o
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