素混凝土钻孔桩在松软地基处理中的应用.pdf

4 2 铁道勘察 2 0 1 2年第 3期 文章编号 ： 1 6 7 2 7 4 7 9 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 4 2 0 3 素混凝 土钻 孔桩在松 软地基处理 中的应用 王金艳 ( 铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津3 0 0 2 5 1 ) Pl a i n Co n c r e t e Bo r e d Pi l e s i n S o f t Gr o u n d Tr e a t m e n t WANG J i n y a n 摘要铁路客运专线对地基承载力和变形的要求较高， 在松软地基中需要进行刚性桩地基 处理 。 C F G桩等机具在既有桥、 电力线下等难以实施 ， 素混凝土钻孔桩复合地基可提供 复合地基承载 力， 控制 地基变形， 也能适应低矮空间场地的施工要求。论述素混凝土钻孔桩的设计及施工技术。 关键词 素混凝土钻孔桩复合地基 中图分类号： T U 4 3 3 文献标识码 ： B 1 概述 素混凝土桩是在碎石桩 中加入适量的中砂 、 水泥 和水将其搅拌 ， 形成一种黏结度较高的刚性桩体。素 混凝土桩与 C F G桩在受力和变形特性方面非常相似 ： 具有一定 的强度 ， 为刚性桩 ， 工作性状于散体材料桩有 很大不同 ， 不需要周围土体 的约束作用就可 以将竖向 荷载传递到深部土层或者持力层上。素混凝土刚性桩 复合地基提高承载力幅度大 ( 一般能使地基承载力提 高 5 0 1 0 0 ) ， 变形模量高。根据不 同的配 比， 素 混凝土桩桩身混凝土强度可任意调节 ， 通过改变桩长、 桩径 、 桩距 、 桩身强度、 垫层厚度等设计参数 ， 满足地基 处理加固要求 。素混凝 土钻孔桩相对 于 C F G桩施工 工艺钻孔成桩方式要多， 更能适应场地的选择 。 2 设计理论 2 1 复合地基承 载力设计计 算 ( 1 ) 计算公式 复合地基承载力 =m 筹 + ( 1 一 m ) 收稿 日期 ： 2 0 1 20 60 4 作者 简介 ： 王金艳 ( 1 9 8 0 一 ) ， 女 ， 2 0 0 3年毕 业于西南 交通大学 土木工程 学 院， 工程师 。 式中m桩土面积置换率 ； A 桩的面积 m ； 桩间土 强度 提 高 系 数 ， 本 次设 计 可取 值 1 ； 口 桩间土强度发挥系数 ， 宜按地 区经验 取 值 ， 如无经验时可取 0 7 50 9 5 ， 本线在 设计中取值 0 8 5 ； R 单桩竖 向承载力特征值 ( k N) 可按 下式 计算 R 。 = M q f l + q , A 式 中“ 。 桩周长 m； 凡 桩长范围内所划分 的土层数 ； L 第 i 层土的厚度 m； g q 。 桩周第 i 层 土的侧摩 阻力、 桩端 阻力 特 征值 k P a 。 2 2 复合地基 变形计算 在荷载作用下 ， 复合地基 的总沉降量 s 包含两部 分( 褥垫层 的变形很小 ， 可 以忽略不计 ) ： 加 固区压缩 量 s + 下卧层压缩量 s 。下卧层 的压缩量 S 用分层总 和法计算 ， 具体计算根据 建筑地基基础设计规范 的 有关规定进行计算 ； 加固区压缩量 S 存在 以下几种计 算方法。 ( 1 ) 计算方法的选取 素混凝土钻孔桩在松软地基处理 中的应用 ： 王金艳 4 3 应力修正法 ： 根据复合地基桩 间土分担的荷载 ， 按 照桩间土压缩模量 ， 采用分层总和法计算桩 间土 的压 缩量 ， 将计算得到的桩间土的压缩量视为加 固区土层 的压缩量 ， 该法称为计算 复合地基加 固区压缩量的应 力修正法 。公式 中采用 的桩土应力 比与桩土相对 刚 度 、 荷载大小及施压方式、 置换率、 褥垫层及下卧层物 理力学性质等 因素有关 。 桩身压缩量法 ： 假定桩体不发生上下刺人而通过 桩身的压缩量来计算加 固区的变形 ， 一般适用 于柔性 桩或下卧层刚度 比较大 的情况 ， 显然素混凝土桩 复合 地基处理深厚软土地基采用这种方法不合适 。 复合模量法 ： C F G桩复合地基在 行业规范 ( 建筑 地基处 理技术 规范( J G J 7 9) ) 中规 定 的设 计方 法。 该方法在理论上还存在较 大的缺 陷， 最 大的问题是在 桩土协 同变形前提下加 固区沉降如何发生 。该方法采 用了较多的经验系数 ， 严格意义上说 ， 只是一个经验公 式 ， 可能在总沉降的计算上具有一定的可靠度 ， 很难做 到将各地层沉降去分别分析研究。从这个意义上讲 ， 其沉 降发 生 机理 研 究还 是 一件 值 得做 和 需要 做 的 事情 。 ( 2 ) 素混凝土桩理论计算 首先确定前提条件 ： 压缩层厚度根据附加应力 自 重应力不大于 0 1 ； 路堤成形后静置沉落期按 6 1 2个月考 虑 ； 路堤本体压密沉 降不计人工后沉降 ； 复 合土层的压缩模量。 复合模量法考虑桩土协 同承载 ， 计算时复合土层 分层与天然地基相同， 复合土层的模量等于该层天然 地基模量 的 倍 ， 值可按下式确定 = f a p k ( 1 ) 式 中厂 a 天然地基承载力特征值 k P a ； 。 复合地基承载力特征值 k P a 。 复合地基主 固结沉降计算可按下式进行 s = l ( ) + ( Z iO Li Zi_ 1 ) l ( 2 7 ) 式 中n 加固区范围内土层分层数 ； 凡 ： 沉降计算深度范 围内土层总的分层数 ； p 0 线路 中心处的附加应力 ， k P a ； E 地面下第 层土的压缩模量 ， MP a ； z 、 z 地面至第 i 层 土 、 第 i 一 1层 土底面 的距 离 m； 、O 地面计算点至第 i 层土、 第 i - 1层土底面 范围内平均附加应力系数 ， 用 B o u s s i n e s q 法计算 。 沉降计算修正系数 ， 可按表 1 取值 。 表 1 修正系数的取值 垦 ： 兰 ： ! ： ： ： 1 1 1 0 0 7 0 4 0 2 表 中E 为变形计算深度范 围内压缩模量 的当量 值 ， 应按下式计算 4 一 1 J 一 式中 第 i 层土附加应力沿土层厚度积分值 ； 第 i 层土压缩模量值 M P a ， 桩长范围内 按复合土层的压缩模量取值。 3工程 实践 3 1 工 程 概 况 本工程位于站场 内， 线路以填方通过 ， 地形较平坦 开阔。路堤 中心填高 7 2 I n， 边坡最大高度 7 5 n l 。 地层 ： 粉质黏土 ， 黄褐色， 软塑 ， 局部硬塑， 含大量 铁质氧化 物 ， 土 质均 匀 ， 其 中 00 3 I n为 耕植 土 ， 3 8 4 7 IT I 为褐灰 色 ， 厚 约 5 8 ， 承 载力 1 4 0 k P a ； 中 砂 ， 褐灰色 ， 稍密 ， 5 86 1 m 为潮湿 ， 6 18 1 m 为 饱和 ， 土质不均匀 ， 黏粒含量较高， 含少量云母碎片 ， 厚 约 1 4 5 1 3 1 ， 承载力 1 9 0 k P a ； 细砂 ， 褐黄色， 稍密 ， 饱和 ， 主要成份为长石 、 石英 ， 含少量云母碎片， 厚 约 4 9 I n ， 承载力 1 4 0 k P a ； 粗砂 ， 灰黄色 ， 中密， 饱和， 主要成份为 长石、 石英 ， 含 1 0 一1 5 的圆砾 ， 其中 1 6 81 7 m为 粉质黏土夹层 ， 厚约 5 3 m， 承载力 1 4 0 k P a ； 中砂 ， 浅灰 色 ， 中密 ， 饱 和 ， 主 要 成 份 为 长 石 、 石 英 ， 承 载 力 3 0 0 k Pa。 原设计地基加 固采用 C F G桩 ， 桩长 2 82 8 4 I n 。 线路在某处与 2 2 0 k V高压电线相交 ， 与线路大里程方 向交角为 8 0 。 2 4 6 ” ， 交叉范 围内距原地面最小距 离为 1 l m， 高压线设计改移方式为抬高。因高压线 改移施 工工期 尚不确定 ， C F G桩施工设备较 高， 无法在现状 下施工 ， 需改变加固措施 ， 进行变更设计 。 3 2 地基 处理要 求和 方案 比选 根据本段地质勘察资料 和线路轨道设计标准 ， 为 满足稳定和沉降等要求， 需进行地基处理。无碴轨道 工后沉 降一般 不应超 过 扣件允 许 的沉 降调 高量 1 5 m m； 沉降 比较均匀、 长度大于 2 0 I n的路基 ， 允许 的最 大工后沉降量为 3 0 m m。路基的稳定安全系数考虑列 铁道勘察 2 0 1 2年第 3期 车荷载作用时不小于 1 2 5 。 地基处理的方法很多 ， 为选出最优 的地基处理设 计方案 ， 从经济、 技术、 施工、 处理后 的复合地基承载力 等方面进行简单的对比( 如表 2所示) 。 表 2地基处理方案 比选 综上所述 ， 素混凝土桩能够节约大量钢材 ， 加固后 的地基承载力大幅度提高 ， 施工机械能满足要求 ， 初步 决定采用素混凝土桩进行地基加固处理。 3 3 素混凝 土桩地基加 固设计 ( 1 ) 设计参数 素混凝土桩径采用 5 0 0 m m， 首选砂层为桩端持力 层 ， 桩长 2 8 m。采用矩形布置 ， 间距 1 5 m。桩身混凝 土采用 C 2 0强度等级( 如表 3所示) 。 表 3路基系数 ( 2 ) 结论 根据公式 ， 选取地质参数地质剖面中柱状图计算 ， 计算单桩承载力最小值 6 0 0 k N， 但考虑到地层有一定 的起伏及其不 良地质影 响， 实际取用单桩承载力特征 值为 6 0 0 k N。 计算地基变形需要预估算路基在施工期间和预压 铺轨期间的地基变形值， 以便预留有关部分的净空， 选 择连接方法和施工顺序 。一般路基在施工期间完成的 沉降量 ， 对于砂土可认为其最终沉 降量已完成 8 0 以 上 ， 对于其他低压缩性土可认为 已完成最终沉降量的 5 0 8 0 ， 对 于 中压缩 性土可认 为 已完 成 2 0 5 0 ， 对于高压缩性土可认为 已完成 5 2 0 。本 工程经计算得出总沉 降为 3 2 m m， 按 照铺轨运营之前 完成 6 0 ， 满足规范要求 。 3 4 影响沉 降计算精度的 因素 鉴于无砟轨道路基沉降控制标准 已经到了毫米级 的精度， 对于沉降计算精度提出了更高的要求， 但是土 质地基毕竟不是精密仪器 ， 土力学理论发展到今天， 变 形计算误差尚无法保证控制在厘米范围。下列因素直 接导致 了地基变形计算很难提升精度 ： 钻孔取样难以避免的扰动 ， 试件存放 ， 化验过程 中仪器 、 操作人员水平的差异将直接导致误差发生。 从设计计算方法可 以看出 ， 有很多经验系数 ， 其 取值范围往往相差很大， 其 峰值与谷值 的差别远远超 出了计算精度要求。 C F G桩及 预制管桩虽然在我 国 目前采用 的设 计方法中并不相同， 但是对于路基荷载而言 ， 其作用方 式并无很大区别。两种方法在形式及设计思路上存在 较大差 异。本 工 程 素混凝 土 桩采 用 的计 算 理 论 同 C F G桩 ， 因复合地基理论本身具有一 定假定条件 ， 对 于路基荷载而言 ， 其作用方式与其假定也较大差异 ， 是 否合理有待进一步试验、 研究确定。 压缩层厚度的确定也存在较大差异 ， 不同的确 定标准直接导致的沉降差异已经远远超过了无砟轨道 变形控制标准 。法 国以路堤底宽的 3倍来确定压缩层 厚度 ； 德 国采用按附加应力等于 0 1 倍 自重应力确定。 ，桩体复合地基上基础刚度大小 、 是否铺设垫层 、 垫层厚度等都对复合地基受力性状有较大影响 ， 在桩 体复合地基承载力和沉降计算 中都要考虑这些 因素 影 响。 复合地基技术正在发展 ， 不少新的复合地基形式 得到应用 ， 应该说复合地基 的计算理论还很不成熟 ， 需 要加 以研究、 发展、 提高。 4 结束语 从路基填筑、 堆载和试运 营期 的沉降观测结果来 看 ， 按照现今的地基加 固技术能够满足无砟轨道工后 T S P探测技术在引汉济渭工程秦岭隧洞 S段上游突发涌水事故中的应用 ： 王宗旭 4 5 文章编号： 1 6 7 27 4 7 9 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 4 5 0 3 T S P探 测技 术在 引汉济渭工程秦岭隧洞 S段上游突发涌水事故 中的应用 王宗旭 ( 铁道第一勘察设计院陕勘公司，陕西宝鸡7 2 1 0 0 0 ) The App l i c a t i o n o f TS P De t e c t i o n Te c h n i q u e i n De a l wi t h S u d d e n W a t e r Gu s h i n g Ac c i d e n t o f Up p e r Re a c h e s S e c t i o n S o f Ha n J i We i Wo r k s C i t e d Qi n l i n g T u n n e l W ANG Zo n g X U 摘 要 引汉济渭工程秦岭隧洞 s段 _T - 作面突发 涌水 ， 在该隧洞 中应用了T S P探测技术， 成功地查 明 了涌水 原 因 ， 为 设计 和施 工提供 了依据 。 关键词T S P涌水汉济渭工程秦岭隧洞 中图分类号 ： T U 7 5 3 文献标识码 ： B 引汉济 胃 工 程秦岭隧洞 s段上游工作 面突发涌 水 ， 涌水将工作面约 8 0 c m厚围岩击穿 ， 喷射距离接近 4 i n ， 经测量涌水量约6 0 0 07 2 0 0 IT I d 。很短时间里 主隧洞开挖段 7 0 0余米全 部被淹 ， 水深超 过 3 m。施 工方及设计方迫切需要查清此次突发涌水 的原 因， 以 便采取应对措施。为此 ， 在该隧洞 中使用 了瑞 士安伯 格技术公司的 T S P探测技术 ， 取得了良好 的效果。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 33 0 作者简介 ： 王宗旭 ( 1 9 8 6 一 ) ， 男 ， 2 0 0 8年毕业 于成都 理工大学 勘查技术 与工程专业 ， 助理工程 师。 1 工程地质及水文地质概况 秦岭隧洞 S 段位于秦岭 中低 山区， 地形起伏 ， 主洞 洞室最大埋深 约1 0 0 0 m。工程范 围内主要涉及岩性 为石英岩及片麻岩 、 花 岗岩 ， 岩石呈微风化一未风化 ， 以类 、 类 围岩为主 ， 受地质构造影响较严重 ， 节理 裂隙较发育 ， 片理 、 片麻理较发育， 岩体完整性较差一 较完整。 地下水为基岩裂隙水 ， 水量较丰富， 受大气降水补 给 ， 水质 良好 ， 对混凝土无侵蚀性 ， 属于地下水 弱富水 区。无区域性断裂通过 ， 片麻岩 、 石英岩、 花岗岩多为 沉降的要求 ； 从运营后沉降观测结果来看 ， 工后沉降也 在设计控制范围内， 说 明了素混凝土桩地基加 固措施 是合理的。 采用素混凝土桩加固地基可较大幅度提高复合地 基承载力。由于设置了褥 垫层 ， 桩间土的承载力得到 了充分发挥 ， 很好地解决路基地基变形 问题 ， 满足沉降 量要求。素混凝土灌注桩适用于受电力线下等低矮空 间影响的段落 ， 造价低 ， 工期相对较短 ， 具有较好 的经 济性和适用性 ， 应用前景十分广阔。 参考文献 1 龚 晓南 复合地基 理论及 工程应 用 M 北京 ： 中国建 筑工业 出版 社 。 2 0 0 7 2 刘成宇 土力学 M 北 京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 0 3 孟非 ， 熊巨华 ， 杨敏 素混凝 土桩复合地基 的工程实践 J 四川建 筑科学研究 ， 2 0 0 4 ( 2) 4 池跃君 ， 宋二祥 ， 金淮 ， 等 素混凝 土桩复合 地基荷载传 递机理 的 试验研究 J 工业建筑 ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 4 ) ： 3 94 2 5 J G J 7 9 -2 0 0 2 建筑地基处理规范 s 6 G B 5 0 0 0 7 -2 0 0 2 建筑地基基础设计规范 s 7 阎 明礼 地基处理技术 M 北京 ： 中国环境科学出版社 ， 1 9 9 6 8 J G J 7 9 -2 0 0 2 建筑地基处理规范 s 9 崔维孝 深厚压缩层地基条件下桩筏基础路基沉降特性研究 J 铁道工程学报 ， 2 0 0 9 ( 4 )： 92 5