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银川平原高等级公路液化土地基处治

来源:233网校 2008年4月10日

  3.地基处理技术

  3.1换填法

  3.1.1换填法特点

  换填法处理液化土地基是将分布于浅层的可液化土部分或全部挖除,换填以强度较高的砂砾、碎石、卵石等,并分层夯压实。全部挖除换填法适用于分布于地表且厚度小于3m的可液化土地基处理,从根本上改善了地基,全部消除了液化,为最彻底的措施。

  3.1.2换填法应用

  石中高速公路南段第1合同段K110+300~K110+400段,位于惠农渠南岸桥头,路堤平均高度4.22m,地下水位埋深0.4m,地基土呈二元结构,表层1.8~2.5m为淤泥质粉土、粉细砂,之下为砂砾石,上部淤泥质粉土及粉细砂,标贯击数2~4,液化指数18.6,为严重液化地基,需进行工程处理。液化地基,处治采用挖除换填法,即将表层液化土全部挖除,换填砂砾土,根据土质情况分层夯实,其处理范围为路堤中心至两侧坡脚外排水沟外缘全部。并将挖除的液化土,经处理后用于桥头路堤100m以外路段的路基填料,分层填筑于路堤中部,或用于护坡道及绿化用土。

  本段经换填处理后,经进行标贯,动探检测,地基土达到中密~密实,地基承载力达到250kpa以上,比处理前提高了2~3倍以上,极大地改善了地基土抗液化性,全部消除了液化,保证桥头路堤的稳定。

  3.2挤密砂桩

  3.2.1挤密砂桩的特点

  挤密砂桩是利用挤密或振动使地基土密实,并在振动或挤密过程中回填砂料,形成砂桩,与桩间土一起组合复合为地基。其主要目的是提高地基土承载力,减少变形和增强抗液化性。在加固地基抗液化方面的机理主要是,通过在成桩过程中桩管对周围液化土产生横向挤压力,使其周围土层孔隙比减小,密实度增大;通过在桩孔内充填粗砂,在地基中形成渗透性能良好的竖向排水降压通道,有效地消散和防止超孔隙水压力的增高,防止砂土产生液化,加快地基排水固结;通过在成孔成桩时振动锤的强烈振动,使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震,增加砂土抗液化能力。

  3.2.2挤密砂桩的应用

  石中高速公路南段第2合同段大古铁路高架桥两端,路堤高度达8.5~9.4m,地基土上部为饱和低液限粉土,标贯击数2~7,厚度3.0~5.5,其下为砂砾石,地下水位埋深0.6m,经液化判别,上部低液限粉土为可液化土,液化指数16.4,为严重液化,要求全部消除液化,采用挤密砂桩处理液化地基。

  (1)设计计算

  本项目通过计算,采用挤密砂桩桩径0.4m,桩长穿透上部可液化层至下部砂砾石层,按正方形布置,桩距1.0m,加固范围至路堤坡脚处。设计要求砂桩和桩间土经处理后桩间土地基承载力大于150kpa,标贯击数N>10,全部消除液化,砂料采用中粗混合砂,含泥量不大于5%。

  (2)加固效果

  全部砂桩施工完毕后,采用标准贯入试验对处理效果进行了检验,并采取原状土样作了室内土工试验。试验结果表明,标贯击数由加固前2~7提高到9~18,被加固软塑状低液限粉土已变成了硬可塑状,地基承载力达到180kpa以上,孔隙比由0.84~0.88减小到0.61~0.72.本场地经挤密砂桩加固后,抗剪强度显著提高,压缩性明显降低,消除了8度地震时产生液化的可能性。

  3.3强夯

  3.3.1技术特点

  强夯法处理地基是1969年由法国Menard技术公司首先创用的。它通过10~40t的重锤和10~40m落距,对地基以冲击和振动,从而提高地基的强度并降低其压缩性。我国于1978年开始在天津新港、河北秦皇岛等地进行了强夯法的试验研究和工程施工,取得了较好的加固效果,接着强夯法迅速在全国各地推广应用。

  强夯法适用于处理碎石土、砂土、粉土、粘性土、杂填土和素填土等地基。它不仅能提高地基土的强度,降低其压缩性,同时还能改善其抗振动液化的能力和消除土的湿陷性,所以还常用于处理可液化地基和湿陷性黄土地基等。强夯法处理液化土地基,在江苏省徐连高速公路作为课题进行了试验研究,并在工程中得到成功应用。

  3.3.2强夯法设计要点

  (1)强夯技术参数的确定。强夯法虽然已在工程中得到广泛的应用,但至今尚无一套非常成熟的设计计算方法,一般应参照国内强夯法加固地基的成功经验,初步确定各类地基的强夯参数,在强夯施工前,选择代表性路段(夯区)进行试夯,以确定合理的强夯参数与施工工艺。强夯法的主要设计参数包括:锤重、落距、垫层材料与厚度,有效加固深度、夯击能、夯击次数、夯击遍数、间隔时间、夯击点布置和处理范围等。

  (2)施工质量控制。强夯地基的质量检验,包括施工过程中的质量监测和夯后地基的质量检验,其施工过程检验指标分别为施工控制夯沉量和有效处理深度。强夯施工结束后,间隔2周对地基加固质量进行检验,检验频率为每100m一个断面,每断面检验3点,其中路中一点、左右边坡坡脚各一点,检验方法可选用标准贯入试验、静力触探试验、动力触探试验及现场荷载试验等方法并结合室内土工试验。检测深度不小于设计处理深度。

  3.2.3强夯法应用

  石中南段第7合同段K132+500~K134+200段应用强夯技术处理液化土地基。

  (1)场地工程地质条件

  该路段为关马湖互通立交区,处于黄河东岸一级阶地,地势平坦,地下水位埋深0.5~1.3m,地震烈度8度。场区由第四系全新统(Q4al)松散冲积物组成,可划分4个工程地质结构层。

  第Ⅰ层耕土层:分布于场区地表,灰黄色,稍湿~湿,以粘性土为主,结构松散,厚1.0~1.4m.

  第Ⅱ层低液限粉土:黄褐色~灰褐色,软塑~流塑,饱和,厚1.5~2.9m,标贯击数3~7.

  第Ⅲ层细砂:黄褐色~灰褐色,饱和,厚1.6~7.0m,标贯击数深度7m以上2~11,7m以下13~22.

  第Ⅳ层圆砾:杂色,磨圆度较好,分选性差,中粗砂充填,中密~密实,厚度大于20m,层位稳定,地基强度高。

  按《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)第2.2.3条公式进行液化判定,场区第Ⅱ层低液限粉土与第Ⅲ层上部埋深7m以上的细砂为可液化土,液化指数6.8~18.3,液化等级为中等~严重,第Ⅲ层埋深7m以下及第Ⅳ层为非液化土。设计要求全部消除液化。

  (2)强夯设计参数

  根据国内外类似工程经验,结合本项目构筑物的要求与场地工程地质条件,经综合分析,采用锤重18t、锤底面积5m2的夯锤实施强夯,夯点按正方形布置,点间距5m,夯击三遍,即主夯、副夯与满夯,主、副夯单击夯能2000KN·m,按规定间距夯击,夯击数4击,满夯单击夯能850KN·m,采用夯锤印彼此搭接四分之一连续夯击,夯击数按最后一击夯沉量不大于3cm控制,三遍夯击间歇时间均为72小时,砂砾垫层厚70cm.

  根据初定的强夯参数,选择K133+450~K133+500段进行强夯试验,通过测试,与夯前测试数据进行对比,检验强夯效果,以确定本工程采用的各种强夯参数。

  (3)强夯试验评价

  在试验段强夯7天后,进行了标贯及土工试验,试验结果表明,土层标贯击数比夯前明显增大,夯前第Ⅱ层粉土标贯击数3~7,夯后提高到11~19,第Ⅲ层7m以上细砂夯前标贯击数2~11,夯后提高到12~22,且全部消除了液化,同时地基土物理力学性能得到了比较大的改善,含水量降低,天然容重增大,孔隙比减小,密实度提高,地基土抗剪强度得以明显改善。

  通过强夯试验,单击能量采用2000KN·m时,有效加固深度7.0m,由于本工程可液化土主要分布于7m以上,因此采用单击能量2000KN·m可以达到处理深度要求,最佳夯击次数为4击。

  (4)强夯施工效果

  从试夯区试验结果表明,试夯区的加固效果十分显著,可以满足工程设计要求,其强夯参数可以直接用于施工,本项目采用强夯法处理液化土地基,施工历时3个月,通过标贯、动力触探及室内土工试验检验,其加固效果达到预期目的,全部消除了液化。

  4.结语

  银川平原液化土分布广泛,液化土是高等级公路建设中的主要工程地质问题之一。石中高速公路南段针对不同的工程地质条件,不同的公路构造部位,采取了相应的处理原则和设计方案,经工程实践证明,换填法可彻底改善地基土的特性,彻底消除液化,适用于分布于地表厚度小于3m且规模较小的可液化土地基处治;挤密砂桩对深层地基加固及固结排水良好,既提高了地基强度,消除不均匀沉降,又彻底消除液化,适用于桥头高路堤液化土地基处治;强夯对面积较大浅层液化地基加固效果明显。由于其不同的处治方案其加固效果与投资差异较大,因此对液化土地基处治应根据场地工程地质条件结合公路工程特点,制定合理的处治原则,选择合理有效的处治措施。

  参考文献:

  [1]宁夏建筑工程研究所.宁夏地基土特性及技术对策研究.1993.

  [2]叶书麟.地基处理工程实例应用手册.1998.

  [3] 中国公路工程咨询监理总公司.姚伏至叶盛高速公路工程地质勘察报告.1996.

  [4]中国公路工程咨询监理总公司.叶盛至中宁高速公路工程地质勘察报告.1999

  [5]宁夏公路勘测设计院.麻黄沟至姚伏高速公路工程地质勘察报告.1999.

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