江门市胜利南路延长线试验段地基处理建议书.doc
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1、江门市胜利南路延长线试验段地基处理建议书 2015年5月目 录1江门地区软土路基处理调研31.1江门地区自然地理概况31.1.1环境条件31.1.2气候31.1.3区域地质31.1.4软土路基特点31.2江门地区软土路基处理方法31.3调研结果31.3.1一个问题桥头跳车问题41.3.2一个现象未处理软基沉降大但较均匀现象42工程背景及场地工程地质概况52.1工程背景52.2工程地质条件52.3特殊性岩土63原地基处理方案83.1超载预压83.2水泥搅拌桩处理83.3高压旋喷桩93.4预压94原地基处理方案存在的问题104.1桥头跳车问题104.2排水箱涵存在产生差异沉降104.3施工机械和施
2、工过程控制问题105建议的地基处理方案125.1总体思路125.2本工程需处理地段的具体处理方式135.2.1总体处理原则135.2.2具体处理方式135.3箱涵处理建议135.3.1箱涵外移135.3.2箱涵不外移135.4施工方案建议146试验段地基处理方案156.1设计依据156.2试验段选取156.3试验段地基处理方案156.3.1泡沫粉煤灰混凝土桩地基处理156.3.2无砂混凝土预制方桩地基处理166.4施工机械176.4.1泡沫粉煤灰混凝土桩施工机械176.4.2无砂混凝土预制方桩施工机械176.5试验段地基处理工艺流程176.5.1泡沫粉煤灰混凝土桩施工工艺流程176.5.2无砂
3、混凝土预制方桩施工工艺流程197数值计算结果207.1模型建立207.2沉降计算207.3结果分析217.3.1 FLAC 3D数值计算结果217.3.2工后-固结沉降计算值228试验段监测248.1监测项目248.2监测方案248.2.1 监测目的248.2.2 监测方案的编制依据248.2.3 软基监测断面设计259总结271江门地区软土路基处理调研1.1江门地区自然地理概况1.1.1环境条件江门市位于珠江三角洲河网区,鱼塘、沟渠星罗棋布。拟建道路沿线属第四纪海陆交互相冲淤积阶地,地势比较平坦,地面标高一般1.002.60m。沿线分布农田、鱼塘及厂房,属经济发达、交通繁忙地区。1.1.2气
4、候江门市属亚热带低纬度地区,位于珠江口西岸,全区有285公里的海岸线,受海洋性季风影响,气候特征是温暖多雨,降雨集中于4月至9月份,占年降水量的85%,此季节亦是台风及热带气旋频凡活动的时节。灾害性天气主要为台风、热带风暴及伴随而来的洪水。1.1.3区域地质江门境内地质构造以新华夏构造体系为主,主体为北东向恩平-从化深断裂,自恩平经鹤城斜贯全市延出境外;东部沿西江河谷有西江大断裂。两支断裂带构成境内基本构造格架。江门市处于东南沿海地震带中段后缘,为地震内带,属少震区,时有小地震发生。江门、新会历史上最大地震5.0级。本区域虽然断裂构造发育,但最大震级为5级,分析未来发生67级地震的可能较小。1
5、.1.4软土路基特点江门市地表下均分布有大量深厚的软土,其孔隙比大、含水量高、压缩性大、灵敏度高、强度低、固结系数低。1.2江门地区软土路基处理方法鉴于江门地区的特殊地理位置环境以及复杂的地质条件,其不同位置软基处理的方式也各不相同。主要有:袋装砂井堆载预压、真空联合堆载预压、鱼塘填平及反压护道、气泡混合轻质土填筑桥头、高压旋喷桩、水泥搅拌桩(湿法)、预应力管桩、预抛高、过渡性路面等。1.3调研结果由于本地区软基处理难度很大,所以既有道路后期出现了普遍沉降问题。通过对江门地区软土路基的实际调研,发现本地区软基处理突出表现为一个问题和一个现象,即桥头跳车问题和未处理软基沉降大但较均匀现象。1.3
6、.1一个问题桥头跳车问题以中江高速公路江门段为例,其软基情况与本项目相同,桥头处软基处理形式为高压旋喷桩、水泥搅拌桩等,目前已出现桥头沉降严重不均匀,桥头跳车明显,严重影响行车舒适度及行车安全。 图1 中江高速江门段桥头不均匀沉降严重 图2 中江高速江门段桥头跳车 1.3.2一个现象未处理软基沉降大但较均匀现象通过调研还发现本地区一些未处理过的公路路面出现了普遍沉降现象,局部地区路面沉降较大,但在软土层厚度不发生突变的区域沉降均匀,无明显差异沉降,基本不影响行车舒适度及行车安全。图3 未处理公路软基沉降均匀2工程背景及场地工程地质概况2.1工程背景胜利南路延长线位于江门市江海区,北起金瓯路,向
7、南下穿江中高速公路,后跨越礼乐河,终于南环大道,全长3.85公里。为城市道主干道,设计车速60km/h,主车道211.5米,规划标准断面宽度40m。项目全线跨越礼乐河、流砂河以及多条河涌,共设有1座大桥、3座中桥、4座梯道和8座涵洞。胜利南路延长线建成后,不仅有利于其发挥作为串连礼东、礼西行政区域的重要通道,而且还是连通江海区、新会区以及市高新技术开发区的重要纽带的城市主干道,北可至中心城区,东可达高新区,西至新会区,南可连南环,使路网结构将更为合理。有利于实现城市内外一体化发展,促进相邻组团间融合发展。2.2工程地质条件根据钻孔揭露,本场地区岩土层按成因可划分为:人工填土层(Qme)、第四系
8、全新统海陆交互相冲积层(Q4mc)、第四系残积层(Qel)和白垩系(K)风化基岩4个成因层。各岩土层工程地质特征自上而下综合描述如表1。表1 各岩土层工程地质特性表成因层岩性分布范围厚度(m)顶层埋深(m)顶层标高(m)颜色特征人工填土层1层填筑土(局部种植土)沿线塘基、路基0.703.50.853.11褐黄色、灰黄色粉质黏土、砂粒及碎石组成第四系全新统海陆交互相冲积层(Q4mc)2层淤泥道路沿线均有分布5.7028.10.53.5-2.501.12灰色含有机质及贝壳碎屑,有臭味,韧性低3层粉质粘土局部有揭露1.208.110.526.3-24.60-8.80灰黄色可塑,韧性中等4层淤泥质土局
9、部有揭露1.44.818.520-18.40-16.66灰色饱和,流塑,含有机质,有臭味,韧性低5层中砂局部有揭露0.54.7010.728.6-27.65-9.60灰黄色、灰白色饱和,中密密实,石英质,圆状,分选性差,含少量砾卵石第四系残积层(Qel)6层粉质黏土局部有揭露3.19.610.315.1-16.68-6.70褐红色硬塑,局部可塑,韧性中等,切面稍光泽白垩系(K)风化基岩7层全风化岩带局部有揭露0.86.614.126.2-24.60-11.90棕红色泥质结构,风化剧烈,岩心呈坚硬土柱状8层强风化岩带桥位区有揭露1.815.316.551.5-50.10-14.48棕红色泥质结构
10、,层状构造,风化强烈,岩心呈块状9层中风化岩带局部有揭露220.3020.348.2-46.50-19.16棕红色泥质结构,层状构造,节理裂隙较发育,岩体较完整10层微风化岩带局部有揭露2.111.834.65856.12-32.24灰褐-灰色粉砂质结构,岩石完整,芯样呈柱状、长柱状,节长10-50cm,岩质较硬,勘察线路范围不良地质作用主要为地震效应。场区处于地震设防烈度7度,设计基本地震加速度值为0.10g。工程沿线存在淤泥、淤泥质土,分布范围广泛,局部具双层结构,呈饱和、流塑状态,为软基路段。在震动作用下,土的结构受到扰动后,强度将显著降低,从而使软弱地基产生附加沉降,影响路基和结构物的
11、稳定,在7度地震作用下将会发生软土地基震陷。2.3特殊性岩土(1) 软土:勘察查明,场区主要有2层软土分布(见表2),其中2层淤泥、淤泥质土,埋藏较浅,分布较广;4层淤泥质土埋藏较深。沿线淤泥、淤泥质土,具有含水量大、压缩性高、力学强度低、灵敏高等特点,土质不均,夹层以及上下层变化也较大,易产生侧向滑移、不均匀沉降、蠕变及软土震陷等地质灾害。(2) 填筑土:本场地地表分布有人工填土,厚度0.303.50m。主要由粉质黏土、砂粒及碎石组成,物理力学性质不均一,具有弱透水性,属特殊性岩土,对建筑物基础沉降和地基的稳定性有一定的影响。(3) 残积土层主要为泥岩和砂岩风化残积而成,具有遇水易软化的特征
12、,对地基和稳定性有影响。(4) 场地风化基岩裂隙较发育,钻(冲)孔灌注桩施工易引起漏浆,岩石遇水易软化,桩基础桩底易软化,造成承载力降低或桥梁桩基础不均匀沉降。表2 沿线软土分布范围及特征表序号地层代号岩土名称分布范围长度(m)厚度(m)上覆盖层及厚度(m)下卧层备注第一层软土12淤泥、淤泥质土K0+000K1+76017607.713.0素填土、种植土0.53.5粉质黏土22淤泥、淤泥质土K1+760K2+40064012.318.2素填土1.31.9粉质黏土中砂32淤泥、淤泥质土K2+400K3+05065011.214.6素填土0.51.7粉质黏土42淤泥、淤泥质土K2+845K4+05
13、8121314.723.8素填土0.83.0黏土、粉质黏土第二层软土64淤泥质土K2+529K2+8453164.8素填土、淤泥、粉质黏土20.0中砂3原地基处理方案本工程原设计路基处理形式:对于一般路段采用塑料排水板超堆预压处理,超载高度1m,塑料排水板间距1.1m;桥梁和涵洞台后地段、挡墙基础,采用复合地基水泥搅拌桩处理,间距为1.2m,过渡段1.5m,桩径0.5m;对中江高速桥底下和道路红线范围内不迁移高压塔周围采用高压旋喷桩间距为2m,桩径0.5m。各段地基处理方案简述如下。3.1超载预压(1) 布置:塑料排水板按等边三角形布置,间距为1.1m排水板范围要求打到坡脚线处。为了增强顶面承
14、载力,顶面设置50cm中粗砂垫层。道路沿线横向每间隔约20m布置一根150软式透水管于中粗砂反滤层中,要求伸出中粗砂反滤层1m。砂垫层顶面铺设复合钢塑格珊,用U型钉固定。一般路段处理后地基承载力不小于120KPa。(2) 材料要求:塑料排水板采用SPB-C型,其芯板要求采用原生材料,断面尺寸为100x5mm,芯板抗拉强度150N/cm,滤膜湿态纵向抗拉强度25N/cm,滤膜干态纵向抗拉强度30N/cm,滤膜渗透系数5x10-4cm/s,芯板和滤套要求采用热粘结合。排水板间距1.1m,按等边三角形布置。塑料排水板长度一般要求达到淤泥层底。(3) 堆载预压卸载标准:a.经过预压处理后的淤泥层固结度
15、要求达到90%的设计要求。b.满足连续2个月不超过5mm/月的沉降速率。c.观测单位根据沉降曲线推算本工程的工后沉降满足设计要求。3.2水泥搅拌桩处理(1) 采用的水泥搅拌桩主要用于处理桥梁和涵洞的台后处理,桥梁台后50m处理,其中30m台后段,桩径50cm,桩间距1.2m。20m过渡段桩径50cm,桩间距1.5m。涵洞台后30m处理,其中20m台后段,桩径50cm,桩间距1.2m。10m过渡段桩径50cm,桩间距1.5m。其布桩桩位基准线为道路中心线,按等边三角形布置。处理后复合地基承载力标准值不少于120KPa。(2) 材料要求a.设计的水泥搅拌桩(湿法)采用42.5普通硅酸盐水泥,水泥建
16、议含量为12%,每米水泥用量不少于60kg。桩体无侧限抗压强度(28天龄期)1.0MPa,90天复合地基承载力标准值120kPa。b.搅拌桩桩体的水灰比应根据室内配比试验和现场试桩试验确定,水灰比初定为1:0.55。c.桩体施工完成一个月并且经验收合格后,方可填筑路堤或施加其他荷载,桩身2d龄期的击数N10达到15击(含15击)或7d龄期的击数N10大于原天然地基击数的N10的一倍以上。3.3高压旋喷桩(1) 采用的高压旋喷桩主要用于处理中江高速桥底下和道路红线范围内不迁移高压塔周围。以高压塔基础周边5米进行打桩。施工时注意测量清楚高压电线的基础范围,不得影响现有塔位基础。场地平整后先进行此范
17、围的高压旋喷桩处理,且在完成后30天后再进行周边的范围外的超载预压。采用单管法,按正三角形布置,直径50cm,间距2.0m。(2) 材料要求:设计的高压旋喷桩桩体所用水泥采用42.5普通硅酸盐水泥,水灰比为1.0,建议掺入量不小于40%;实际水泥用量和水灰比应根据室内配比试验和现场试桩试验确定;施工时宜用流量泵控制。单管法水泥浆的压力应大于20MPa。加固土体28天无侧限抗压强度qu1.0MPa;桩身渗透系数需10-8cm/s;复合地基承载力标准值不少于150KPa。3.4预压一般超载预压区需待路堤稳定后方能卸载施工。(1) 路床顶面设计高程以下路基压实标准及路堤填料要求同一般路基。(2) 超
18、载标高=路床顶面设计标高+路面换算填土高度+1m。(3) 预压填土、沉降土方回填均用砂性土填筑,压实度需满足压实度要求。预压施工控制标准为:路基加载时,路基中心的表面沉降速率宜控制在1015mm/d以内,坡角处的侧向位移宜控制在5mm/d以内。孔压系数控制标准仅作为参考:单级孔压系数(各级加载的孔隙水压力增量与荷载增量之比)小于0.8,综合孔压系数小于0.6。路基中心的表面沉降速率在10mm/d以内时,方可进行下一层路堤的填筑。路基填筑至设计的预定高程后,超载预压期应不少于6个月。实际预压时间应根据沉降观测和稳定要求确定。在满足连续2个月不超过5mm/月的沉降速率时方可卸载开挖路槽并开始路面铺
19、筑。4原地基处理方案存在的问题若按原设计方案进行本工程地基处理,将存在以下三方面的问题。4.1桥头跳车问题根据江门地区软基处理中普遍存在的问题,以目前的地基处理方案(堆载预压、水泥搅拌桩和高压旋喷桩)进行地基处理,桥头跳车现象仍难以避免。图4 桥头跳车问题4.2排水箱涵存在产生差异沉降本工程机动车道下存在雨水箱涵,具体位置为:K0+224K0+640(35001600)、K0+659K1+077(20001600)、K2+310K3+006(25001600)总长约1.53公里。由于箱涵设计位置位于机动车道下方,箱涵下方为PHC管桩(穿透淤泥层)支撑,且埋深较浅,后期箱涵上方路面沉降十分小,而
20、沿道路横向其他位置即使采用排水板堆载预压处理,后期沉降仍会较大,这就会在路面形成不均匀沉降,形成错台,严重影响道路正常运营,若要消除这种差异沉降,只能在箱涵范围内整个横断面均采用刚性桩支撑,这势必会大大增加施工成本和延长工期。图5 排水箱涵存在产生差异沉降形成错台4.3施工机械和施工过程控制问题本工程礼乐河以南高压线塔均设置在中央绿化带范围,后期不拆除,而两高压线塔之间的高压线净空均在23米左右,塑料排水板插板机、水泥搅拌桩机及管桩打桩机设备高度均在20m左右,在施工过程中均无法保证高压线塔底及两侧的安全距离。本段高压线宽度约10m,考虑两侧安全距离,高压线走廊宽度30米范围内均无法采用大型设
21、备施工。同时采用原设计方案对施工过程的控制难度较大,施工工期较长,难以保证处理质量。5建议的地基处理方案5.1总体思路基于上述4.1中存在的桥头跳车问题,建议在桥头设置过渡段,过渡段采用刚性或半刚性桩(可采用泡沫粉煤灰桩或者无砂混凝土预制方桩)进行处理,通过控制桩长和桩间距来控制过渡段的沉降值,使沉降平缓过渡至普通路段,普通路段不进行处理,使不处理路段即使发生沉降但沉降均匀、路面平缓,不影响正常行车。图6为某一大桥段桥头处理示意图。a 路面填土高度b 路面设计标高c 路面设计使用年末发生沉降后标高图6 从开始施工到设计使用年限末路面沉降的变化5.2本工程需处理地段的具体处理方式5.2.1总体处
22、理原则胜利南路延长线位于江门市江海区,北起金瓯路,向南下穿江中高速公路,后跨越礼乐河,终于南环大道,全长3.85公里。为城市道主干道,设计车速60km/h,主车道211.5米,规划标准断面宽度40m。项目全线跨越礼乐河、流砂河以及多条河涌,共设有1座大桥、3座中桥、4座梯道和8座涵洞。结合上节5.1中的内容,本工程主要对1座大桥、3座中桥、4座梯道和8座涵洞进行处理,即对台前和台后与普通路段连接处设置过渡段进行处理。5.2.2具体处理方式综合考虑场地工程地质、淤泥厚度、埋深情况、施工条件、施工机械、施工过程安全、施工工期以及成本,对于桩长大于15m的路段,通过控制桩长(桩间距不变)来控制软基的
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