预制混凝土劲性体在公路软土路基处理中的应用.pdf
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1、温广军,等:预制混凝土劲性体在公路软土路基处理中的应用地基与基础DIJIY U JIC H U 工程与建设 年第 卷第期 收稿日期:;修改日期:作者简介:温广军(),男,内蒙古赤峰人,硕士,高级工程师预制混凝土劲性体在公路软土路基处理中的应用温广军,张志峰,秦长宽安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽 合肥 ;公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心,安徽 合肥 ;建华建材(安徽)有限公司,安徽 芜湖 摘要:软土路基处理的方法有很多,但对于深厚层软土常规方法难以满足容许工后沉降控制要求,特别是对于改扩建工程,差异沉降控制要求更高.常规预制混凝土P HC管桩存在结构尺寸和公路荷载不匹配的问
2、题,经实践证明在公路软基处理中P HC管桩的桩体承载力往往存在较大富余,造价偏高.通过适当减小壁厚,降低配筋率,优化混凝土配方等方式,形成了预制混凝土劲性体.劲性体在公路软土路基应用中能满足容许工后沉降和稳定性的要求,并能推动公路工程的节能减排和绿色发展,可取得良好的经济效益和社会效益.关键词:预制混凝土劲性体;高速公路;软土路基;稳定性中图分类号:U 文献标志码:A文章编号:()引言我国土地辽阔,软土地区分布广泛 .在这些地区进行高速公路建设必须对软土地基进行加固处理,以增加地基的稳定性及减少沉降.软基处理方法的选择与使用对工程质量、工期和经济效益均有重要的影响.目前,针对软基处理的方法有很
3、多,如何选择一种施工工艺容易控制、处理效果好,又相对比较经济的方法就显得尤为重要 .工程概况安徽省某高速公路于 年开工建设,年通车运营,现状为全封闭、全立交双向四车道高速公路,设计速度为 k m/h,路基宽度为 m.该高速自建成通车以来,交通量持续快速增长,导致服务水平逐年下降,交通拥堵问题日益突出,已不能适应现代交通发展的需求,改扩建已经势在必行.本项目改扩建设计标准采用双向八车道,设计速度 k m/h,整体式路基宽度为 m,分离式路基宽度为 m.本项目沿线软(弱)土主要分布在昭义河、清水河、扁担河的河漫滩及池塘附近.岩性为灰色、灰黑色、褐灰色淤泥,淤泥质粉质黏土,淤泥质粉土和粉质黏土、粉土
4、,呈软塑流塑状,局部为灰黄色粉质黏土,呈可塑状.项目最大特点是软土厚度大,基本在 m,工程性质差.本项目为改扩建项目,对容许工后沉降要求更为严格,一般的软基处理方法难以满足要求.通过现场及原位试验获得物理力学指标见表表.表软土物理力学指标统计岩土名称含水率/孔隙比e液性指数IL压缩系数 /MP a 压缩模量Es /MP a标贯击数N/击锥尖阻力qc/MP a承载力特征值/摩阻力标准值fa o/qi k/k P a软土 /软弱土 /表软土物理力学指标统计岩土名称直剪固结快剪三轴剪切Cq/k P aq/()Cg/k P ag/()Cu u/k P au u/()Cc u/k P ac u/()C/
5、()软土 软弱土 地基与基础DIJIY U JIC H U温广军,等:预制混凝土劲性体在公路软土路基处理中的应用 工程与建设 年第 卷第期表软土物理力学指标统计岩土名称垂直固结系数/(c m/s)水平固结系数/(c m/s)Cv Cv Cv Cv Cv Ch Ch Ch Ch Ch 软土 软弱土 表软土物理力学指标统计岩土名称无侧限抗压强度qu/k P a前期固结压力Pc/k P a十字板剪切强度Su/k P a灵敏度St/k P a垂直渗透系数kv/(c m/s)水平渗透系数kh/(c m/s)软土 软弱土 刚性桩复合地基刚性桩复合地基是指在地基土中置入桩身刚度较大的桩,与地基土形成复合体,
6、并在复合体与基础之间铺设一定厚度的褥垫层,调节桩、土之间的荷载分配,从而起到加固地基的作用.刚性桩复合地基区别于复合桩基的最大特点是褥垫层的设置.国内最早提出刚性桩复合地基设计思路的是中国建筑科学研究院黄熙龄院士,中国建筑科学研究院地基基础研究所于 年成功开发的C F G桩复合地基就是最早的刚性桩复合地基之一.目前常用的刚性桩复合地基主要包括C F G桩复合地基、现浇混凝土桩复合地基和预应力管桩复合地基等.对刚性桩复合地基的研究,主要集中在确定其承载力和变形两个问题上,实际工程中常采用现场载荷实验方法来确定其复合地基的承载力.对重要建筑物的地基承载力,可采用载荷试验、理论公式计算以及原位试验进
7、行综合确定.刚性桩复合地基的承载机理:刚性桩复合地基的受荷变形过程是一个复杂的过程,在受荷初期,由于褥垫层的调节作用,桩土共同承受上部荷载,此时地基土分担比s较大,桩土应力比n值较小.随着荷载增加,桩顶逐渐向褥垫层刺入,荷载逐渐向桩身转移,桩的作用逐渐显示出来,n逐渐增大,s逐渐减小.当荷载继续增加到复合地基极限荷载的 左右时,n、p(桩分担比)值与s值分别会出现峰值和谷底值,此时单桩承载力已达其极限值的 左右,桩的应力集中现象最显著,桩对褥垫层的刺入量已基本稳定.过此点后,随着荷载的继续增加,桩向上刺入量增加很少,桩土应力比、桩分担比会减小,地基土分担比会增加,桩土变形趋于同步.若再进一步增
8、加荷载,由于复合地基中桩的荷载沉降(QS)曲线呈硬化型,桩还可以承受较大的荷载增量,但其桩顶荷载增加量很小,新增荷载绝大部分由桩间土分担,直到桩间土达其极限承载力,这时复合地基被破坏.桩土应力比是反映刚性桩复合地基工作状态的重要参数,是承载力设计、变形控制和沉降计算的重要指标.现有理论计算方法如模量比公式等虽计算简单,但未能充分反映刚性桩复合地基受力变形的实际情况.在刚性桩复合地基中,碎石垫层的设置能有效调整桩土应力比,减缓桩顶应力集中和充分利用桩间土承载力.因此,更为合理的桩土应力比计算应考虑垫层作用的影响.近年来,已有不少学者研究并提出一些考虑垫层作用的桩土应力比计算方法,如傅景辉和宋二祥
9、(),赵明华等()分析了桩土垫层的相互作用,讨论了刚性桩复合地基的工 程 特 性,得 出 了 桩 土 应 力 比 的 解 析 解;池 跃 君 等()研究了带垫层的素混凝土桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发挥规律,其研究表明桩顶刺入变形使素混凝土桩的受力更加合理;朱世哲等()研究了带垫层的刚性桩复合地基桩土应力比的计算方法;缪林昌等()综合考虑了桩土垫层的变形协调、桩体荷载传递规律、桩侧正负摩阻、桩体上下刺入、桩径、桩长等因素,推导出刚性桩复合地基桩土应力比公式,公式简洁,便于设计应用;朱桃丽等()考虑桩侧摩阻力与桩土相对位移的双曲线关系以及桩间土体非线性变形影响的特点,建立刚性桩复合地
10、基土体压缩模量与应变的关系模型.考虑桩土竖向变形,采取桩体向上刺入褥垫层及向下刺入持力层的模型,引进分级加载的思想,基于桩土垫层的竖向变形协调条件,最后得到了刚性桩桩土应力比.H e w l e t t等()认为,三维情况下路堤土拱呈半球形的弯顶拱形,并假定土拱的塑性点出现在土拱顶部的中心点或是桩帽上方拱脚处,并以极限状态分析了土拱顶部单元土体和桩帽上方单元土体,得出了两个桩的荷载分担比的计算式,取较小的桩的荷载分担比作为设计值.国内一些学者在此基础上对弯顶模型的计算理论进行了改进,陈云敏等()认为在路堤填料较低的情况下,无论是桩帽顶部土单元,还是土拱顶部土单元都没有进入极限状态.于是从单桩有
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