《砼桩在高速公路软土地基加固中的应用》
本文是软土地基和高速公路类在职研究生论文范文跟软土地基有关在职开题报告范文.
摘 要：长期以来,高速公路担负着国家经济运输、区域人文交流的重要职责,不仅能提升通行效率,也能节约土地资源.高速公路施工里,软土地基的加固对工程质量产生较大的影响.所以,本文以xx高速公路某段工程为例,对水泥粉煤灰碎石混凝土桩的加工原理、施工要求作了详细分析.同时,还介绍了三种质量检测方法,并就常见的软基加工问题给出了对应的解决方案,为类似项目的施工提供有用的建议.
关键词：高速公路;砼桩;软土地基加工;应用分析
1前言
xx高速公路全长是59.3km,是“七纵五横”的一个比较关键的成分.该公路北起罗源上楼,接罗宁高速终点;南接福泉高速公路起点,至长乐营前,总计历经了2年半.xx高速公路的通车极大的缓解了当地交通压力,加快了区域间经济文化交流.
按照设计规划,xx高速公路沿线多水道、高山深谷,地质复杂.特别是在连江东湖以南,所穿越的冲海积平面广泛分布着强度小、含水量大的淤泥质粘土,给施工带来了巨大的挑战.如果不采取特殊的措施处理软土地基,不仅会导致行车不安全,也会使得施工受到较大的影响.
根据xx省域现有竣工工程项目看,在处理公路施工中的软基时,主要根据软土地基深度采取不同的施工方案.首先,对于浅层软基,可使用粉煤灰桩法;其次,深层软基,可使用“以桥代路“法,以此减少施工难度,控制不确定性因素.
1 水泥粉煤灰碎石混凝土桩加固机理
水泥粉煤灰碎石混凝土桩（ Cement Fly- ash Grel Pile,粉煤灰桩） 有高度粘结性,无配筋计算要求,以石屑、粉煤灰、砂为原料,造价较低.同碎石桩相比,粉煤灰桩不易膨胀,能够向软基深层传递荷载.总体而言,在软土地基加固中,粉煤灰桩扮演了桩体与挤密等相关角色.在载荷条件下,同软土相比,粉煤灰桩不易被压缩（与粘结强度有关）.在地基发生形变之后,灰桩会承受源自于基础的附加应力,并导致应力集中.所以,粉煤灰桩具有经济性、技术性优势.
在振动沉管法下,可以快速的对桩体掺合料进行挤密.这样,在灰桩成形后,其压缩系数、孔隙比、含水量等参数都会大为缩小.
在软土地基的加固中,如果采取粉煤灰桩方案,则需要将重点放在了减小地基形变、提高地基承载力上.特别需要做好桩体掺合料的选择与挤密操作,增强桩体的承载力.如果地基属于松散砂性土,则应重点做好挤密工作.但是,在粉煤灰桩方案下,单纯的对松散砂性土实行挤密作业将增加投入,延长工期.
2加固设计
在加固饱和软粘土时,可参考无配筋沉管灌注桩方案来设计粉煤灰桩.在xx高速公路某段,所设计的粉煤灰桩的各项参数为：
桩长：10～30m,桩径：40cm,桩距：1.6～2.4m.此外,栓桩尖设计为C35,桩身为C15（部分桩位C20）.
桩体碇材料：II级粉煤灰,中粗砂,石屑,碎石（24cm）,水泥.
参考沉管灌注桩设计规范,确定灰桩单桩承载力.参考沿线地质情况与荷载要求,可在砂性粘土层上设计持力层.
在路堤上刺入桩体时,路基的柔性荷载特性会使路基发生沉降.在实际施工中,通常会将扩大头桩帽设置在灰桩顶部来遏制沉降.在桩帽上,需加筋、垫层,以协调形变.桩帽标号参考桩体设计.桩顶扩大头设计图见图1.
图1粉煤灰桩桩顶扩大头示意图
粉煤灰桩方案也可用于加固软基通道、撼动.为了防止路基与涵洞的连接位置出现沉降,不仅要做好地段顺接,也要在桩顶加筋垫层,并控制桩距.若情况特殊,可将柱底垫板安装在涵底.如下图.
图2涵洞处软基处理示意图
在路堤与桥台间,可通过安装“长短桩”来控制沉降.此外,还须安装过渡板（5m）、搭板（8m）.图3,为长短桩设计示意图.
图3 桥头地段粉煤灰桩处理示意图
在已建道路与新建道路之间,也可参考上述解决方案.若施工场地受限,可使用小孔径钻孔灌注桩、锚杆静压桩方案.
3粉煤灰桩施工要求
为提高粉煤灰桩施工质量,加快项目进程,应做好以下几项工作：
（1）施工场地应具备同料、通电、通水条件,且场地要平坦.确保软基排水系统通畅,在软基两侧挖掘排水沟.严格按照平整度、压实度指标,设置土路拱.为场地附近有河沟、池塘分布,可进行填砂、围堰操作.
（2）按照桩位误差低于5cm的标准进行桩位放样,并埋置桩尖.根據机械抬架参数,确定灰桩桩长.
（3）严格的结合实验报告,锁定灰桩配合比,提高配料的科学性.
（4）试桩抬架配重应超过各端抬架配重的1/2,并记录试桩时的桩长、电流等信息;检测桩身完整性,计算桩体承载力.以试桩数据为参考,指导工种桩施工.
（5）使用静压振动沉管灌注桩机.
（6）保护已有桩身,防止在移机、新装施工中损坏已有桩体.打桩时,应调桩、跳排施打.施工中,需通过桥台后跳排向后退大;提高施工的精准性,在核验排桩轴线后才施工;严格控制拔管时间,拔管前,需保持3～5s的振动;在向桩管灌入了3m的栓后,便可拔管.桩顶埋深应超60cm,扩大头桩帽顶标高应相同.在28d龄期后,可填筑路基、铺筑碎石层.
（7）在进行桩基、桥台的施工前,应当在距这些结构物的30m之内完成粉煤灰桩施工.
（8）严格做好试块留样检测,为工程提供分析参考.为了跟进栓的质量,1台机组每天所留样的试样应当为2组,且每组分别需进行持续7天、28天的测试.灰桩竣工后,应在28d后检测桩体.如果各相参数达标,可填筑路基、铺筑碎石层.
4质量检测
在明确了粉煤灰桩的各项参数之后,以施工要求为指导,进行了加固设计.灰桩竣工后,需通过检测来考察工程质量,维护通车安全.在实践中,可根据具体情况选用合适的检测法,如PIT低应变检测、静载实验、瑞利波法等.详细介绍如下：
（1）PIT低应变无破损反射波小应变法（PIT低应变检测）可用于检测桩身完整性.：
PIT检测法的步骤简洁,且儀器体积小,可通过屏幕直接得到检测结果.在具体检测时,需注意：
在台背部分（40m区域内）,最少检测20根,且数量需超过总桩数的20%;其它路段也要最少检测20根,且数量等同于总桩数的10%.如果检测方法为动测抽检,且再受检桩数中至少有30%未达到合格标准.此时,需将重检的数量增加至动测抽检的2倍.如果依然存在30%的未合格桩,则需检测所有桩.
（2）利用静载试验法可检测单桩竖向承载力.检测时,需注意：
在台背部分（40m区域内）,最少检测3根,且数量需超过总桩数的1%;其它路段,则根据桩数确定检测量.比如,在≤1000根时,可检测5根;1000～10000根时,通过内插法确定待检桩数;10000根时,可检测10根;>10000时,按照1%×总桩数的原则确定待检桩数.以单桩极限承载力为底限,可适当提高最大试验荷载.如果受检桩数中有至少30%的桩为不合格桩,此时,需将重检的数量增加至原检测数量的2倍.如果依然存在30%的未合格桩,则拒绝验收,视为桩体无法达到标准承载力要求.
（3）利用瑞利波法,可检测软基整体加固质量.检测时,需注意：
在沿地表水平向,瑞利波的衰减速度明显下降.然而,在沿钱垂直深度方向,却表现出了极快的衰减特征.根据地基深层,传播的瑞利波的频率也不相同.在软基加固检测时,便可参考瑞利波的物理特征间接分析出加固的效果.也就是说,在记录加固前后的瑞利速之后,利用现代专业软件就可以得到详细的软基质量评测报告.在业界,将软基加固的质量分成了IV类.I类,满足规范要求,加固质量高;II类,基本满足规范要求,加固质量较高;III类,未满足规范要求,加固质量较差,需补救加固;IV类,未满足规范要求,加固质量很差,需返工.
就本文所选案例来看,因为在粉煤灰桩施工前严格进行了掺和料配比,且施工过程中也不存在违规情况.所以,经多项技术检测,加固质量满足规范设计要求.
5常见问题及其处理
虽然粉煤灰桩特别适合软基加固,但加固质量与施工问题处理有很大关系.比如,在施工中,出现的缩径、桩裂、抬架控制失误问题将对加固质量造成严重的影响.针对此类问题,不仅要精确计算碇配合比,同时也要遵循跳排跳桩顺序,在合理的抬架配重下进行拔管.为了避免周围行驶车辆对桩体造成损害,应当在施工现场周围加设围栏,管制交通.
在新老路交界位置、边角处,经常出现路基裂缝、下沉现象.此时,可使用小孔径钻孔灌注桩、锚杆静压桩方案.
在未合理衔接不同处理类型的情况下,界面的沉降度也会出现差异,引起路面不平.为了实现均衡沉降,可在界面周围加入土工格栅.此外,如果桩身混凝土存在强度过低,龄期不到的情况,为了避免桩体浅部发生断裂,可使用空压机剥离桩头.
6结论
高速公路是国家动脉,担负着经济交流、人文交往的重要职责.在软基加固中,粉煤灰桩方案不单单是时间短,技术要求不高,而且可以大大的节省成本,所以不少人员选择这一模式.为此,本文详细分析了粉煤灰桩的加固原理与施工要求,并介绍了业界常用的三种检测方法.针对加固施工中存在的界面沉降不一、桩裂、缩径、路基裂缝等问题,本文也给出了解决方案.
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作者简介：
姓名：杨波,出生年：1977年,性别：男 工作单位：湖南路桥建设集团有限责任公司籍贯,湖南长沙,技术职称：工程师,主要从事的工作：公路施工,学历：大学本科.
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