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    基于實際工程對振沖碎石樁的研究

    2022-03-20 11:34:04
    北方交通 2022年3期
    關(guān)鍵詞:樁間土層碎石

    梁 雨

    (內(nèi)蒙古路橋集團(tuán)有限責(zé)任公司 呼和浩特市 010050)

    0 引言

    在地基處理方法中有預(yù)壓真空法、換填法、強(qiáng)夯法、振沖法、水泥攪拌法等,振沖碎石樁[1-2]適用于處理砂土、粉質(zhì)粘土、粉土等,具有施工工藝簡單,造價低等特點(diǎn)。許多研究學(xué)者對該方法進(jìn)行了大量的研究,其中王兆利等[3-4]對振沖碎石樁在漁港工程中的施工工藝及地基處理效果進(jìn)行研究,研究表明水下振沖碎石復(fù)合地基與在道路、建筑等工程的應(yīng)用存在許多差異;黎桂香[5]用過研究提出振沖碎石樁復(fù)合地基的承載力計算新公式;陳自榮等[6]通過研究,表明振沖碎石樁在港口工程中應(yīng)用也具備經(jīng)濟(jì)性及安全性,可推廣使用。

    在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上,基于理論與實踐相結(jié)合的研究方法,對實際水工工程振沖碎石樁進(jìn)行研究。

    1 工程概況

    1.1 地質(zhì)情況介紹

    本工程位于某游輪碼頭,根據(jù)地勘資料顯示其鉆孔的標(biāo)高為-5.90~-7.85m之間,地勢較為平緩,研究區(qū)域內(nèi)的土層從上到下依次為淤泥,標(biāo)貫擊數(shù)≥1擊,厚度為2.4~5.8m;淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,標(biāo)貫擊數(shù)≥1擊,厚度為5.0~7.2m;粉砂,該層分布最廣其厚度為1.2~4.2m;粉質(zhì)粘土分布較為均勻,厚度為0.9~4.0m,在粉質(zhì)黏土層下面的土層為強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖、中風(fēng)化輝綠巖、強(qiáng)風(fēng)化板巖和中風(fēng)化板巖。

    1.2 基礎(chǔ)處理

    本工程考慮到成本等問題,決定采用碎石樁作為地基處理方法,將其進(jìn)行處理,主要處理的地質(zhì)土層包括淤泥層、粉砂層及粉質(zhì)粘土層,各土層原地基承載力特征值為40kPa、100kPa及160kPa,碎石樁采用正三角布置,直徑為1.2m,樁與樁的中心間距為1.7m,碎石樁需達(dá)到粉質(zhì)黏土層并進(jìn)入≥1.2m,成樁后在樁頂面設(shè)置1.0m的碎石作為墊層,分層對其填充并壓實。

    2 振沖碎石樁的監(jiān)測方法

    2.1 土壓力監(jiān)測方法

    在對振沖碎石樁進(jìn)行檢測時,對樁間土壓力的檢測是一個關(guān)鍵的指標(biāo),為了解上部結(jié)構(gòu)施工過程中關(guān)鍵點(diǎn)位置的土壓力變化,本工程分別在兩個沉箱前后趾設(shè)置土壓力盒作為監(jiān)測點(diǎn),具體的布置圖見圖1所示。

    圖1 土壓力監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖

    2.2 土壓力監(jiān)測結(jié)果

    分別取相對應(yīng)的部分測點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果如表1所示。

    從表1中可知,隨著時間的推移(組別按時間順序進(jìn)行記錄),該土體的樁間土趨于穩(wěn)定,各測點(diǎn)的壓力值均保持在50kPa左右,說明該土樣的樁間土屬于正常狀態(tài)。

    表1 土壓力測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果表

    2.3 孔隙水壓力監(jiān)測方法

    土體中的孔隙水水壓力變化不僅可以用于土體固結(jié)度的計算,還能作為土體強(qiáng)度增長的判斷依據(jù),也可用于施工堆載的控制依據(jù)。本工程中在布設(shè)孔隙水壓力檢測點(diǎn)時從上表面土層到承載力土層每隔2~3m布置一個孔隙水壓力測頭,并且為保證測點(diǎn)的有效性,當(dāng)儀器埋設(shè)完成后立馬對其進(jìn)行檢測,當(dāng)所測的孔壓力值穩(wěn)定后作為孔壓監(jiān)測點(diǎn)的初始值。本工程中的孔隙監(jiān)測點(diǎn)布置見圖2所示。

    圖2 孔隙水壓力測點(diǎn)布置圖

    2.4 孔隙水壓力監(jiān)測結(jié)果

    分別取相對應(yīng)的部分測點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果如表2所示。

    表2 孔隙水壓力測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果表

    從表2中可知,隨著時間的推移,孔隙水壓力的超孔隙壓力消散并逐步趨于穩(wěn)定,說明當(dāng)上部結(jié)構(gòu)完成后,上部荷載與空隙水壓力的關(guān)系不大,主要是由碎石樁與樁間土承擔(dān)上部荷載。

    3 振沖碎石樁承載力計算

    3.1 碎石樁置換率及等效直徑計算

    復(fù)合地基單樁等效圓直徑及面積置換率的計算可根據(jù)下列公式進(jìn)行計算:

    de1=1.05S1

    (1)

    de2=1.13S2

    (2)

    (3)

    式中:de1、de2分別為等邊三角形和正方形布置時單樁等效圓的直徑(m);S1、S2分別為等邊三角形和正方形布置時相鄰樁的中心距(m);m為面積置換率;d為單樁設(shè)計的直徑(m);de為單樁等效圓直徑(m)。

    本工程根據(jù)1.2小節(jié)中碎石樁的布置方法,相應(yīng)的單樁等效直徑及置換率計算結(jié)果如下所示:

    de1=1.05S1=1.05×1.7=1.785m

    (4)

    (5)

    3.2 基底應(yīng)力計算

    (1)結(jié)構(gòu)及土層自重

    自重計算表見表3。

    表3 自重計算表

    表3中:第一層土自重=第一層土浮重度×體積,第一層上部自重累計和=第一層土自重+上部結(jié)構(gòu)自重;第二層土自重=第一層土自重+第二層土浮重度×體積,以此類推。

    (2)基底應(yīng)力

    應(yīng)力計算表見表4。

    表4 應(yīng)力計算表

    表4中:最大應(yīng)力與最小應(yīng)力=(上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂?shù)呢Q向力+基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)自重)/基礎(chǔ)底面積±作用于基礎(chǔ)底面力矩/基礎(chǔ)底面的抵抗矩。

    3.3 碎石樁應(yīng)力計算

    上部荷載由樁間土及碎石樁承擔(dān)。因此樁間土與樁加權(quán)平均為地基平均應(yīng)力:

    (1-0.452)σ土+0.452σ樁=σ

    樁間土σ土為51.63kPa,基底應(yīng)力為118.55kPa,因此可以求得σ樁=199.68kPa。

    3.4 振沖碎石樁施工工藝及施工注意事項

    振沖碎石樁在施工時主要涉及到的機(jī)械設(shè)備包括振沖器、水泵及操作振沖器吊機(jī),其原理是通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動偏心塊運(yùn)動,偏心塊運(yùn)動產(chǎn)生水平向的頻率和振幅,使土地得到擠壓,空心豎軸將壓力水通過振沖器下端高速噴出,成孔。振沖碎石樁施工的過程主要包括施工前準(zhǔn)備階段、儀器安裝就位對中、成孔及清空、加密振密階段、關(guān)閉振沖器并撤出施工區(qū)等幾個過程。振沖碎石樁在施工前應(yīng)先進(jìn)行試成樁;在施工的過程中,應(yīng)對不同分區(qū)內(nèi)機(jī)械設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,以保證不同設(shè)備達(dá)到相同的施工要求;需對施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行定期檢測,保證施工設(shè)備性能良好。對于水下工程除了滿足基本的要求外,還應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)整,如當(dāng)水下存在厚度不一的淤泥等土層,并且在水下不易成孔時,可以在成孔時加大水量進(jìn)行沖孔,并且在加密過程中為防止碎石顆粒間的粘土,可以加大加密水壓將其沖出,還可以通過提高加密速度,以保證碎石樁的樁體成樁質(zhì)量。

    4 結(jié)論

    基于理論與實踐相結(jié)合的研究方法,對實際水工工程振沖碎石樁進(jìn)行研究,通過對孔隙水壓力及土壓力的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算,研究結(jié)果表明:振沖碎石樁在水工工程中的應(yīng)用及計算與工民建工程中振沖碎石樁的應(yīng)用及計算公式相似,處理后的復(fù)合地基承載力有所提高。

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