蔡 軍 馬昊天 陳園園 王 哲 宋佳峰
(1.浙江華東工程咨詢有限公司,浙江 杭州 311100;2.浙江工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,浙江 杭州 310023)
在軟土地基修建道路,地基沉降需高標準、高要求控制,而工后不均勻沉降的控制更是重中之重[1]。經(jīng)加固處理后軟土地基的壓縮性顯著降低,從而降低地基沉降量[2]。樁網(wǎng)復(fù)合地基能在短時間內(nèi)完成沉降,并使得沉降量顯著降低,能夠有效控制工后沉降,同時可以節(jié)約成本,降低工程造價[3],在工程實際的應(yīng)用中取得了較為理想的效果。預(yù)應(yīng)力管樁因為其承載能力高、適用性廣泛、樁體長度設(shè)計靈活、節(jié)省工期等優(yōu)點,在地基處理領(lǐng)域被迅速推廣使用[4]。預(yù)應(yīng)力管樁[5]是先采用先張法預(yù)應(yīng)力和離心成型工藝,然后經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護而成的一種空心圓筒狀的等截面剛性樁體。樁體施工應(yīng)用時主要分為制作和沉樁兩個步驟[6],逐節(jié)打入待處理的軟基中,樁與樁之間采用二氧化碳氣體保護焊在現(xiàn)場進行焊接,最后采用水準儀進行復(fù)核。
在沉降分析方面,李國維等[7]研究了雙曲線法并對其進行了修正,提出了改進沉降預(yù)測精度的措施。王偉等[8]研究表明沉降速率相同的條件下,指數(shù)模型沉降預(yù)測結(jié)果會大于雙曲線模型預(yù)測結(jié)果。由于預(yù)測結(jié)果與實際監(jiān)測結(jié)果具有差異,需要將工程監(jiān)測與理論預(yù)測相結(jié)合進行沉降分析。
在526 國道岱山段改建支線二Z2K1+955.889~Z2K4+569.328段工程中,對預(yù)應(yīng)力管樁處理軟基后的沉降進行了現(xiàn)場監(jiān)測,并與雙曲線法預(yù)測的沉降相結(jié)合進行分析,對有效提升施工效率具有重要的工程意義,可為后續(xù)施工打下堅實的基礎(chǔ)。
526 國道岱山段改建工程支線二Z2K1+955.889~Z2K4+569.328段起點與高雙線K13+770相交,路線向北沿東沙工業(yè)基地規(guī)劃道路后,再往北經(jīng)現(xiàn)狀鹽田區(qū)、養(yǎng)殖塘至規(guī)劃燕窩山客運碼頭。本段軟基處理的方式為預(yù)應(yīng)力管樁/素混凝土樁+等載預(yù)壓。預(yù)應(yīng)力管樁采用PC400A95,直徑為400mm,壁厚為95mm。素混凝土樁采用樁徑75cm,樁身強度為C20,正方形布置,水泥用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥,水灰比0.5~0.6,砂采用潔凈細砂,碎石采用粒徑15~40mm的潔凈碎石。樁帽、系梁采用C30混凝土,并與管樁/素混凝土樁連接。樁帽尺寸為長×寬×厚=1.3m(1m)1.3m(1m)0.35m,系梁截面尺寸為50cm(寬)×35cm(高)。路基填筑典型斷面、管樁施工典型斷面、預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計圖分別見圖1、圖2、圖3所示。
圖2 管樁施工典型斷面圖
圖3 預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計圖
地形總體較平坦,局部河道及養(yǎng)殖塘地勢相對低洼,屬于海積平原區(qū)。沿線局部表層分布有厚度不大的填土,主要分布于既有道路或村莊等,巖性復(fù)雜;下伏1.0~2.0m 厚的灰黃色粉質(zhì)黏土,性質(zhì)稍好;其下為一系列的海相高壓縮性軟土,厚度可達25~30m;中部主要為海陸交替沉積黏性土,下部為陸相沉積及基巖地層,基巖埋深起伏大。
預(yù)應(yīng)力管樁施工采用柴油錘打樁機進行施工。預(yù)制管樁運輸至施工現(xiàn)場后在堅實、平整的區(qū)域堆放,采用100mm×100mm 枕木進行兩點支墊。沉樁施工工藝流程按照測放樁位、樁位復(fù)核、樁機就位、樁起吊、穩(wěn)樁、打樁的順序進行。采用CO2氣體保護焊進行接樁,焊接施工采用兩臺焊機對稱施焊,分三次焊接完成,確保焊縫飽滿。接樁完成后,須由質(zhì)檢人員會同監(jiān)理工程師進行驗收,驗收合格且靜置10min 以上方能繼續(xù)沉樁。管樁打設(shè)完成后,采用水準儀對樁位進行復(fù)核,同時對樁距、樁垂直度進行檢查,滿足設(shè)計要求后,樁機移位。管樁施工完成后,需按照隨機抽樣的原則,需進行樁身完整性檢測。
本文討論的監(jiān)測里程為Z2K3+550~Z2K4+133,根據(jù)監(jiān)測的實測數(shù)據(jù),計算月沉降速率,從而推算工后允許沉降值是否滿足軟基預(yù)壓期卸載控制采用的雙標準控制要求,即要求推算的工后沉降量小于設(shè)計容許值,同時要求達到沉降速率標準時,方可卸載開挖路槽并開始路面鋪筑。對欠載預(yù)壓的路段,按連續(xù)2 個月的月沉降速率小于3mm/月進行控制;對等載預(yù)壓的路段,按連續(xù)2個月的月沉降速率橋頭小于3mm/月、一般路段小于5mm/月進行控制;對超載預(yù)壓的路段,當有效應(yīng)力面積比小于0.75 并且預(yù)壓期超過6 個月以上時,按連續(xù)2個月的月沉降速率小于7mm/月進行控制。當有效應(yīng)力面積比超過0.75 小于1.0 時,按連續(xù)2 個月的月沉降速率橋頭小于5mm/月、一般路段小于7mm/月進行控制。當有效應(yīng)力面積比大于10 時,按連續(xù)2 個月的月沉降速率橋頭小于3mm/月、一般路段小于5mm/月進行控制。軟基段路堤在填筑過程中,應(yīng)嚴格控制周圍位移速率,控制標準為路堤中心線地面沉降速率≤1.0cm/晝夜,坡腳水平位移速率<0.5cm/晝夜,深層側(cè)向位移速率<3mm/晝夜。在施工期,每填筑一層至少需觀測一次,因故停止施工期間,每3d 觀測一次;預(yù)壓期間,第一個月每3d 觀測一次,第二個月至第三個月每7d觀測一次看,從第四個月起每半個月觀測一次,直到鋪筑路面。通車期沉降觀測應(yīng)該取少量的典型斷面(2個)進行跟蹤觀測,監(jiān)測頻率為每1~2 個月監(jiān)測1 次。側(cè)向位移觀測頻率與沉降觀測頻率相同,直至路堤達到設(shè)計的標高。
選用雙曲線法對軟土地基進行沉降預(yù)測,根據(jù)地基的沉降規(guī)律,采用公式(1)對施工過程中的沉降進行預(yù)測,采用公式(2)進行最終沉降預(yù)測。
式中:ta、Sa——擬合計算起始點參考點的觀測時間與沉降值;
t、St——擬合曲線上任意點的時間與對應(yīng)沉降值;
A、B——根據(jù)實測值求出的參數(shù),化為直線時分別表示直線的截距與斜率。
各樁號處1月沉降速率與2月沉降速率如表1所示;Z2K3+600、Z2K3+700、Z2K3+800、Z2K3+900、Z2K4+100、Z2K4+200區(qū)段的擬合曲線結(jié)果匯總?cè)绫?所示;預(yù)測總沉降、預(yù)壓期沉降、預(yù)測工后沉降匯總?cè)绫?所示。
表1 沉降速率匯總
表2 擬合曲線結(jié)果匯總
表3 預(yù)測結(jié)果匯總
在荷載預(yù)壓過程中,土體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變,繼而發(fā)生土體沉降變形。沉降在初始階段,土體處于彈性狀態(tài),孔隙水還未消散,發(fā)生瞬時剪切變形,隨著荷載升級,沉降呈線性發(fā)展并且隨著時間增長,超靜孔隙水壓力逐步消散,土體產(chǎn)生塑性變形,伴隨時間延長,沉降達到最終狀態(tài),便為最終沉降量。由表1 可知,整個監(jiān)測期間各沉降觀測點數(shù)據(jù)滿足設(shè)計標準,最大沉降速率發(fā)生在前1 個月,為4.95mm/月。并且可以發(fā)現(xiàn),路基沉降速率整體隨時間變小,主要是因為,隨著軟基排水發(fā)展、超靜孔壓消散,土體的有效應(yīng)力逐漸增長,沉降速率便會降低。采用雙曲線擬合得到的預(yù)測曲線整體性較好,說明采用現(xiàn)場觀測與雙曲線法結(jié)合的方式進行地基沉降預(yù)測具有可靠性。在后續(xù)鋪設(shè)加載時應(yīng)嚴格控制加載速率,以保證路基的穩(wěn)定安全。
本文將現(xiàn)場實際監(jiān)測與雙曲線沉降預(yù)測方法相結(jié)合,對采用預(yù)應(yīng)力管樁進行軟基處理后預(yù)壓階段的道路軟基沉降進行了分析,探討了土體沉降的變化規(guī)律。結(jié)果表明,采用預(yù)應(yīng)力管樁進行軟基處理后,整個監(jiān)測期間各沉降觀測點數(shù)據(jù)滿足設(shè)計標準,滿足雙標準控制要求;土體沉降速率逐漸降低,充分說明采用現(xiàn)場監(jiān)測與雙曲線降預(yù)測方法相結(jié)合的方式進行地基沉降預(yù)測具有一定可靠性。