高壓旋噴樁在高壓線下部公路軟基處理的設(shè)計(jì)分析與應(yīng)用

謝之逸，單 君，史宇宙

(浙江省數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012)

1 工程概況

104國道樂清虹橋至樂成改建工程位于浙江省樂清市。工程起于虹橋信岙西側(cè)，與104國道虹橋過境工程連接，分別與在建的樂清灣港區(qū)疏港公路連接線、虹南大道及規(guī)劃的蒲岐互通連接線相交，路線經(jīng)天成街道、樂成特色工業(yè)園區(qū)，再利用規(guī)劃104國道線位即六環(huán)路線位向南，走向基本與甬臺(tái)溫高速公路線位一致，終點(diǎn)位于前山村南側(cè)，與現(xiàn)104國道連接，路線全長約19.5 km。

本項(xiàng)目在K4+950～K5+000路段下穿500 kV的高壓線(如圖1所示)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，高壓線最低點(diǎn)距離地面的凈空高度為19.9 m。路基標(biāo)準(zhǔn)寬度為50.0 m。路基橫斷面布置為：7.0 m輔車道+1.5 m側(cè)分帶+0.5 m路緣帶+11.25 m行車道+0.5 m路緣帶+8.5 m中央分隔帶+0.5 m路緣帶+11.25 m行車道+0.5 m路緣帶+1.5 m側(cè)分帶+7.0 m輔車道。

圖1 道路下穿高壓線平面圖

2 場(chǎng)地地質(zhì)條件及巖土參數(shù)

2.1 場(chǎng)地地質(zhì)條件

該場(chǎng)地地處海積平原，地勢(shì)平坦開闊。表部分布海積黏土，灰黃色，軟塑，俗稱硬殼層，部分路段相變?yōu)橛倌噘|(zhì)黏土，厚約1～2 m；場(chǎng)地上部為全新統(tǒng)海積淤泥、淤泥質(zhì)黏土、軟～流塑狀黏土等，灰色，厚約15～25 m；中部為上更新統(tǒng)沖湖積粉質(zhì)黏土，灰黃色，可塑，一般厚約2～5 m，分布不穩(wěn)定，局部缺失；其下為厚層海積黏土，灰色，軟～可塑，夾沖積圓礫夾層或透鏡體；下部分布沖積圓礫、海積黏土等，交相切割疊布。圓礫層一般厚2～5 m。

2.2 巖土參數(shù)

根據(jù)該項(xiàng)目的巖土工程勘察資料，土層主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表1 土層主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

3 路基軟基處理設(shè)計(jì)

3.1 地基處理方案比選

地基處理方法比選，見表2。

表2 地基處理方法比選表

項(xiàng)目該處路基設(shè)計(jì)填土高度為2.8 m，路段存在工程性能欠佳的淤泥軟土。天然地基承載力無法滿足道路使用的要求，因此需要進(jìn)行軟基處理。高壓線距離地面凈空高度為19.9 m。為了確保施工的安全以及高壓線電路的安全運(yùn)行，根據(jù)《110～500 kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》[1]規(guī)定，500 kV線路最小施工安全距離為8.5 m，所以進(jìn)行地基處理的機(jī)械設(shè)備選擇需要考慮施工凈空受限的因素。

結(jié)合項(xiàng)目情況和比選結(jié)果，地基處理擬選擇施工設(shè)備高度較小的高壓旋噴樁的軟基處理方式。

3.2 高壓旋噴樁設(shè)計(jì)

擬設(shè)計(jì)的高壓旋噴樁采用高壓噴射灌漿工藝，在平面上以正三角形布置。高壓旋噴樁樁徑0.6 m，擬定樁長15 m，預(yù)壓期6個(gè)月。樁體每延米水泥用量不小于200 kg，水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比宜為1.0～1.2。

(1)高壓旋噴樁豎向單樁承載力計(jì)算[2]

根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB33/T 904—2013)[3]，高壓旋噴樁的單樁豎向承載力按公式(1)、(2)計(jì)算，并取其中較小值。

Ra=Up∑qsili+αqpAp

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

式中：Up為高壓旋噴樁的周長，m；qsi為高壓旋噴樁周第i層土的側(cè)摩阻力特征值，kPa；li為高壓旋噴樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度，m；η為高壓旋噴樁身強(qiáng)度折減系數(shù)；fcu為與高壓旋噴樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90 d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值，kPa。

單樁豎向承載力計(jì)算如表3所示。

表3 單樁豎向承載力計(jì)算表

由表3得，經(jīng)公式(1)和(2)計(jì)算，高壓旋噴樁的單樁豎向承載力分別為285 kN和254 kN，取較小值254 kN作為高壓旋噴樁的單樁豎向承載力。

根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB33/T 904—2013)[3]，復(fù)合地基承載力特征值按式(3)計(jì)算

(3)

式中：fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；fsk為樁間土承載力特征值，可取天然地基承載力特征值，kPa；Ap為高壓旋噴樁的截面面積，m2；m為復(fù)合地基置換率；β為樁間土承載力折減系數(shù)。

把高壓旋噴樁的單樁豎向承載力計(jì)算結(jié)果代入式(3)中，經(jīng)計(jì)算，復(fù)合地基置換率要求不小于0.164。

復(fù)合地基置換率可按式(4)計(jì)算

m=D2/(1.05d1)2

(4)

式中：D為樁身平均直徑，m；d1為樁間距，m。

將復(fù)合地基置換率的計(jì)算結(jié)果代入式(4)，可計(jì)算得出樁間距應(yīng)小于1.41 m。

(2)沉降計(jì)算[4]

軟弱土的沉降計(jì)算針對(duì)主固結(jié)沉降可以采用分層總和法，壓縮試驗(yàn)資料依據(jù)e-p曲線，總沉降可采用沉降系數(shù)法計(jì)算，地面平均固結(jié)度采用太沙基固結(jié)理論計(jì)算。計(jì)算不同樁間距的預(yù)壓期沉降、工后沉降以及總沉降，如表4所示。

表4 多樁間距沉降值計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算當(dāng)樁間距為1.4 m時(shí)，預(yù)壓期內(nèi)沉降值為28.5 cm，工后沉降值為5.2 cm，總沉降值為33.7 cm。此結(jié)果滿足《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)規(guī)范》中當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km/h，橋梁與路基相鄰路段工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)小于等于15 cm的要求。所以可采用樁間距1.4 m，既能滿足工程要求，又能有效節(jié)約造價(jià)。

4 工程效果

高壓旋噴樁試樁施工結(jié)束28 d后進(jìn)行復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，根據(jù)檢測(cè)頻率隨機(jī)抽取三處位置進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 復(fù)合地基承載力靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)復(fù)合地基承載力靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，平均復(fù)合地基承載力特征值210 kPa，滿足設(shè)計(jì)不小于180 kPa的要求。根據(jù)沉降板沉降觀測(cè)結(jié)果顯示，在路基填筑完成后第5個(gè)月和第6個(gè)月的月沉降量分別為4.9 mm和4.8 mm，沉降趨于收斂和穩(wěn)定。累計(jì)沉降量曲線圖如2所示。

圖2 累計(jì)沉降值-觀測(cè)時(shí)間曲線圖

5 結(jié) 語

本文針對(duì)高壓旋噴樁在高壓線下部公路的軟基處理設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行了計(jì)算和分析。高壓旋噴樁具有設(shè)備工作要求高度小、成樁質(zhì)量好、施工噪音小、施工簡便的特點(diǎn)。高壓旋噴樁適用于施工凈空受限的地基處理，可以顯著提高地基承載力，減小沉降。目前道路已通車1年，下穿高壓線路段的路面狀況良好。高壓旋噴樁的軟基處理方法可為今后道路下穿高壓線走廊路段的軟土地基處理提供解決思路和方法。