道路桥梁过渡段软土地基加固沉降对比分析_吴迪.pdf

CM&M 2023.01137会造成明显的桥头跳车现象，对行车安全产生影响。1.2 道路桥梁过渡段软土地基处理要求当前道路桥梁工程施工规范中，虽然已经明确过渡段软土地基处理基本要求，但是由于不同工程项目设计要求和实际运行情况存在较大差异，在具体施工中，仍需要结合工程施工实际，明确软土地基处理基本要求。软土地基处理需满足如下要求：一是沉降值控制。在加固处理后，沉降值必须控制在安全规范要求范围内，避免出现沉降量过大或沉降不均匀现象。二是承载力控制。在加固处理后，地基承载力必须要能够控制在安全规范要求范围内，避免地基处理不到位而存在安全隐患。三是选择合理的加固处理技术。当前软土地基处理技术类型较为复杂，不同技术适应条件有所差异，所能够达到的处理效果也有所不同，在加固处理时，必须根据地勘资料和现场情况，选择最为合适的加固技术。四是合理控制加固处理成本。通常情形下，工程变更后的加固处理方案都较为复杂，施工所需投入的材料与人力资源明显增加，因此在选择加固处理方案时，可以借助软件对加固效果进行模拟，在确保加固质量前提下选择最为优化的处理方案2。五是要做好施工现场管理，软土地基现场条件较为复杂，安全隐患多，在加固处理中，应当随时做好现场监测，避免由于操作不当而出现安全事故，对工程管理成效产生影响。2 过渡段软土地基加固沉降对比分析2.1 工程概况某高速公路工程设计方案中，左右两幅长度均为 105.08m。0 引言道路桥梁过渡段施工过程中，软土地基处理不善，过渡段压实度不足，一直是工程施工技术应用的难点。以某工程项目为例，在明确过渡段软土地基病害类型及处理要求基础上，分析两种不同加固方案沉降情况，说明 CFG 桩加固处理技术应用要点。试验结果证明，CFG 桩能有效减少地基塑性区域，可将沉降量控制在设计要求范围内，地基承载力得到明显提升。1 过渡段软土地基病害类型及处理要求1.1 道路桥梁过渡段软土地基病害类型软土地基是道路桥梁过渡段较为常见的地质类型，在工程设计和施工过程中，常会由于设计合理性不足、过渡段沉降不均匀以及加固处理不到位，导致其出现不同形式的病害。基于现场施工总结和相关研究显示，软土地基病害类型主要有如下几种形式：一是路基失稳现象。由于软土地基抗剪强度差，在路基填方高或荷载过重时，软土层会形成滑动面。如在路堤两侧出现位移，则容易引发侧变形而产生挤出效应，对路基稳定性产生影响。二是不均匀沉降现象。此类病害产生原因，主要在于路基不同部位承受荷载差异。在中间部位长期大荷载作用下，沉降较为显著。而两侧位置荷载较小，沉降量较小。同时，软土层厚度也对沉降量有所影响1。三是桥头路基病害。此类病害多数存在于软土层厚度较大的项目中。在承载力不足时，路基出现失稳会将作用力施加于桥台位置，从而桥台出现滑移或倾覆现象。出现不均匀沉降则道路桥梁过渡段软土地基加固沉降对比分析吴迪摘要：道路桥梁工程施工中，过渡段地基处理一直是施工处理难点。若过渡段地基处理不当，道路运营中会出现较为显著的桥头跳车问题，不仅影响行车舒适性和安全性，存在较为显著的安全事故隐患，还会对道路使用寿命造成影响。以某工程项目为例，在明确过渡段软土地基病害类型及处理要求基础上，分析两种不同加固方案沉降情况，说明 CFG 桩加固处理技术应用要点。关键词：道路桥梁；过渡段；软土地基；加固处理；沉降分析（中国铁建港航局集团有限公司，广东珠海 519000）138工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工地质勘查资料显示，路桥过渡段区域地层结构主要以可塑至软塑状黏土层为主，间杂有强风化夹炭质板岩和中风化夹炭质板岩。前期设计中，在桥台台背 5m 位置设置抗滑桩，需要在施工前进行深基坑开挖。开挖至 2m 深度位置，出水量明显增加，周围坍孔现象较为严重，继续施工存在较大安全隐患，需进行施工方案变更。各参与单位在重新进行现场分析后，将施工方案变更为 CFG 桩加固方案，桩长保持 22m 不变，桩心距由 5.3m调整为 1.8m 和 3.6m 方案。为对比变更方案加固效果，采用模拟分析法，对工程施工技术进行对比。2.2 数值模拟分析2.2.1 抗滑桩加固抗滑桩加固是原设计方案中，为有效限制桥台后路基填方堆载对黏土层作用而采取的措施，在桥台台背 5m 处，设置 3 根以排状布置的抗滑桩，单根抗滑桩平面尺寸为2.4m2.4m。基于抗滑桩布置，能够有效避免黏土层发生沉降现象，避免桥梁桩基受损。对抗滑桩加固沉降效果进行分析，采用 FLC3D 软件建模。先依据地勘资料构建地质模型，分别布置黏土层、强风化夹炭质板岩层、中风化夹炭质板岩层，将桥台简化为长宽高成比例对应的立方体。模型整体划分单元数为753250 个，节点数为 133654 个，模型边界采用位移约束条件，侧面为法向位移约束，底面为 3 个方向约束，顶面为自由面。数值模拟先是进行一次重力作用下初始平衡计算，步数设置为 3000 步，通过计算获取模型初始应力及位移值，然后将位移清零3。之后计算路径土填筑后位移，步数设置为 10000 步，平均力比值保持基本平衡状态。基于模拟数值分析结果可以看出，在桥台与抗滑桩之间，抗滑桩能够起到良好作用，土体沉降较小。但在抗滑桩至填方区域之间的土体，在路基填筑作业后，出现较为显著的沉降现象，沉降数据达到 813cm 之间。抗滑桩周围土体应力值相对较小，而未加固地基土体位置，应力则有明显增加。结合实际分析认为，在抗滑桩作用下，周边土体被加固挤密，土体应力重新分布，在桩体周围产生“土拱效应”，使得周围土体难以出现流动变形现象。距离桩体较远的软土地基，“土拱效应”作用明显减弱，沉降现象更为显著。基于本项目施工相关监测数据显示，在距离桩体510m 范围内，加固效应逐渐减弱直至消失。2.2.2 CFG 桩加固CFG 桩加固是以碎石、石屑、砂、粉煤灰、水泥、水等为原材料，在机械施工作用下制成的低强度混凝土桩，其在软土地基处理中得到了较为广泛应用。本项目施工中，为有效控制路基填筑后沉降过大而造成路基损毁，拟在桥台台后 3040m 位置布设 CFG 桩。整体布置为梅花状分布，以桥台为中心，20m 范围内桩心间距设定为 1.8m1.8m，其余位置则设定为 3.6m3.6m。模型构建与上文相同，计算步骤也相同。基于模型分析结果可以看出，较为密集的加固处理区域，沉降量在 12cm 之间。较为稀疏的加固处理区域，沉降量为 35cm 之间。而没有加固的区域，沉降量则为1115cm 之间4。同时，加固区域进行小部分出现塑性现象，而未加固区域塑性区则广泛分布。由此可以看出，采用 CFG 桩对过渡段软土地基进行加固处理，能够有效提升黏土地基承载力，减少土体塑性区域。在模拟计算过程中，对地基表面进行位移监测，基于监测结果可以看出：加固区域范围内，竖向变形小；采用 CFG桩加固，能够较好的约束土体侧向及斜向运动，有效控制土体变形现象。2.2.3 地表沉降对比基于两种加固方案中地表沉降量的模拟可以看出，抗滑桩加固方案对软土地基处理效果仅限制在周围 1m 以内，能够有效防止路基滑动破坏现象，避免对桥梁桩基产生剪切破坏。但超出 1m 范围外后，加固效果明显丧失。采用CFG 桩加固处理后，地基沉降量明显降低，土体塑性区域范围明显缩小，能够有效控制道路桥梁在运营阶段出现沉降不均匀现象，有效避免由此带来的路面受损、桥头跳车等问题。2.3 加固方案2.3.1 加固施工流程为确保工程施工质量得以有效控制，消除道路交通运行安全隐患，经过加固沉降控制效果对比分析后，决定对过渡段软土地基采用 CFG 加固方案处理。在桥台周边 3040m不等范围内布设 CFG 桩，数量为 1500 根。CFG 桩施工完成后，在顶部位置铺设 0.6m 厚碎石垫层及土工格栅，有效提升加固效果。CFG 桩施工流程如下所述：前期做好材料进场和施工准备，在材料进场后，先依照标准要求检验，确保检验合格后，才能够进入拌合流程。拌合作业完成后，对桩体进行标准试件养护并进行试桩试验，在确保试桩合格后，做好现场测量放样，确定准确施工位置。在钻机调整到位后，钻进至设计标高位置，完成提钻和桩头处理5。进行桩基检测和垫层施工，完成所有施工流程。2.3.2 CFG 桩试验监测CFG 桩在施工完成后，需要依照养护工作要求进行处理，确保桩体性能达到最优化状态。在养护结束后，进行单桩竖向抗压静载试验。在实际过程中，测量桩顶沉降值并将其与加固模拟数据相对比。监测结果显示，实际沉降值与模拟沉降值差异在控制范围内，加固施工效果较好，CM&M 2023.01139能够满足后续工程施工要求。3 CFG桩加固处理技术应用要点3.1 合理确定加固范围加固处理范围不仅对过渡段软土地基处理成效有直接影响。为确保软土地基处理达到最优化水平，在施工过程中必须要合理确定加固范围。加固范围确定首先要准确计算过渡段长度，依据国家标准计算过渡段最小长度、施工完成后的最大差异沉降及沉降差异率。之后根据现场勘察地质条件，确定加固范围，以确保现场条件能够满足工程施工要求。加固范围确定后，应当根据范围内地质条件进行建模分析，明确不同加固方案成效差异，并为施工方案设计提供参考。3.2 做好施工方案设计施工方案设计是加固处理的基本依据。由于多数加固处理项目都是属于工程变更形式，因此其方案内容必须要与原有方案之间有明显技术差异，以确保加固成效达到最优化水平。在进行施工方案设计时，可以先采用 PLC3D 或PLAXIS 软件进行模拟，分析所采用的技术手段能够达到的处理效果。只有在处理效果达到项目设计规范要求时，才能够进行现场施工准备。本工程案例中，加固区域分为两个部分。桩长与原有数据相同，但桩芯密度明显增加，桩体数量大幅增加，所需要的施工机械和人力资源数量也大幅增加6。因此在施工方案设计中，除要明确相应的加固施工数据要求外，还应当要求施工单位合理做好施工组织，优化施工体系，尽量将工程变更对施工进度、施工成本的影响降至最低水平。3.3 做好材料处理CFG 桩地基加固处理技术的应用对桩体制作材料有明确要求，材料处理应当关注如下方面要点：要确保粗集料的粒径满足规范要求，在采用泵送混合料方式时，粒径应当控制在 19mm 以下；采用振动沉管法作业时，粒径则应当控制在 63mm 以下。石屑、粉煤灰等材料同样应当满足粗集料孔隙填充要求，水泥材料宜选用 42.5 级普通硅酸盐型号，特殊情形下则应当根据实际情况调整。在进行垫层及土工格栅处理时，同样应当遵循施工标准，合理确定与CFG 桩之间的距离，确保夯实度、极限抗拉强度等参数达到设计要求。3.4 强化施工队伍建设道路桥梁过渡段软土地基的加固处理，对施工人员专业素养有较高要求，因此在施工组织过程中，必须要强化施工队伍建设，提升技术应用水平。施工组织开始前，应当做好队伍建设，选用施工经验丰富、专业技能水平高的人员参与到施工组织中来。在施工组织过程中，要全面强化施工人员质量意识和安全意识，通过组织讲座、小组竞赛等形式提升技术应用能力，确保加固效果充分呈现，全面提升施工质量。在施工管理制度中，应当构建完善的奖惩机制，提升施工人员责任意识，严格依照规范和施工设计要求做好各项工作，确保施工质量控制到位。在施工组织过程中，应当做好施工质量监督检查，针对常见病害类型做好技术优化，为后续质量控制奠定良好基础。4 结语若过渡段地基处理不当，道路运营中会出现较为显著的桥头跳车问题，不仅影响行车舒适性和安全性，存在较为显著的安全事故隐患，还会对道路使用寿命造成影响。以某工程项目为例，在明确过渡段软土地基病害类型及处理要求基础上，分析两种不同加固方案沉降情况，说明CFG 桩加固处理技术应用要点。采用 CFG 桩加固模式，能够将桥台周边区域的沉降量控制在 12cm 之间，稍远区域的沉降量可控制在 35cm 之间，同时能够有效控制加固区域内塑性占比。通过加固处理后，能够有效控制整体沉降现象，并且不会对地基土体产生破坏，不会出现滑动破坏，因此采用 CFG 桩加固方式，能够较好的解决过渡段软土地基问题。CFG桩加固施工时，要求施工管理层面合理确