高速公路软基桥头路堤沉降处理技术方法报告知名博导

高速公路软基桥头路堤沉降处理技术方法1一、高速公路软基特点和软基处理常用方法二、已通车高速公路工后沉降问题分析三、已通车高速公路工后沉降过大处理方法研究四、路堤横向引孔FCB置换方法现场试验研究研究五、总结和讨论报告内容2一、高速公路

软基特点和软基处理常用方法3高速公路发展情况4地区软土地基现状5杭嘉湖平原软土区萧绍姚平原软土区甬台温沿海地区丘陵及浙中盆地零星分布区地区软土特点6地区的软土属于比较典型软土，力学性质属于最差的一类。也因此的高速公路修建中软基处理问题是一个关键性问题之一。7常见软基处理方法8排水固结法水平排水层常用：普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等透水层竖向排水体9袋装砂井打设完的袋装砂井10塑料排水板常用塑料排水板打设完的塑料排水板11排水固结法是是最常用的软基处理方法。目前工后沉降降比较大的路路段往往是采采用排水预压压处理的路段段为主。排水固结法的的关键在于预预压期要足够够长。在流变性明显显的软土路基基，排水板应应尽量打穿软软土层，并进进行合理的超超载预压才能能减小次固结结。排水固结法目前排水固结结法研究热点点12排水板的排排水效果与与滤膜的质质量、土颗颗粒的含量量、淤堵情情况等多种种因素有关关；今后需加强强排水板长长期排水效效果的模拟拟和分析研研究，提高高排水固结结地基沉降降量的设计计计算精度度。排水板的长长期排水预预压效果13返回可降解塑料料排水板14返回对于不同超载情情况下合理理的卸载标标准，我们经过过初步研究究得到了以以下沉降稳稳定标准：：要做好沉降降观测数据据的准确性性以及合理理分析。沉降稳定标标准15返回真空联合堆堆载预压法法16根据真空预预压的特点点设计排水水板；真空预压与与堆载的合合理配合；；合理的预压压期；采用一些新新工艺。真空预压法法改进措施施17水泥搅拌桩桩1819水泥搅拌桩桩分类国内水泥搅搅拌桩打设设设备20水泥搅拌桩桩一般处理理软基深度度不宜超过过10m，采用双向搅搅拌头时可可适当增加加深度。国外水泥搅搅拌桩打设设设备21在国外，水水泥搅拌桩桩处理深度度最深可达达30多米，直径径达到1.6m。水泥搅拌桩桩技术关键键：提高桩体的的强度以及及均匀性。。水泥搅拌桩桩技术改进进趋势：路基工程对对桩体强度度要求不高高，2~5MPa。水泥搅拌桩桩技术探讨讨22改进设备可靠地提高桩体强度，加大桩径和深度23桩承式加筋筋路基桩承式加筋筋路堤（刚刚性桩复合合地基）24国内常用桩桩型25预应力管桩桩预应力管桩桩是我省最最早应用在在软土路基工程之之中的。除了低填土土、软基较较浅的情况况外，现在的桥头头深厚软基处理一一般都采用用预应力管管桩。该桩型处治治效果较好好，在路基工程程中很成功功。（一）本市建设工工程禁止使使用预应力力混凝土薄薄壁型管桩桩（简称PTC桩）、先张法预预应力空心心方桩中的的薄壁方桩桩、预应力力高强混凝凝土管桩（（以下简称称PHC管桩）A型桩。（三）PHC管桩生产企企业应严格格按《先张张法预应力力混凝土管管桩》、国国家建筑标标准设计图图集《预应应力混凝土土管桩》和《先张法法预应力混混凝土管桩桩用端板》》生产，确确保出厂产产品合格并并做好AB型、B型、C型产品标识识。禁止使使用铸铁板板代替钢板板制作端板板。--沪建交〔2012〕645号上海市城乡乡建设和交交通委员会会预应力管桩桩26对低填土路路堤，应按按土拱形成成的需要来来控制桩净净距；对软基深度变化化大的区域，管桩的打打设深度应应与实际软软土深度一一致；管桩处理段段于其他处处理段间的的过渡段应应避免差异异沉降问题题；PTC桩使用注意事项项27小直径桩用在低低填土路基工程程中的优势28返回PTC桩在软基深度不不均路段应用缺缺陷29返回30大直径现浇混凝凝土薄壁筒桩大直径现浇混凝凝土薄壁筒桩31沉管灌注桩Y型沉管灌注桩32以上桩型一般用用于软基深度10—20m左右的区域。优点是容易适应软基深深度变化比较大大的区域，其费费用要低于预应应力管桩。缺点是施工质量不如预预应力管桩容易易控制，容易形形成挤土断桩等等。33塑料套管桩地基基塑料套管桩地基基34塑料套管混凝土土桩国外AuGeo桩施工

塑料套管桩静压振动联合打设机

在低填土的路基基工程中，塑料套管混凝土土桩直径小，间间距小，易形成成土拱；在地下水对混凝土有有侵蚀的地区，，塑料套管混凝凝土桩耐久性会会比较好。塑料套管混凝土土桩优势35刚柔组合桩36当软土层中有硬硬土夹层时，将将搅拌桩与管桩桩间隔打设刚柔组合桩37当软土层中没有有硬土夹层时，，将搅拌桩与管管桩结合打设38应用范围：压期不足的时候候进行换填（练练杭、绍诸）；路基滑坡的修复复（杭甬）；工期紧张的拼接接路段等（广佛佛高速）。常见轻质路堤材材料：EPS（聚苯乙烯板块块）EPS颗粒混合轻质土土气泡混合轻质土土（泡沫混凝土））轻质路堤轻质路堤39EPS板材轻质路堤40气泡混凝土浇筑筑现场浅层处理法41常见浅层处理方方法设置排水垫层抛石挤淤就地浅层加固42就地浅层加固设设备就地浅层加固43低填土、浅软基基的路段，直接接采用就地加固固形成的硬壳层层；高填土、深厚软基区域，，利用就地处理理形成的硬壳层层和复合地基联联合应用。振动沉管碎石桩桩44旋喷桩45高压线下旋喷桩桩作业二、已通车高速速公路工后沉降降问题分析46高速公路工后沉沉降原因分析47沉降过大问题大大部分发生在排排水预压处理的的路段，当然也也有少部分是复复合地基路段。。高速公路工后沉沉降原因分析48工后沉降产生的原因处理深度内部分分主固结沉降下卧层土的主固固结沉降次固结沉降路面加铺荷载造造成附加应力引引起沉降车辆荷载引起土土体的固结沉降降软土地基的侧向向变形。。。。。。。。49已通车高速公路路工后沉降问题题不同处理方式过过渡段出现差异异沉降情况50已通车高速公路路工后沉降问题题桥台搭板后缘的的差异裂缝通道、傍山段，，台背沉降裂缝缝51桥头跳车已通车高速公路路工后沉降问题题影响安全性影响舒适性三、已通车高速速公路工后沉降降过大处理方法法研究52加铺法53加铺路堤荷载增加产生新的固结沉降反复加铺54反复加铺，加铺铺范围扩大，费费用增加路面反复加铺55加铺法56反复加铺造成了了养护费用居高高不下。加铺法其他问题题护栏等需随之加加高；影响正常通行；；不环保。尽管如此，加铺铺法仍是目前最最常用，最可行行的桥头跳车处处理方法。《关于解决已通车高速公路路软基桥头路基基沉降的应用技术方法》研究课题57581要能保证处治效效果；2要考虑对已有桥桥桩、桥涵结构构物的影响；3要应尽量减少对正正常交通运营影影响，无法全部部封闭交通；4处治费用不能过高。。技术难点桥头跳车处理思思路5960已通车桥头路段段软基处治方案案方法1地基竖向压密注注浆法61典型注浆布置侧侧视图方法1地基竖向压密注注浆法62注浆法处理桥头头不均匀沉降段段俯视图注浆法缺陷：处理深度比较浅浅，深厚软基情情况下，浆液地地控制比较难，，因此处理效果果无法预计；影响交通；费用较高。方法1地基竖向压密注注浆法6364方法2定向钻进注浆法法加固技术方法2定向钻进注浆法法加固技术65方法3路堤竖向引孔布布袋注浆桩技术术66方法3路堤竖向引孔布布袋注浆桩技术术6768方法4路堤竖向引孔高高压旋喷桩处治治技术方法4路堤竖向引孔高高压旋喷桩处治治技术69方法4路堤竖向引孔高高压旋喷桩处治治技术70旋喷桩施工设备小，可可分车道进行实实施，因此具备备封闭部分车道道的条件下该方案可行。71方法5两侧连续墙加固固处治技术方法5两侧连续墙加固固处治技术72方法6非开挖定向钻机机及夯管锤成孔轻质材料置置换原路堤技术术73方法6非开挖定向钻机机及夯管锤成孔轻质材料置置换原路堤技术术74水平定向钻机方法6非开挖定向钻机机及夯管锤成孔轻质材料置置换原路堤技术术75定向钻机及夯管管锤成孔示意图图方法6非开挖定向钻机机及夯管锤成孔轻质材料置置换原路堤技术术76方法7路面开挖轻质材材料换填处治技术77方法7路面开挖轻质材材料换填处治技术78路面开挖轻质材材料换填可分车道进行实实施，因此具备备封闭部分车道道的条件下该方案可行。79方法8路堤横向小直径径引孔FCB置换示意图80方法8路堤横向小直径径引孔FCB置换路堤横向引孔轻轻质土换填是指指在不影响正常交交通的前提下，，利用钻孔设备备在路基两侧进进行路堤横向小小直径引孔，孔孔径及孔纵横向向间距合理设置置，引孔具有一一定的斜度以便便于轻质材料的的灌入。引孔后后将轻质材料注注入孔中，凝固固后形成轻质换换填材料，减轻轻路堤重量以减减少路堤荷载，，控制工后沉降降。注：1孔顶2引孔3中间封孔4浇注填充材料81沪杭甬高速公路路K32+733断面路基深厚的的软土，以淤泥泥质土为主，软基深度约28m。原设计路基宽宽26m，填土高度6.95m。地基处理采用用袋装砂井排水水固结法，砂井井直径10cm。后来杭甬高速速公路拓宽，拓拓宽部分地基处处理采用预应力管桩桩，深度19~25m，间距2.5m。据调查，2008年该断面桥头的沉沉降速率仍在3mm/月以上，累计沉降已超过过3m，已进行多次加加铺，对该断面面工后沉降进行行计算，该断面面总沉降量均在在3.75m左右。高速公路桥头跳跳车处治技术案案例K23+733杭甬侧桥头加铺铺情况82K32+700地质剖面图83图2-3K32+700地质剖面图处治方案分析：：旋喷桩方案84设计处理长度20m，引孔直径150mm，旋喷桩长度28m，直径800mm，间距2.5m左右；过渡段处处理长度约20m，引孔直径150mm，旋喷桩长度28m，直径800mm，间距3.5m左右。单侧桥头头共44根800mm旋喷桩，桩长共共1232米。处理完毕后后，引孔路堤段段用中粗砂回填填振实，路面结结构层用混凝土土浇灌回补，处处理路段上部用用约4cm沥青罩面。该方案平面图和和剖面图如下：：处治方案分析：：旋喷桩方案85处理后效果：经该方法处理后后，该断面处理理段剩余工后沉沉降可由103mm降至14.2mm。处治方案分析析：非开挖技技术EPS置换原路堤方方案86处理效果：经该方法处理理后，该断面面处理段剩余余工后沉降可可降至3.8cm。87杭甬高速公路路桥头跳车处处治技术研究究88杭甬高速没有有实施，改为为申嘉湖杭高高速进行试验验和实施。为选取合适试试验路段，本本课题组对申嘉湖杭高速速公路三个主线桥头路段、一个匝道桥桥头路段和一一个承台侵入路基基段落进行了长期观观测，最终选选定了匝道桥桥头作为试验验段落。申嘉湖高速公公路桥头跳车车处治技术研研究89EK0+315～EK0+330段落位于申嘉嘉湖杭高速公公路（练杭段段）崇贤枢纽纽工程E匝道桥头段落落，该路段路面设设计宽度10.5m，含1个行车道、1个应急车道和和硬路肩。路路基设计高度3.25m，边坡1:1.5放坡，路面结结构层厚60cm。EK0+315～EK0+330桥头路段简介90EK0+328地质情况简述述地质土层分布：表层土：厚度度2.1～2.8米；粉质粘土：厚厚度0～1.9米；淤泥质粘土：：厚度9.2～12.6米；粘土：厚度11.2～18.6米；细沙夹层：厚厚度0～0.4米。粉质粘土。自2010年1月30日通车至2010年8月30日，EK0+315~EK0+330桥头路段沉降降量最大达129mm，故2010年9月进行了路面加加铺，至2011年3月25日累计沉降量达219mm，对其进行沉沉降预测，不不考虑次固结结，近几年内工后后沉降将达到到17~20cm。EK0+315～EK0+330路段沉降情况91EK0+315～EK0+330桥头路段92刚通车时EK0+315～EK0+330桥头路段93路面加铺后94试验段落处置置方案对比分分析针对本路段工工程特点，目目前可行的处处理方法主要要有如下三种种，各方案对对比如下：经上述对比，，最终选定采采用采用路堤横向向小直径引孔孔+气泡混凝土换换填方案。94四、路堤横向向引孔轻质材材料置换方法法现场试验研研究9596横向引孔轻质质土换填技术术机理该方案的主要要设计内容有有以下几部分分：（1）合理的卸载载量；（2）引孔的设计计；（3）孔的合理布布置：理论值值和设计值；（4）EK0+315～EK0+330段落横向引孔孔换填设计设计内容97横向引孔换填填卸载量设计98横向引孔换填填过程荷载-时间-沉降示意图横向引孔换填填卸载量设计99对试验段落取取土进行土工工试验横向引孔换填填卸载量设计100EKO+323断面典型土体不同压力力下应力应变变曲线实测沉降数据据预测法综合考虑土体体流变和卸载载与再加载过过程，复杂加加载过程的地地基沉降计算算公式可简单单表达如下：横向引孔换填填卸载量设计101102横向引孔换填填卸载量设计采用路堤横向向小直径引孔孔气泡混凝土土换填方案，，需要根据通通车后实测数数据，对卸载载换填量-工后沉降关系系进行研究，，确定合理的的换填厚度。。利用SP1.0沉降预测程序序，对其工后后沉降和卸载载工后沉降进进行预测，并并绘制卸载高高度-剩余沉降关系系图：由图，可查得整个试试验段换填量量约为40cm，即换填卸载载荷载为8.5kPa左右。通过对横向引引孔周边应力力分析，可得得到横向引孔孔孔壁处应力力分布:横向引孔合理孔径计算算103切向应力沿孔壁分布图土体中最大引引孔孔径计算算公式：横向引孔合理孔径计算算104根据对试验路路段宕渣取样样试验，该路路段宕渣主要要参数如下表表：据此计算得出出该段落路基横横向引孔理论最大引孔半径径为24cm。横向引孔合理孔径计算算105

厚度（m）天然重度（kN/m3）弹性模量（MPa）泊松比c（kPa）Φ（o）路基3.520100.301030路面0.625----为了保证安全全，本次试验验取2-3倍的安全系数数，然后再根根据现有施工工机械的能力力，本试验段段实际选定的的引孔直径为为15cm；计算得出最浅浅引孔埋深为为76cm，实际施工中中，横向引孔孔施工区域距距路面90cm。横向引孔合理孔径及埋埋深计算106107横向引孔引孔间距布置置采用路堤横向向小直径引孔孔气泡混凝土土换填方案，，需要先确定引孔大大小与引孔间间距等参数以以确保路堤稳稳定。侧压力系数为为1时水平方向孔孔壁应力分布布108横向引孔引孔间距布置置由以上两图，，即可查相应应的水平方向连续续打孔安全间间距应为73cm，竖直方向连连续打孔安全全间距应为46cm。为安全考虑和和简便起见，，在实际施工工时应控制竖竖直方向引孔孔间距为50cm，水平方向引引孔间距为80cm。水平方向不同同侧压力系数数下引孔影响响范围竖直方向不同同侧压力系数数下引孔影响响范围109横向引孔前期期试验在东永高速路路基试验路基基引孔可行性性插管检测横向向引孔质量横向引孔有限元模模拟110为验证横向引引孔安全性，，采用ABAQUS有限元对150mm直径引孔的可可行性及对路路堤变形的影影响进行了分分析。由分析可知，，开挖直径15cm的孔洞对路堤堤的稳定和变变形影响不大大，孔洞完好好，不会塌陷陷。竖直应力分布布图有限元分析路堤的网格剖剖分111EK0+315～EK0+330段落横向引孔换填填设计横向引孔路面面剖视图112EK0+315～EK0+330段落横向引孔换填填设计对于桥头处理理段，成孔水水平向、垂直直向孔净间距距均为100mm，按照梅花形形布置；对于桥头过渡渡段，成孔水水平向孔净间间距为200mm，垂直向孔净净间距为100mm。横向引孔换填填所用的气泡混混合轻质土的的湿容重不大大于6KN/m³³；配合比强度度应满足：28天强度≥0.8Mpa；流动度在于于180mm±±20mm。其它未尽事宜宜参照广东省省地方标准《《气泡混凝土土填筑工程技技术规程》（（DBJ15-58-2008）。FCB质量控制设计计113114施工段沉降位移监测测设计此外，我们还还进行了质量控制措施施和质量检查查方法以及工工程安全措施施的设计。115上述设计方案案确定后，开开了相关部门门参加的专家家会，确定了了实施方案。。2011年3月底对申嘉湖杭高高速公路（练练杭段）EK0+315～EK0+330段落进行了现现场试验。实施方案的过过程116横向引孔轻质质土换填技术术施工流程图图117施工工艺流程程1171）横向引孔在在竖向平面应应具有一定的的倾斜角度保保证轻质材料料的灌注；成成孔后采用PVC管插入孔中进进行成孔大小小和质量检测测。2）横向引孔施施工时需保持持合理的引孔孔间距，保证证引孔成孔安安全。3）引孔完成后后及时回灌轻轻质材料，空空孔时间不得得大于12小时，FCB的灌入量不小小于理论计算算值的1.1倍；4）引孔所用每每批次FCB要抽检单轴抗抗压强度和容容重；横向引孔换填填施工技术要点点118119实际选用横向向引孔设备HCM351履带式潜孔钻钻车该型钻车正常常工作每天能能引孔25个左右（每孔孔长6米），即每天天能引孔150m左右。120横向引孔钻孔孔施工中121已完成钻孔122引孔FCB灌注123边坡FCB浇筑124气泡混凝土拌拌合机125无侧限抗压强强度试验气泡混合轻质质土室内试验验研究126三轴强度试验验气泡混合轻质质土室内试验验研究试验段落交通通安全标志设设计127类别数量标志尺寸“前方施工”警示牌8900mm×1200mm“已离开施工区”提示牌1900mm×1200mm限速40码标志牌2直径80cm进入施工区域警示牌2等边三角形边长90cm路锥8底座直径350mm、高500mm防撞桶4直径60cm，高度80cm128路堤荷载变化化处治效果现场场试验研究如图，本试验工程于于2011年3月29日正式开工，，至5月11日工程施工结结束，历时44天，路堤荷载载从74.2KPa减至65.8KPa，减轻了8.4kpa，满足了设计计要求。129施工前后沉降降对比分析处治效果现场场试验研究为验证试验段段横向引孔处处理效果，选选取处理段及及附近典型代代表断面Ek0+323、Ek0+315并将各断面处处理前后沉降降数据进行对对比。130施工前后沉降降对比分析处治效果现场场试验研究断面所处位置3月沉降速率6月沉降速率月沉降折减幅度处理前预测剩余沉降处理后预测剩余沉降剩余沉降折减幅度mm/月mm/月EK0+335左桥头搭板4.62.861%右5.84.171%EK0+323左桥头处理段11.25.347%182.957.131%右9.24.650%103.344.242%EK0+315左桥头过渡段11.95.949%188.874.239%右10.84.844%175.963.836%EK0+303左未处理正常路堤10.68.681%---右10.98.880%---由上表可以看看到，经横向向引孔轻质土土换填处理后后，试验段落月沉沉降速率减小小50%左右，剩余工工后沉降减小小60%以上，该试验段落剩剩余工后沉降降满足桥头段段落剩余工后后沉降控制标标准，从而证证明横向引孔孔轻质土换填填技术对减缓缓桥头路段沉沉降是切实有有效的。施工前后路面面纵坡变化分分析131为分析横向引引孔施工对路路面坡度的影影响，现将施施工前后路面面坡度变化对对比如上。由由图可见，横横向引孔施工工对施工段附附近路面坡度度造成了一定定影响，但没没有造成路面面坡度突变，，也不会形成成人为的桥头头跳车。132五、总结和讨讨论1、如果加铺量不不是很大、几几年加铺一次次的情况下，，目前来说，，加铺还是比比较经济现实实的方法；2、但是如果工