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    大體積現澆泡沫輕質土路基設計的應用研究

    發布時間:2020-9-25 15:26:11

          至 2018 年 底 , 我 國 高 速 公 路 總 里 程 突 破14 萬 km,高速公路作為運輸通道對經濟的發展異常重要。我國建設的高速公路跨地域廣闊,地形地
    貌復雜多變,發展較快的沿海地帶如長江三角洲和珠江三角洲等,地基通常為含水率高、壓縮性大、滲透性差、抗剪強度低等的軟土層。軟土上修建路基存在最大的問題是穩定性、承載力及工后沉降,尤其是收費站廣場,寬度比一般路段寬,大面積堆載工況下將導致固結時間長、沉降量大、水平位移大,影響范圍更廣。因此如何從經濟性、可行性上選擇合適的軟基處理方案將是路基工程的關鍵。
    1 廣明高速羅格收費站概況
          廣明高速陳村至西樵段橫貫佛山市南側,呈東西走向,工程地貌類型為三角洲沖積平原地貌類型,沿線地勢平坦,分布較多魚塘。羅格收費站是廣明高速陳村至西樵段主線收費站,向東通過羅格立交與佛山一環、魁奇路銜接,向西延伸連接高田高架橋,廣場處于深厚軟基段,主要特殊巖土為人工填土及淤泥質土。其中淤泥質土厚度在6~15 m,廣場全線有分布。淤泥質土具含水量大、壓縮性高、力學強度低、靈敏度高等特點,土質不均,夾層及上下層(特別是砂層)變化也較大,易產生側向滑移、不均勻沉降、蠕變及軟土震陷等地質災害。羅格收費站廣場全長 493.4 m,雙向 21 車道 (6 入 15 出),路基頂面、路面寬度在 33.5~114 m,
    軟基處理設計采用現澆泡沫輕質土處理,填方量約14 萬 m3。
    2 設計技術指標及基本要求
    2.1 設計的溫密度及強度
    (1)泡沫標準密度: 50 kg/m3。
    (2) 發泡倍率:不低于 1 600。
    (3)消泡試驗泡沫輕質土濕密度增加率不超過
    10%。
    (4)主要技術指標見表 1。 

    2.2 泡沫輕質土置換厚度的確定
          泡沫輕質土置換厚度的確定原則為總荷載不增加,即考慮增加的路基設計高度、路面結構層、建成通車后的車輛荷載等,通過下挖原狀土置換成容重更小的泡沫輕質土來抵消。置換深度 H 計算如下:假設路基填筑高度為A,路面結構厚度 B 重度為 23 kN/m3, 根據《公路工程技術標準》(JTG B01—2014) 公路Ⅰ級車輛荷載約為 18 kPa,設計泡沫輕質土容重為 6 kN/m3, 原狀土的容重為 18 kN/m3。經計算簡化之后換填深度與路基填筑高度之 間應滿足下式:
    H ≥A/2+17B/12+3/2 (1)
    按分段計算:羅格廣場收費站置換厚度在 1.5~2 m。泡沫輕質土處理縱剖面如圖 1 所示。

    2.3 沉降計算
          根據泡沫輕質土置換厚度和該項目的填土高度,對可能出現的工后殘余沉降進行理論計算。固結度計算采用微分方程數值解法,地基總沉降計算采用經驗系數法,主固結沉降計算采用 e-p 曲線法。計算公式如下: 

    式中:n 為壓縮土層內土層分層的數目; e0i 為地基中各分層在自重應力作用下穩定孔隙比;e1i 為地基中各分層在自重應力和附加應力共同作用下的
    穩定孔隙比;Δhi 為地基中各分層的初始厚度, m。計算時考慮彌補地基沉降引起的路堤增高量,工后基準期起算時間為最后一級加載(路面施工)結束時,按分段計算:羅格廣場收費站基準期內的殘余沉降在 0.12~0.2 m。
    2.4 變形縫設計
        與普通混凝土一樣,大體積泡沫輕質土由于一年中季節溫度差異,存在熱脹冷縮問題,該項目地處廣東省佛山市,夏季長、溫度高,泡沫輕質土主要克服的是熱脹問題。故設置變形縫是大體積泡沫輕質土一個重要的設計組成部分。此次設計沿路基縱向上每隔 20 m 設置橫向變形縫,采用 2 cm 厚的泡沫塑料板填塞。變形縫應結合澆筑區施工縫的位置進行轉區錯開,如圖 2 所示。同時為了在平面上形成整體,在頂面鋪設鍍鋅金屬網(1.5 mm@2.5 cm×2.5 cm),金屬網應跨過施工縫或變形縫位置連續鋪設。鋪設前應將鋪設面上的臺階進行削坡處理,金屬網鋪設時應采用 U形釘進行錨固,錨固間距在 2~4 m。金屬網平面位置應重疊搭接,搭接寬度不低于一個網眼寬度,搭接處用鐵絲或塑料扣綁扎并用 U 形釘錨固。 

    3 施工過程控制
    3.1 澆筑施工控制要點
        (1)同一區段上下相鄰的澆筑層,澆筑間隔時間應以下層澆筑層已經硬化為控制標準,不少于 6 h。
        (2)每一澆筑層應在水泥漿初凝時間內澆筑完畢,澆筑時間不超過 3 h;水泥漿自制備完成到開始制備輕質土的間隔時間最大不超過 3 h。
        (3)應沿澆筑區長軸方向自一端向另一端澆筑;如采用多條澆筑管澆筑時,則可并排地從一端開始澆筑,或采用對角的澆筑方式。
        (4)澆筑過程中,當需要移動澆筑管時,應沿澆筑管放置的方向前后移動,而不宜左右移動澆筑管;如確實需要左右移動澆筑管,則應將澆筑管
    盡可能提出當前已澆筑輕質土表面后再移動。
        (5)澆筑過程中,澆筑管出料口離當前澆筑面的高差最大不應超過 2 m。
        (6)澆筑施工過程中,應盡量減少在澆筑層中的走動擾動。
        (7)當前澆筑層澆筑接近結束時,應在澆筑層內按規定頻率進行濕密度取樣檢測,當某一測點濕密度檢測不合格,應找出測點周圍界限,進行局部處理。
    3.2 沉陷及裂縫處理
          現澆大體積泡沫輕質土澆筑施工過程中容易出現如圖 3 所示的沉陷及裂縫,對于沉陷較嚴重及裂縫寬度較大的情況應進行必要的處理:
        (1)對于坑洼式沉陷,應對沉陷區域進行清除處理,處理深度為一個澆筑層厚度,清除后的部位 應補充澆筑。
        (2)對于整個澆筑層的整體式沉陷,當沉陷距不超過澆筑層厚度的 5%時,可不做處理;當沉陷距超過澆筑層厚度的 5%,則應將該澆筑層返工處
    理。
        (3)對于寬度不大于 3 mm 的裂縫,可不做處理;否則應對裂縫進行封閉處理,且應在整條裂縫外邊界 1 m 的范圍增設一層鍍鋅金屬網。 

    4 通車后路面工后沉降監測
          羅格收費站于 2014 年 12 月底建成通車,為了驗證運用泡沫輕質土法處理大面積堆載軟土地基的實際效果,對通車后 1 a 對路面工后沉降進行全
    過程監控。選取典型斷面樁號 K30+930 及樁號K31+305 處路面沉降的觀測結果(見表 2),路面沉降 - 時間曲線如圖 4、圖 5 所示。 

          從表 2 及圖 4、圖 5 可以看出沉降特征,運營通車 1 a,泡沫輕質土處理路基的路面工后沉降很小,同一個橫斷面上路肩和路中線的工后沉降相 差也很小。這說明路面總體上沉降趨于穩定,處理效果良好。 

    5 結 語
          泡沫輕質土作為一種新型路基填筑材料,具有輕質性、流動性、強度和密度可調節性、施工方便及環保等特點。本文研究利用泡沫輕質土的輕質性,減載效果明顯,其處理大面積堆載工況下的深厚軟基,能夠有效減少工后沉降,且具有明顯的技術、經濟和工期優勢。 

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