雙橋靜力觸探在申嘉湖高速公路軟土路基施工中的應用

1、雙橋靜力觸探在申嘉湖高速公路軟土路基施工中的應用(2006年第12期)發(fā)布日期：2007-1-24 瀏覽次數(shù)：1745 雙橋靜力觸探在申嘉湖高速公路軟土路基施工中的應用(2006年第12期)Application of Dual-bridge Static Probing to Soft Soil Road BaseConstruction of Shanghai-Jiaxing-Huzhou Express Way嘉興市交通投資集團有限公司 許海云/XU Haiyun武啟誠/WU Qicheng李 君/LI Jun摘要：簡介靜力觸探測試技術在申嘉湖高速公路工程軟基處理施工中的應用，探討如何應

2、用雙橋靜力觸探技術指導軟基施工機械選型。關鍵詞：雙橋靜力觸探錐尖阻力qc總貫入阻力機械選型1 引言隨著公路建設事業(yè)的快速發(fā)展，高等級公路通車里程越來越長。在公路建設過程中經(jīng)常會遇到河灘、沼澤、洼地堆積和沖湖積平原等軟土地基。高等級公路經(jīng)過的這些地區(qū)一般都要進行軟土路基處理，以保證路基的整體穩(wěn)定性。目前我國常用的軟土路基處治方法很多，但在處理深層軟土路基時較常用的還是塑料排水板、漿噴樁、預應力管樁等方法。這些軟土路基處理方法在施工時都要使用一些特種設備，目前市場上流行的軟土路基施工設備種類、型號、功率等很多。如何選用合適的軟基施工機械既是施工中非常關鍵的一個環(huán)節(jié)，同時也一直是困擾施工單位的一個難

3、點。2 工程概況申嘉湖高速公路（嘉興段）全長59.100km，其中嘉興境內(nèi)58.774km，上海境內(nèi)0.100km，湖州境內(nèi)0.226km。該項目所經(jīng)區(qū)域杭嘉湖平原，屬于太湖沖湖積平原區(qū)，均為第四系全新統(tǒng)沖湖積相及第四系上更新統(tǒng)海陸交互相沉積物覆蓋，路段內(nèi)分布的不良地質(zhì)體主要為軟土和軟粘土。施工圖設計中大量采用了預壓結(jié)合塑料排水板（板寬150mm，間距1.31.5m）處理深厚軟土地基路段，并采用漿噴樁（直徑50mm，間距1.31.5m）處理涵洞、通道以及軟土底深小于12m的橋頭路段。施工過程中各合同段普遍存在塑料排水板和漿噴樁打不到設計深度，甚至出現(xiàn)部分路段可打入深度與設計要求相當懸殊的現(xiàn)象，

4、尤其靠近上海段更為普遍和明顯。為滿足設計要求、確保工程質(zhì)量，快速確定實際的持力層位置，相關路段采用了雙橋靜力觸探原位測試技術。3 靜力觸探簡介靜力觸探試驗作為巖土原位測試技術的一種，在巖土工程中已得到廣泛應用，在公路地質(zhì)堪探及設計單位中應用的也很多。靜力觸探的基本原理就是借助機械用準靜力（相對動力觸探而言，沒有或很少有沖擊荷載）將一個內(nèi)部裝有傳感器的圓錐型觸探頭按一定速率壓入土中，通過電子量測儀器測定探頭受到的貫入阻力，以獲得土層原始狀態(tài)的物理力學性質(zhì)。靜力觸探使用微電腦使地質(zhì)層的數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、打印和繪圖，實現(xiàn)自動化，在現(xiàn)場即能取得土層剖面的變化信息，并提供土的工程參數(shù)，大大縮短勘測周

5、期，并對巖土的工程問題，如天然地基承載力、樁基承載力、地基土層的貫入阻力等進行評價。目前我國采用的靜力觸探主要分三類，即單橋靜力觸探、雙橋靜力觸探和孔壓靜力觸探。單橋靜力觸探所測的參數(shù)是貫入阻力ps，雙橋靜力觸探所測的參數(shù)是錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力fs，孔壓靜力觸探所測的參數(shù)是錐尖阻力qc、側(cè)壁摩阻力fs和孔隙水壓力u。雙橋靜力觸探設備一般包括微機、探頭、連桿、液壓設備、油泵、地錨等。最重的設備四人即可移動，整套設備使用一臺1.5t載重農(nóng)用車即可運走。3靜力觸探技術的施工應用3.1判定軟土層厚及持力層位置對于漿噴樁及預應力管樁等樁體復合地基處理方法，一般均要求必須打設至持力層，如果未達到持力層

6、,檢樁時單樁承載力容易不合格，對于漿噴樁尤其更為突出；對于塑料排水板處理深厚軟土的應用也應盡可能處理到位。因此現(xiàn)場快速界定軟土層與非軟土層或者持力層至關重要。3.1.1軟土力學性質(zhì)的判定標準 對于軟土力學性質(zhì)的判定標準，目前仍然不完全統(tǒng)一：公路行業(yè)規(guī)定應該說在軟土物理、力學性質(zhì)各種參數(shù)中，不排水抗剪強度是判定軟土類別以及進行軟土路基穩(wěn)定性計算的一個關鍵指標，國內(nèi)外常用十字板剪切試驗獲得軟土的抗剪強度。交通部公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范（JTJ017-96）（以下簡稱“公軟規(guī)”）明確規(guī)定軟土劃分三大指標之一的十字板剪切強度Su35KPa。但由于十字板試驗不能獲得連續(xù)的試驗數(shù)據(jù)，所以各部門都

7、在研究應用靜力觸探估算不排水抗剪強度，根據(jù)浙江省經(jīng)驗，靜探指標與十字板強度換算關系經(jīng)驗公式見表1。鐵路行業(yè)規(guī)定鐵道路靜力觸探技術規(guī)則（JBJ37-93）（以下簡稱“鐵靜規(guī)”）將錐尖阻力qc<0.7MPa的土層統(tǒng)一歸入軟土。3.1.2軟土層厚及性質(zhì)判定實例申嘉湖高速公路K3+300-K3+690段，原設計采用150mm寬、20m深的塑料排水板處理。開工后采用一臺30錘頭、15cm管徑插管的塑料排水板插板機，施工時只能插深3-3.5m。初步認為插板機功率小，又再調(diào)入一臺40錘頭、13cm插管插板機。40錘頭插板機基本是常用型號中功率最大的插板機，使用40錘頭插板機試插結(jié)果也只有4-5m深。采

8、取靜力觸探原位測試結(jié)果及換算十字板剪切強度見表2。 顯然此段路基無論從“鐵靜規(guī)”的錐尖阻力qc還是從“公軟規(guī)”的十字板剪切強度Su兩個力學指標哪一個來判斷都已經(jīng)沒有設置塑料排水板處理的必要，因此變更取消了此段塑料排水板。此段路基塑料排水板施工兩次調(diào)遣插板機，再加上靜探、變更時間接近一個月，對施工進度影響很大。如果開工前即做靜探，可迅速判別是否需要變更設計，可大大提高工作效率。3.2 指導軟基施工設備選型雙橋靜力觸探的探頭有上下兩個電橋，分別測定錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力fs。通過這兩個參數(shù)可計算施工機械工作過程中入土的錐頭阻力、側(cè)壁阻力、地質(zhì)的層阻力及總貫入阻力。具體計算方法如下：錐頭阻力=qc

9、*ss作用于土體下壓機具的橫截面積側(cè)壁阻力=fs*h*Lhfs土層厚度L作用于fs土層施工機具的周長層阻力=錐頭阻力+側(cè)壁阻力總貫入阻力=層阻力+以上土層的側(cè)壁阻力可以說貫入阻力既是地基土物理力學性質(zhì)的綜合反映,同時也是指導施工機械選型的有力依據(jù)。3.2.1漿噴樁施工機械選型目前國內(nèi)常用的漿噴樁攪拌機的功率普遍為37kW，且有高轉(zhuǎn)速（5060轉(zhuǎn)/分鐘）和低轉(zhuǎn)速（3050轉(zhuǎn)/分鐘）兩種規(guī)格。根據(jù)機械原理，高轉(zhuǎn)速攪拌機效率高，但攪拌過程中扭力??；低轉(zhuǎn)速攪拌機效率低，但攪拌過程中扭力大。申嘉湖高速公路K1+900-K1+940段為漿噴樁處理,加固K1+920箱形通道地基,靜力觸探測試（鉆頭+攪拌葉面

10、積s=0.0514m2；鉆桿周長L=0.4396m）結(jié)果及地基層阻力及總貫入阻力計算見表3。使用功率為37kW、轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘的漿噴樁攪拌機施工時，僅能鉆進3.5m，攪拌鉆進深度與攪拌機電流強度關系見表4。以上數(shù)據(jù)是試樁幾十根的平均值，由于攪拌機不能長時間工作在電流強度大于90A狀態(tài)下，所以此攪拌機不適用。在同一區(qū)域，使用功率為37kW、轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/分鐘、其余工作狀態(tài)相同的漿噴樁攪拌機施工時，可打至8.0 m，攪拌機鉆進深度與攪拌機電機電流強度關系見表5。從兩種漿噴樁攪拌機施工狀況看，漿噴樁攪拌機施工時的難易程度與qc值有關,與fs關系不大。原因是漿噴樁施工時所噴射的水泥漿對鉆桿有潤滑作

11、用。從以上數(shù)據(jù)看，當漿噴樁施工深度內(nèi)存在qc值大于1.5MPa的地質(zhì)層，且超過2m時不易使用高轉(zhuǎn)速漿噴樁攪拌，qc值大于1.5MPa且地質(zhì)層小于2m時，可通過反復提鉆沖擊穿過此層，但此種施工方法效率低，且浪費水泥漿，最好不用。3.2.2塑料排水板施工機械選型根據(jù)在浙江申嘉湖高速公路使用插板機經(jīng)驗，在插板機插板過程中，計算總貫入阻力，如果大于100kN，使用30型錘頭插板機施工就很困難，基本打不下去。如果計算總貫入阻力大于150kN，使用40型錘頭的插板機也很難打入。遇到總貫入阻力大于150kN的地質(zhì)而又必須施工塑料排水板時，應考慮引孔或使用60型錘頭插板機，60型插板機目前市場上非常少，通過靜探發(fā)現(xiàn)必須使用時，可提前做準備。3.3.3 管樁施工機械選型預應力管樁施工機械分錘擊式打樁機及靜壓式打樁機。使用靜壓打樁機時，靜壓樁機根據(jù)壓力分100T、150t、200t或更大的機型。根據(jù)靜力觸探測得的施工地質(zhì)層的qc及fs，即可計算地質(zhì)層的層阻力及總貫入阻力，根據(jù)總貫入阻力選擇靜壓樁機的噸位及型號。4結(jié)束語在軟基施工前先做靜力觸探對判定詳細地質(zhì)狀況、選擇機械設備確實有很大幫助，以上是在軟基施工中總結(jié)的一點經(jīng)驗，具有一定的局限性，也許不同地質(zhì)條件及施工方式得出的結(jié)論不盡相同。在此只是總結(jié)一點思路供大家參考。參考文獻1