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·其 他· 收稿日期:2014 08 02 海滩垃圾填埋场地基处理方案探讨 黄 海 (济南铁路局 济南 250000) 摘 要 海滩垃圾填埋场主要由建筑垃圾、生活垃圾组成,地质复杂、地下水位高,地基承载力极低。本文结合铁 路青岛北站枢纽工程在海滩垃圾填埋场地基处理的应用,介绍了不同类型地基处理方案,以经济、安全为原则,采 用多种地基处理方式相结合进行地基加固,解决了大型铁路站场软弱地基处理难题,具有借鉴价值。 关键词 海滩 垃圾场 淤泥质土层 地基处理 中图分类号 TU47 文献标识码 A 文章编号 1009 4539 (2014)09 0131 05 Scheme Discussion on Landfill Foundation Treatment of the Beach Huang Hai (Ji′nan Railway Administration,Ji′nan 250000,China) Abstract The beach landfill is mainly composed of construction garbage and domestic garbage,which makes complicated geology,high ground water level,the bearing capacity of foundation is very low.This paper,combining with the application on junction project of Qingdao railway north station in landfill foundation treatment of the beach,introduces different types of foundation treatment schemes.Based on economy and safety principles,it solves problems of foundation treatment in poor ground of the large railway station by combining various foundation treatment methods to reinforce the foundation,which provides references for the future. Key words beach;landfill;silty soil stratum;foundation treatment 1 引言 随着我国沿海城市的迅猛发展,部分城市早期垃 圾填海占地面积大,在进行大规模的基础建设时,为 节约和少占耕地,需开辟此类“不毛之地”。本文中 大型铁路交通枢纽选址于海滩垃圾填埋场,变废为 宝,但面临场内腐化程度不一、分布不均的生活垃圾 层,厚度不一的淤泥质土层地质复杂问题,无任何经 验可借鉴;通过地基处理方案研究比选,采用多种地 基处理方案相结合的加固方式,成功解决了海滩垃圾 填埋场复杂地质条件下地基加固难题。 2 工程概况 2.1 建设规模 铁路青岛北站枢纽工程位于青岛市李沧区既 有胶济铁路与胶州湾高速公路之间,于上世纪90 年代前形成的海滩垃圾填埋场。铁路站场起止里 程KDK14 +300 ~KDK18 +100,全长3.8 km,占 地36 万m2 ,设8 个站台、18 条线路,铺设道岔74 组,胶济客线、货线、青荣线、青连7 条正线按Ⅰ级 铁路设计,其余站线按Ⅱ级铁路设计,站场路基线 路中心最大填高5.5 m。 2.2 地质、水文[1 ] 海滩垃圾填埋场地面高程为3 ~8 m,系人工填 海而成,一般厚4 ~13 m,厚度向胶州湾侧逐渐增 大,主要由混凝土块、碎砖瓦、烂竹木类等建筑垃圾 <1 -2 >层及含有塑料碎片的腐殖质生活垃圾<1 -3 >层(见图1)组成,地质成份复杂(见表1),土 质不均,其下多为淤泥质土。工程地质条件差,站 场范围淤泥质土层厚度大于3 m、生活垃圾层厚度 大于6 m 的地段占地基处理范围的70%左右。 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2014(9) 131 ·其 他· 表1 青岛北站工程地质情况统计表 编号地质分类地质参数 厚度/ m <1 -2 > 杂填土 a(Q4 a 1) γ=17.0 kN /m3 ,Cu =10 kPa,u =130 , Es =4 MPaσ0 =100 kPa,fi =30 kPa 0.8 ~ 9.2 <1 -3 > 杂填土b (Q4 a1 ) γ=15.0 kN /m3 ,Cu =4 kPa,u =60, Es =2 MPaσ0 =60 kPa,fi =25 kPa 0 ~13 <2 -1 >淤泥质粉质 黏土(Q4 a) γ=18.8 kN /m3 ,Cu =10 kPa,u =80 , Es =3 MPaσ0 =60 kPa,fi =25 kPa 1 ~ 6.6 <3 -1 >淤泥质粉质 黏土(Q4 a1 -a) γ=17.8 kN /m3 ,Cu =10 kPa,u =80 , Es =3 MPaσ0 =60 kPa,fi =25 kPa 1 ~ 2.4 <2 -4 > 软黏性土 (Q4 a) γ=18.2 kN /m3 ,Cu =15 kPa, u =120 ,Es =3.9 MPa 0 ~ 2.6 <2 -5 > 粉质黏土 (Q4 a) γ=19.2 kN /m3 ,Cu =24 kPa,u =150, Es =4.6 MPaσ0 =180 kPa,fi =45 kPa 0 ~8 图1 <1 -3 >层杂填土(生活垃圾层) 地表水主要有李村河河水、沟水、积水水塘及 海潮水,水量随季节变化显著;地下水位较高,位于 原地面0.5 m 以下,地下水与胶州湾海水有一定的 水力联系,杂填土层内含水量极为丰富;地下水对 混凝土具有微~弱侵蚀,局部中等侵蚀,对钢筋混 凝土中的钢筋及钢结构具中等腐蚀~强侵蚀;按 《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》,在环境作 用类别为化学侵蚀环境时,水中SO42 -对混凝土结 构腐蚀等级为H1 ,Mg2 +对混凝土结构无侵蚀,氯盐 环境作用等级为L2。 3 桩型选择及试桩 3.1 柱锤冲扩桩(载体桩[2]) 3.1 .1 桩位布置 桩间距为1.5 m、1.7 m,桩径0.8 m,按正三角 形布置,桩端嵌入粉质黏土层不小于0.5 m。 3.1 .2 施工方法 采用ZTJ -04I 型载体桩机在垃圾层护管跟进 锤击成孔[3],人工通过进料口分层填碎石夹砾砂, 每次填料量约0.2 m3 ,以夯锤提升不小于6 m 自由 下落贯入度不大于20 cm 控制夯填质量,随后边填 料、边夯填、边提升护筒,直至夯填至地面。因护管 到达淤泥质土层时,大量淤泥捅入护管,所以在淤 泥质土层段,采取打入护筒至淤泥质土层顶面,用 2∶8的碎石和砾砂投入淤泥质土层夯填,以形成直径 不小于0.8 m 的冲扩桩的数量控制实施[4]。 3.1 .3 试桩检测 (1)桩径检测:通过开挖测量桩身,成桩直径为 75 ~85 cm。 (2)桩身钻孔取芯[5]:在杂填土层和淤泥质土 层厚度小于12 m,且淤泥质土层厚度小于3 m 地 段,在杂填土层芯样成柱状,在淤泥质土层仅有部 分填料,成桩效果较差;在淤泥质土层厚度大于3 m 地段,没有填料,桩身不能穿透淤泥质土层。 (3)N63.5 重型动力触探:桩间土在处理后的锤 击数比处理前有明显增加,普遍增加2 击以上 /10 cm(见图2)。桩身动力触探击数除个别桩局部 小范围外,普遍大于或接近10 击/10cm,桩身填料 达到中密状态(见图3)。 图2 桩间土重型动力 触探示意图 图3 桩身重型动力 触探示意图 (4)复合地基承载力检测:通过加固前后地基 土平板载荷试验,地基加固前地基承载力109 ~ 354 kPa(见表2),加固后复合地基承载力313 ~ 474 kPa(见表3),承载力明显提高,大于设计承载 力180 kPa。 表2 加固前地基土平板荷载试验结果 序号试验日期最终加荷/kPa 最终沉降 量/mm 承载力特征 值/kPa 1 2010 -01 -07 640 51.91 109 2 2009 -12 -30 720 40.64 354 3 2010 -01 -03 640 28.48 126 132 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2014(9) ·其 他· 表3 加固后复合地基静荷载试验结果 4 2010 -03 -13 633 89.06 313 5 2010 -03 -13 785 43.69 449 6 2010 -03 -07 814 47.61 474 7 2010 -03 -07 780 44.51 417 3.2 成孔灌注混凝土拌和料桩 3.2.1 桩位布置 在腐殖质生活垃圾层、淤泥质土层较厚地段, 采用成孔灌注C15 混凝土拌和料桩进行处理,桩间 距为1.5 m,桩径为0.5 m,按正三角形布置,桩端嵌 入粉质黏土层内不小于0.5 m,桩长10 ~14.5 m。 3.2.2 施工方法 采用DD4.0T 型柴油锤桩机成孔,护管长度 15.3 m,护管外径为508 mm。利用柴油锤冲扩成 孔,达到设计深度后向护管内灌满混凝土,缓慢提 升护管至设计桩顶标高,在桩顶2.5 m 范围内,采用 振捣器将混凝土振捣密实。 3.2.3 试桩检测 (1)桩径检测:挖开深度6 m 内桩周土层,量测 桩身直径为50 cm 以上。 (2)N63.5 重型动力触探:经过地基加固前后,桩 间土的重型动力触探试验对比,桩顶以下2m 范围 内挤密效果不明显,10 ~12 m 锤击数基本大于8 击/10 cm,桩间土有一定挤密作用。 (3)低应变检测:桩顶下约6 ~7 m 处严重缺 陷,桩身完整性类别Ⅳ类。 (4)桩身钻孔取芯:7 m 内有少量短柱状、块状 混凝土夹碎石;7 ~12 m 内为深灰色石屑夹黄色砂 粒,取芯不成型;12 ~14.5 m 粉质黏土,棕褐色,无 混凝土物。 (5)单桩及复合地基承载力检测:经试验检测单桩 竖向抗压极限承载力为440 kN(见图4),单桩复合地 基承载力特征值为150 kPa(见图5),满足设计要求。 3.3 成孔灌注混凝土拌和料+碎石夹砾砂桩 3.3.1 桩位布置 在下部腐殖质生活垃圾层、淤泥质土层范围内 采用混凝土拌和料填筑,上部杂填土层内采用碎石 夹砾砂夯填,下部(7 ~14.5 m)混凝土拌和料桩径 不小于0.5 m,上部(0 ~7 m)桩径不小于0.8 m,按 正三角形布置,间距为1.3 m,桩端嵌入持力层内不 小于0.5 m。 图4 单桩承载力 Q -s 曲线 图5 复合地基承载力 p -s 曲线 3.3.2 施工方法 下部桩体采用DZJ90 型振动沉管桩机进行下 部混凝土拌和料桩施工,先用振动器振动成孔至设 计桩底,再向护管内投放混凝土,缓慢振动提升护 管,拌和料下落成桩,上部桩体待下部混凝土拌和 料桩凝固7 d 后,采用载体桩机在原桩位夯填碎石 夹砾砂成桩。 3.3.3 试验检测 (1)桩径检测:桩身上部7 m 范围内直径为 0.75 m以上,桩身7 m 以下是以灌入混凝土数量反 算桩径达到0.5 m 以上。 (2)桩身钻孔取芯:7 m 内以碎石、砾砂填筑土 为主,黄褐色,碎石粒径在40 ~70 mm 之间,充填约 20%的黏土;7 ~11 m 内为淤泥质土,黑灰色,掺有 水泥,夹有混凝土块、碎石;11 ~14 m 粉质黏土,褐 灰色,硬塑,夹有混凝土块、碎石;14 ~15 m 泥岩,棕 红色,全风化,岩芯呈土状。 (3)N63.5 重型动力触探:桩间土的挤密综合情 况好于成孔灌注混凝土拌和料桩,挤密效果(见图 6);桩身锤击数除个别桩局部接近10 击/10 cm 外, 普遍大于10 击/10 cm,填料达到中密状态。 (4)复合地基承载力检测:承载力特征值达到 设计值150 kPa(见图7);桩间未处理地基土承载力 特征值为60 ~120 kPa,处理后桩间地基土承载力特 征值为120 ~140 kPa(见表4),桩间地基土承载力 有较大提高。 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2014(9) 133 ·其 他· 图6 桩间土重型动力 触探示意图 图7 复合地基 承载力p -s 曲线 3. 4 预应力管桩[6] 3.4.1 桩位布置 预应力管桩采用PHC -AB500 (100)型,外径 0.5 m,壁厚0.1 m,混凝土强度等级C80、十字钢桩 尖,管桩纵、横向间距为1.8 ~2.6 m,桩长14 ~20 m。 表4 地基土平板静载荷试验结果 点号试验日期 最终加 荷/kPa 最终沉降 量/mm 承载力特 征值/kPa 备注 1 2010 -8 -10 240 55.88 90 加固前原状地基土 2 2010 -8 -9 270 55.36 120 加固前原状地基土 3 2010 -8 -8 150 57.21 60 加固前原状地基土 4 2010 -8 -8 480 52.16 125 加固后桩间地基土 5 2010 -8 -9 420 53.13 140 加固后桩间地基土 6 2010 -8 -10 480 53.31 120 加固后桩间地基土 3.4.2 施工方法 采用DD40 ~DD63 型柴油锤桩机通过锤击法 沉桩,利用送桩器将管桩送至设计标高,钢桩尖及 法兰盘需刷防腐涂料。 3.4.3 试验检测 (1)低应变检测:桩身完整或基本完整,桩身完 整性类别为I、II 类桩。 (2)单桩承载力检测:单桩竖向承载力特征值 大于设计值800 kN。 3.5 高压旋喷桩 3.5.1 桩位布置 桩间距1 m,桩径0.6 m,按正三角形布置,桩端 打入粉质黏土层内不小于0.5 m,桩长14.5 m。 3.5.2 施工方法 采用XP -30 二重型旋喷桩机,浆液采用P.C 32.5 级复合硅酸盐水泥搅制,水灰比1∶1。 3.5.3 试验检测 因试验时,在腐殖质生活垃圾层中使用水泥量 大,质量控制困难,工程造价太大,试验仅做了部分 后就停止实施,未做检测。 4 桩型比选 4.1 各类试桩桩型特点(见表5) 表5 各类桩型特点 序号地基处理桩型适用条件优点缺点备注 1 柱锤冲扩桩 (载体桩) 地下水位低、加固杂 填土层、淤泥层等厚 度小于12 m 原材料便宜,可就地取材,工程 造价低;加固建筑垃圾层效果 明显 不能穿透3 m 以上的淤泥层进入持力层;在 加固杂填土等土层地下水丰富情况下,需降 水;在腐殖质生活垃圾层、淤泥质土层中桩 身为散体,成桩效果差,质量难保证 按照地质分 布情况选用 2 成孔灌筑混凝 土拌和料桩 地下水位高、加固深 度可达15 m 软弱地 质层 工程造价适中;成桩速度较快, 能穿透淤泥层,灌入数量、桩径 易控制;通过挤密能提高桩间土 承载力 在腐殖质生活垃圾层、淤泥层径向约束低, 桩身连续性差,遇块石不能成桩,质量不易 保证 未选用 3 成孔灌筑混 凝土拌和料 +碎石夹砾 砂桩 地下水位低、加固深 度可达15 m 软弱地 质层 能穿透淤泥层,通过挤密能提高 桩间土承载力 工程造价较高;需两次移机对孔,工效低,质 量控制难;地下水位高时,需降水,短期质量 易保证,在腐殖质生活垃圾层、淤泥层加固 后,远期质量需待验证 结合1、2 桩 型,按照地 质分布情况 选用 4 预应力管桩 地下水位高、加固深 度可达18 m 杂填 土、淤泥等地质层 打入桩身工艺成熟,施工工效 快,承载力高,质量易保证,可用 于乙炔灰浆层 工程造价高;因场地环境差,需选用C80 高 标号管桩;遇孤石,桩间距难保证 根据站场功 能部位选用 5 高压旋喷桩 地下水位高、加固深 度可达18 m 杂填 土、淤泥等地质层 工艺成熟,施工工效快 工程造价最高;在腐殖质生活垃圾层、淤泥 层加固时,水泥用量大,成桩质量控制难;不 适宜乙炔灰浆层 4.2 桩型确定 为了得到经济合理、技术可行的地基处理方 案,该项目进行了二次试桩,除以上5 类地基处理方 案外,还选取了振冲碎石桩、水泥土搅拌桩+碎石 134 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2014(9) ·其 他· 夹砾砂桩进行试桩,由于腐殖质生活垃圾层含有超 过40%的塑料制品,以及对环境污染严重,该二类 桩型均未取得成功。所以地基处理方案选取依据 以上试桩桩型特点,并结合现场垃圾层厚度、淤泥 质土层厚度、地下水位等情况,以及站场范围不同 功用部位的不同地基沉降要求,确定下述方案。 (1)预应力管桩 在铁路正线通过区域、道岔区域、站台区域、桩型 变化过渡段、乙炔灰浆地质层范围,采用预应力管桩。 (2)柱锤冲扩桩 在淤泥质土层厚度小于3 m,且施工桩长小于 12 m 地段,采用柱锤冲扩桩。 (3)成孔灌注混凝土拌和料+碎石夹砾砂桩 在淤泥质土层厚度大于3 m 地段,采用成孔灌 注混凝土拌和料+碎石夹砾砂桩。 5 结束语 (1)在当今国内外,将大型铁路交通枢纽建于 海滩垃圾填埋场上史无前例,该项目的成功实施, 不仅开辟了600 多亩荒地,还推动了地方经济发展。 (2)方案决定工程投资,通过长达一年时间内 的试桩方案比选,数次的专家会论证,确定采用柱 锤冲扩桩、成孔灌注混凝土拌和料+碎石夹砾砂 桩、预应力管桩地基处理相结合方案,减少工程投 资约1.2 亿元。 (3)在海滩垃圾场采用以上3 种不同的地基处 理相结合方案极为少见,并且站场路基建成运营一年 后,最大沉降速率小于5 cm/年,质量满足设计要求。 参考文献 [1] 中国中铁二院集团有限责任公司.岩土工程勘察报告 [R].成都:2010. [2] JGJ 135 -2007 载体桩设计规程[S]. [3] 金忠良.柱锤冲扩桩法复合地基承载性能研究[D].2010. [4] TB 10106 -2010 铁路路基地基处理技术规程[S]. [5] TB 10218 -2008 铁路工程基桩检测技术规程[S]. [6] GB 13476 -2009 先张法预应力混凝土管桩[S] . 《铁道建筑技术》投稿须知 1 征稿范围 《铁道建筑技术》主要刊登内容:交通土建工程及其相关领域研究成果和先进技术;相关专业工程设计、施工、 管理等方面的新方法、新经验和工程实录;有关的科技政策、法规、规范;相关领域的国内外科技信息、行业动态 等。本刊定位以实用技术为主,兼顾试验、研究和综合评述。主要栏目:桥涵工程、隧道/地下工程、线路/路基、无 砟轨道、岩土工程、房屋建筑、四电工程、建筑材料、设备/仪器、管理等。 2 投稿方式及要求 (1)本刊只接收邮箱投稿(Email:editor@rctech.com.cn)。 (2)投稿前请先参见本刊网站(http://www.rctech.com.cn/index.php),按“投稿要求”菜单中各项条款,对您的 文章进行自改,并参照“论文模板”WORD 格式对文章进行排版。需特别注意排版格式、图、表、参考文献等方面要求。 (3)为便于本刊收稿,修改并排版好后的WORD 文章,其文件命名统一要求为“[投稿日期]作者名(该文章 的题目)”。如张强写了一篇“论作者的文化修养”文章,于2012 年6 月19 日投稿,其投稿时WORD 文件应为 “[2012 -6 -19]张强(论作者的文化修养).doc”。文章若有插图,请另附插图的原始文件,与文章一起放在一个 文件夹中打包压缩,压缩文件的命名同文章的文件命名。 (4)在发电子邮件时,请在邮件的“主题”中填上“已按投稿要求修改”。凡作者没按要求修改,或文章、压缩 文件的文件名和发邮件的“主题”没有按照要求注明的,将影响文章的录用时效。 (5)以下情况投稿文章拒收:文章标题、作者、单位、摘要及关键词等5 部分没有译成英文;不按论文模板排 版;文章中图、表、参考文献没按要求修改;没有另外提供CAD 等软件画的原始文件图;文章后面没有附“论文模 板”后的表2“作者简介”,或简介信息不全。 3 稿件查询 本刊一般在3 个月内以Email 的形式反馈来稿处理结果。请您在文章投递40 天后查询您的邮箱,或向本刊 编辑部咨询(电话:010 -53271778)。 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2014(9) 135
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