在公路建设事业中,桥梁桩基的建设是一个十分基础且重要的项目,桥梁桩基的具体应用效果会极大的影响到整个建设工程的质量和成本,并会对实际工期和后期的使用效果等产生一定的影响。因此,积极的探讨公路桥梁桩基在湿陷性黄土地区的具体应用意义长大。
一、对湿陷性黄土地的简单认识
(一)黄土
黄土是一种黄色或褐黄色粉状土,颗粒组成以粉粒组成为主,同时含砂粒和粘粒。黄土是第四纪以来在干旱、半干旱气候条件下形成的松散堆积物。一般情况下,黄土含有各种可溶盐和碳酸钙等。
(二)湿陷性黄土
湿陷性黄土指的是覆盖土层在自重应力或自重应力,以及建筑物附加应力的综合作用下,受到水的浸湿,导致土的结构遭到较大的破坏,从而出现的较为明显的附加下沉现象。湿陷性黄土具备黄土的一般特征,例如外观呈黄色或黄褐色,且同样以粉土颗粒为主,并具有肉眼可见的孔隙。同时,湿陷性黄土还呈现出不同于一般黄土的松散多孔结构状态,孔隙比常通常达到1.0 以上。并且在天然剖面上具有垂直节理,含水溶性盐(碳酸盐、硫酸盐类等) 较多。湿陷性黄土具备较明显的物理力学性质:1) 以粉土为主;粉粒含量一般大于60%。2) 含水率低;一般为10%~20%。3) 天然密度小;1.40~1.65g/cm3之间。4)孔隙比大;一般e>1.0。5) 塑性指数偏低;一般Ip 为7-13。6) 属中、高压缩性土;a=0.2-0.6Mpa-1。7) 富含碳酸钙盐类。
(三)湿陷出现的原因和相关影响因素
外因:由于各种原因的渗漏,或者回水,导致地下水位上升而引起湿陷。内因:黄土内部具有较大的孔隙,并含有大量种类较多的可溶盐类。
(四)湿陷性黄土地基的处理
1) 基本处理措施。常用的方法:垫层法、夯实法、挤密法、桩基础、预浸水法、单液硅化或碱液加固法。2) 防水措施。基本防水措施:要求在建筑布置、场地排水、地面排水、散水等方面,防止雨水或生产生活用水渗入浸湿地基。严格防水措施:要求对重要建筑场地和高级别湿陷地基,在检漏防水措施基础上,对防水地面、排水沟、检漏管沟和井等设施提高设计标准。3) 结构措施。结构措施是前两项措施的补充手段,它包括建筑平面布置力求简单,加强建筑上部结构整体刚度,预留沉降净空等来减小建筑物不均匀沉降或使结构物能适应地基的湿陷变形。总之,湿陷性黄土地基处理的方法很多,在不同的地区,根据不同的地基土质和不同的结构物,地基处理应选用不同的处理方法。在勘察阶段,经过现场取样,以试验数据进行分析,判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土,以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后,通过经济分析比较,综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法,经过优化设计后,确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。
二、公路桥梁桩基在湿陷性黄土的具体应用
(一)桩基类型选择
通常情况下,在湿陷性黄土地区,选择的桩基类型大多为静压桩和人工挖孔灌注桩,还有沉管灌注桩等。并且,实际施工过程中,要按照不同地区的实际环境条件来选择桩基类型。例如,在西安和河南等地,湿陷性黄土的湿陷性相对较弱,那么,在这些地区施工的时候,则比较适合选择端承摩擦桩,或者是摩擦端承桩。
(二)应用原理
鉴于湿陷性黄土的特殊性,在实际施工过程中,会受到负摩擦力的较大影响。负摩擦力指的在受到水的浸润之后,桩的实际下沉速度会明显小于自重湿陷性黄土层中土的下沉速度会。于是,湿陷性黄土层中的土便会对桩侧表面产生作用力,而且,这种作用力是向下作用的一种特殊的摩擦力。通常情况下,负摩擦力会随着地基土的竖向位移的增加而增大。但是,经过研究发现,负摩擦力和地基土的竖向位移之间并不是呈正比关系,负摩擦力的大小是在土的抗剪强度变化下发生变化的。桩土之间的相对位移虽然比较大,但浸水后,抗剪强度会出现明显的降低,所以无法承受外侧饱和土的自重,所以悬附范围十分有限。在实际的应用过程中,要在桩的承载能力上减去桩的负摩擦力。一般情况下,我们认为,只有在自重湿陷性黄土地基中才会出现桩基负摩擦力。对于非自重湿陷性黄土地基中的桩基来说,则不需要考虑负摩擦力。但是,实际施工经验表明,对于非自重湿陷性黄土地基来说,在受到水的浸泡之后,桩基也极有可能会出现一定的负摩擦力。这种情形下产生的负摩擦力的实际大小要远远小于自重湿陷性黄土地区的实际值,但是,在实际施工过程中也是不能忽视的。
(三)负摩阻力
1) 负摩阻力产生的原因。桩周附近地面大面积堆载;大面积降低地下水位;欠固结土,新填土;湿陷性黄土遇水湿陷;砂土液化、冻土融解。引起桩侧负摩阻力的条件是,桩侧土体下沉必须大于桩的下沉。
2) 负摩阻力的计算。首先,在不考虑负摩阻力的前提下,在纯摩擦条件下计算出实际桩长。假设可以满足极限荷载,考虑负摩阻力计算负摩阻力对桩长的影响长度。不考虑桩埋深对桩侧阻力影响时计算桩的加长,计算桩的下拉荷和桩侧正摩阻力以及桩底极限阻力,并最终计算出桩顶极限荷。
3) 负摩阻力的解决办法。通过计算预估下沉的沉降量;在预制桩表面涂一层薄层沥青;灌注桩在桩土之间加一层土浆,减少摩擦力。
一、对湿陷性黄土地的简单认识
(一)黄土
黄土是一种黄色或褐黄色粉状土,颗粒组成以粉粒组成为主,同时含砂粒和粘粒。黄土是第四纪以来在干旱、半干旱气候条件下形成的松散堆积物。一般情况下,黄土含有各种可溶盐和碳酸钙等。
(二)湿陷性黄土
湿陷性黄土指的是覆盖土层在自重应力或自重应力,以及建筑物附加应力的综合作用下,受到水的浸湿,导致土的结构遭到较大的破坏,从而出现的较为明显的附加下沉现象。湿陷性黄土具备黄土的一般特征,例如外观呈黄色或黄褐色,且同样以粉土颗粒为主,并具有肉眼可见的孔隙。同时,湿陷性黄土还呈现出不同于一般黄土的松散多孔结构状态,孔隙比常通常达到1.0 以上。并且在天然剖面上具有垂直节理,含水溶性盐(碳酸盐、硫酸盐类等) 较多。湿陷性黄土具备较明显的物理力学性质:1) 以粉土为主;粉粒含量一般大于60%。2) 含水率低;一般为10%~20%。3) 天然密度小;1.40~1.65g/cm3之间。4)孔隙比大;一般e>1.0。5) 塑性指数偏低;一般Ip 为7-13。6) 属中、高压缩性土;a=0.2-0.6Mpa-1。7) 富含碳酸钙盐类。
(三)湿陷出现的原因和相关影响因素
外因:由于各种原因的渗漏,或者回水,导致地下水位上升而引起湿陷。内因:黄土内部具有较大的孔隙,并含有大量种类较多的可溶盐类。
(四)湿陷性黄土地基的处理
1) 基本处理措施。常用的方法:垫层法、夯实法、挤密法、桩基础、预浸水法、单液硅化或碱液加固法。2) 防水措施。基本防水措施:要求在建筑布置、场地排水、地面排水、散水等方面,防止雨水或生产生活用水渗入浸湿地基。严格防水措施:要求对重要建筑场地和高级别湿陷地基,在检漏防水措施基础上,对防水地面、排水沟、检漏管沟和井等设施提高设计标准。3) 结构措施。结构措施是前两项措施的补充手段,它包括建筑平面布置力求简单,加强建筑上部结构整体刚度,预留沉降净空等来减小建筑物不均匀沉降或使结构物能适应地基的湿陷变形。总之,湿陷性黄土地基处理的方法很多,在不同的地区,根据不同的地基土质和不同的结构物,地基处理应选用不同的处理方法。在勘察阶段,经过现场取样,以试验数据进行分析,判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土,以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后,通过经济分析比较,综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法,经过优化设计后,确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。
二、公路桥梁桩基在湿陷性黄土的具体应用
(一)桩基类型选择
通常情况下,在湿陷性黄土地区,选择的桩基类型大多为静压桩和人工挖孔灌注桩,还有沉管灌注桩等。并且,实际施工过程中,要按照不同地区的实际环境条件来选择桩基类型。例如,在西安和河南等地,湿陷性黄土的湿陷性相对较弱,那么,在这些地区施工的时候,则比较适合选择端承摩擦桩,或者是摩擦端承桩。
(二)应用原理
鉴于湿陷性黄土的特殊性,在实际施工过程中,会受到负摩擦力的较大影响。负摩擦力指的在受到水的浸润之后,桩的实际下沉速度会明显小于自重湿陷性黄土层中土的下沉速度会。于是,湿陷性黄土层中的土便会对桩侧表面产生作用力,而且,这种作用力是向下作用的一种特殊的摩擦力。通常情况下,负摩擦力会随着地基土的竖向位移的增加而增大。但是,经过研究发现,负摩擦力和地基土的竖向位移之间并不是呈正比关系,负摩擦力的大小是在土的抗剪强度变化下发生变化的。桩土之间的相对位移虽然比较大,但浸水后,抗剪强度会出现明显的降低,所以无法承受外侧饱和土的自重,所以悬附范围十分有限。在实际的应用过程中,要在桩的承载能力上减去桩的负摩擦力。一般情况下,我们认为,只有在自重湿陷性黄土地基中才会出现桩基负摩擦力。对于非自重湿陷性黄土地基中的桩基来说,则不需要考虑负摩擦力。但是,实际施工经验表明,对于非自重湿陷性黄土地基来说,在受到水的浸泡之后,桩基也极有可能会出现一定的负摩擦力。这种情形下产生的负摩擦力的实际大小要远远小于自重湿陷性黄土地区的实际值,但是,在实际施工过程中也是不能忽视的。
(三)负摩阻力
1) 负摩阻力产生的原因。桩周附近地面大面积堆载;大面积降低地下水位;欠固结土,新填土;湿陷性黄土遇水湿陷;砂土液化、冻土融解。引起桩侧负摩阻力的条件是,桩侧土体下沉必须大于桩的下沉。
2) 负摩阻力的计算。首先,在不考虑负摩阻力的前提下,在纯摩擦条件下计算出实际桩长。假设可以满足极限荷载,考虑负摩阻力计算负摩阻力对桩长的影响长度。不考虑桩埋深对桩侧阻力影响时计算桩的加长,计算桩的下拉荷和桩侧正摩阻力以及桩底极限阻力,并最终计算出桩顶极限荷。
3) 负摩阻力的解决办法。通过计算预估下沉的沉降量;在预制桩表面涂一层薄层沥青;灌注桩在桩土之间加一层土浆,减少摩擦力。