CN108517855A - 一种现场强夯与预应变加筋联合处治地基的试验系统及方法 - Google Patents

一种现场强夯与预应变加筋联合处治地基的试验系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种现场强夯与预应变加筋联合处治地基的试验系统及方法，该系统一方面包括沿填方为Km以上的路段长度方向等高度埋设的多层沉降板，沿所述路段宽度方向埋设的斜测管；所述路段的表土上均匀设置多个有效加固区域，每个有效加固区域内设置一个夯点，相邻两个夯点中心之间的距离为Lm；在每个夯点锤底及周围设置一排位移桩；所述路段边坡位置设有用于测量该边坡侧向位移的全站仪；另一方面包括，在已夯实的地基上铺设土工合成材料并张拉锚固，形成复合地基。本发明创造性提出动力强夯与预应变加筋复合理论与技术，为强夯与预应变加筋联合处治地基技术的现场施工提供了合理的设计方案，并分别给出了简单实用的夯沉量和应力应变计算方法，计算可靠、方便。

Description

一种现场强夯与预应变加筋联合处治地基的试验系统及方法
技术领域
本发明涉及土木工程柔性复合地基领域，特别是一种现场强夯与预应变加筋联合处治地基的试验系统及方法。
背景技术
强夯与预应变加筋联合处治路基，联合了现场强夯和预应变加筋二种经常独立使用的施工方法，其加固速度快、加固深度大、加筋效果明显、地基承载力大，从而被广泛用于高速公路的路基加固，但强夯法和预应变加筋法的加固机理和设计理论仍待进一步研究和创新。
发明内容
本发明旨在提供一种现场强夯与预应变加筋联合处治地基的试验系统及方法，首次将二种独立使用的施工方法有机联合起来，充分发挥各自优势，并完善动力强夯与预应变加筋联合处治地基的理论与技术，实现夯沉量及应力应变的精确计算。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种现场强夯与预应变加筋联合处治地基的试验系统，包括沿填方为Km以上的路段长度方向等高度埋设的多层沉降板，沿所述路段宽度方向埋设的斜测管；所述路段的表土上均匀设置多个有效加固区域，每个有效加固区域内设置一个夯点，相邻两个夯点中心之间的距离为Dm；在每个夯点锤底及周围设置一排位移桩；所述路段边坡位置设有用于测量该边坡侧向位移的全站仪。
所述有效加固区域为圆形区域，该圆形区域的直径为4m。
本发明还提供了一种现场强夯试验方法，该方法包括：在填方为Km以上的路段内沿所述路段长度方向等距离埋设多层沉降板，并在所述路段内沿所述路段宽度方向埋设斜测管；在路段表土上均匀设置多个有效加固区域，每个有效加固区域内设置一个夯点，相邻两个夯点中心之间的距离为Lm；在每个夯点锤底及周围设置一排位移桩；夯击过程中，夯锤落下高度设为Hm，通过调节落距来调节夯击能量；测量每次夯击后的夯沉量和夯点附近表土的沉降或隆起的量，以及各沉降板的沉降差；测定边坡的侧向位移，以此判定强夯对边坡的影响；在夯实的地基表面铺设土工合成材料，借助张拉设备按要求进行拉伸并固定，待上一层土填筑后反包到该层土的顶面，放张并固定。
K＝10；D＝3.5；H＝10。
所述落距分别取为10m、9m、8m、7m，相应夯击能为1200kN·m、1080kN·m、960kN·m、840kN·m。
所述夯击能量W与累计夯沉量h、夯击次数N之间的关系式为：
其中，c、d为常数；c＝217.9，d＝37.2。
夯点附近表土的沉降随深度递减的规律为：其中，hz表示深度为z米时的沉降；r表示夯锤半径；h0表示地表时的沉降，e、f为待定系数；e＝4；f＝1。
借助张拉设备按要求进行拉伸并固定时，采取张拉力P和伸长量△L二个指标“双控制”，经推算两者的关系式为：ε＝ΔL/L＝P/(Eg×Ag)；其中，P表示为张拉力；Eg表示为预应力筋弹性模量；Ag表示为预应力筋截面面积；ε表示为应变量，对于土工网取6％～10％，对于土工格栅取2％～5％；L表示为预应力筋的下料长度；ΔL表示为预应力筋的理论伸长量；，对于全填方路堤，L＝L1+2L2，L1为每一分层路基宽度，L2为筋材反包固定端长度，通常大于1.5m；对于半填半挖路基，L＝L1+L2+L3，L1、L2同上，L3为保证每一层筋材延伸出滑动弧线以外的长度，即其中，Ta表示为筋材的容许抗拉强度；Fs表示为要求的安全系数；σ0表示为作用在某层筋材上的覆盖压力；表示为土与筋材间的摩擦角，由拉拔试验测得。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明进一步完善了动力强夯理论，为动力强夯技术的现场施工提供了合理的设计方案，并给出了简单实用的夯沉量计算方法，计算可靠、方便。
附图说明
图1为夯点及有效加固范围分布情况；
图2是本发明现场预应变加筋试验系统示意图；
图3为本发明试验系统布置图；
图4为夯击能为1200KN.m时不同击数下的夯沉量；
图5为夯击能为1080KN.m时不同击数下的夯沉量；
图6为夯击能为960KN.m时不同击数下的夯沉量；
图7为夯击能为840KN.m时不同击数下的夯沉量；
图8为夯沉量h与夯击次数N关系图；
图9为夯沉量h与关系拟合曲线；
图10为夯击次数N与关系图；
图11为各种能量作用下土体分层沉降图；
具体实施方式
本发明实施例实现过程如下：
依据设计资料，填方在10m以上的路段采用强夯法加固，夯击能为1200kN·m，夯锤落下来的高度10.0m，夯锤直径2.0m，夯点与夯点之间到距离为3.5m(如图1)。
现场试验方案如图3所示。埋设沉降板和测斜管，测量总的沉降量、分层沉降量及水平位移，通过水准仪测量每次夯击后的夯沉量及夯点附近表土的沉降或隆起的量；测量各沉降板的沉降差，以此分析和对比强夯效果；通过全站仪测定边坡的侧向位移，以此判定强夯对边坡的影响。试验过程中，将一排位移桩设置在每个夯点锤底及其周围，测量夯坑周围土体的隆起量。
强夯试验采用12t重的夯锤，夯锤直径为2m，通过调节落距来调节夯击能量，取四种夯击能量进行试验，落距分别取为10m、9m、8m、7m，相应夯击能为1200kN·m、1080kN·m、960kN·m、840kN·m，夯沉量分别如图4～图7。
将现场实验数据进一步并绘制成图8～图9。
对于累计夯沉量h、夯击能量W、夯击次数N之间的关系，用上述试验数据进行归一化处理，并绘制--N关系图，如图10所示。
采用最小二乘法拟合得c＝217.9，d＝37.2，所以：
式中：h——累计夯沉量，m；
N——夯击次数，次；
W——夯击能，kN·m。
将位于夯锤底下各分层土体的沉降量列于表1，并绘制成图11所示。
表1夯锤底下各分层土体的沉降量
对于沉降随深度递减的规律，采用实测数据进行拟和，求得红砂岩碎石土路基在强夯作用下a、b系数的取值。根据拟和关系式，a值在4.0左右，b值略大于1.0，所以取a＝4.0，b＝1.0。代入本发明已经给出的沉降随深度递减的规律得到：
举例分析
在江西武吉高速公路通车前，沿全线选择了4个典型的断面继续进行工后沉降的观测，各断面测点在各时间段内的沉降增量整理如表2～5所示。
表2 K93+005.480断面各测点沉降增量(mm)
表3 K125+125断面各测点沉降增量(mm)
表4 K84+800断面各测点沉降增量(mm)
表5 K29+040断面各测点沉降增量(mm)
从表2可以看出，K93+005.480断面半年内最大沉降量为14mm，一年内最大沉降量为19mm，每月平均沉降量为1.58mm。同样，从表3～5分别可以看出，K125+125断面半年内最大沉降量为15mm，一年内最大沉降量为25mm，每月平均沉降量为2.08mm；K84+800断面半年内最大沉降量为16mm，一年内最大沉降量为28mm，每月平均沉降量为2.33mm；K29+040(A7)断面半年内最大沉降量为7mm，一年内最大沉降量为11mm，每月平均沉降量为0.92mm。
由上可知，各个断面一年内的每月平均沉降量均未超过3mm，符合相关的规范要求。充分说明强夯对控制高填方路基的不均匀沉降，从而提高路基的稳定性非常有效。
对于在预应变张拉工艺完成并分层进行路基填筑后的沉降观测，已在相关研究成果中进行了对比分析，能有效的控制不均匀沉降。
另一种是现场预应变加筋试验系统，包括铺设土工合成材料，架设张拉设备进行拉伸，施工工艺相对简单。
本发明中，采取张拉力(P)和伸长量(△L)二个指标“双控制”进行张拉，经推算两者的关系式为：ε＝ΔL/L＝P/(Eg×Ag)；其中，P表示为张拉力；Eg表示为预应力筋弹性模量；Ag表示为预应力筋截面面积；ε表示为应变量，对于土工网取6％～10％，对于土工格栅取2％～5％；L表示为预应力筋的下料长度；ΔL表示为预应力筋的理论伸长量。
对于全填方路堤，L＝L1+2L2，L1为每一分层路基宽度，L2为筋材反包固定端长度，通常大于1.5m；对于半填半挖路基，L＝L1+L2+L3，L1、L2同上，L3为保证每一层筋材延伸出滑动弧线以外的长度，即其中，Ta表示为筋材的容许抗拉强度；Fs表示为要求的安全系数；σ0表示为作用在某层筋材上的覆盖压力；表示为土与筋材间的摩擦角，由拉拔试验测得。

Claims (10)

1.一种现场强夯与预应变加筋联合处治地基的试验系统，其特征在于，包括沿填方为Km以上的路段长度方向等高度埋设的多层沉降板(1)，沿所述路段宽度方向埋设的斜测管(2)；所述路段的表土上均匀设置多个有效加固区域，每个有效加固区域内设置一个夯点，相邻两个夯点中心之间的距离为Lm；在每个夯点锤底及周围设置一排位移桩；所述路段边坡位置设有用于测量该边坡侧向位移的全站仪。
2.根据权利要求1所述的现场强夯与预应变加筋联合处治地基的试验系统，其特征在于，所述有效加固区域为圆形区域，该圆形区域的直径为4m。
3.一种现场强夯试验方法，其特征在于，该方法包括：在填方为Km以上的路段内沿所述路段长度方向等距离埋设多层沉降板(1)，并在所述路段内沿所述路段宽度方向埋设斜测管(2)；在路段表土上均匀设置多个有效加固区域，每个有效加固区域内设置一个夯点，相邻两个夯点中心之间的距离为Dm；在每个夯点锤底及周围设置一排位移桩；夯击过程中，夯锤落下高度设为Hm，通过调节落距来调节夯击能量；测量每次夯击后的夯沉量和夯点附近表土的沉降或隆起的量，以及各沉降板(1)的沉降差；测定边坡的侧向位移，以此判定强夯对边坡的影响；在夯实的地基表面铺设土工合成材料，借助张拉设备按要求进行拉伸并固定，待上一层土填筑后反包到该层土的顶面，放张并固定。
4.根据权利要求3所述的现场强夯试验方法，其特征在于，K＝10；D＝3.5；H＝10。
5.根据权利要求3所述的现场强夯试验方法，其特征在于，所述落距分别取为10m、9m、8m、7m，相应夯击能为1200kN·m、1080kN·m、960kN·m、840kN·m。
6.根据权利要求3所述的现场强夯试验方法，其特征在于，所述夯击能量W与累计夯沉量h、夯击次数N之间的关系式为：
其中，c、d为常数。
7.根据权利要求6所述的现场强夯试验方法，其特征在于，c＝217.9，d＝37.2。
8.根据权利要求3～7之一所述的现场强夯试验方法，其特征在于，夯点附近表土的沉降随深度递减的规律为：其中，hz表示深度为z米时的沉降；r表示夯锤半径；h0表示地表时的沉降，e、f为待定系数。
9.根据权利要求8所述的现场强夯试验方法，其特征在于，e＝4；f＝1。
10.根据权利要求3所述的现场强夯试验方法，其特征在于，借助张拉设备按要求进行拉伸并固定时，采取张拉力P和伸长量△L二个指标“双控制”，经推算两者的关系式为：ε＝ΔL/L＝P/(Eg×Ag)；其中，P表示为张拉力；Eg表示为预应力筋弹性模量；Ag表示为预应力筋截面面积；ε表示为应变量，对于土工网取6％～10％，对于土工格栅取2％～5％；L表示为预应力筋的下料长度；ΔL表示为预应力筋的理论伸长量；对于全填方路堤，L＝L1+2L2，L1为每一分层路基宽度，L2为筋材反包固定端长度；对于半填半挖路基，L＝L1+L2+L3，L3为保证每一层筋材延伸出滑动弧线以外的长度，即其中，Ta表示为筋材的容许抗拉强度；Fs为要求的安全系数；σ0表示为作用在某层筋材上的覆盖压力；表示为土与筋材间的摩擦角，由拉拔试验测得。
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