高速铁路软土地基处理与施工组织设计(毕业设计)

高速铁路软土地基处理与施工组织设计(毕业设计)
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高速铁路软土地基处理与施工组织设计(毕业设计)

(5)加固后的整体稳定安全系数

整体稳定性的验算十分繁杂,人工计算十分不便,本文采用程序计算。使用同济启明星软件计算整体稳定性。最后可得安全系数K=1.20

根据设计要求,路堤的整体稳定性系数为=1.15。

=1.20>=1.15

因此DB64/T 1700-2020标准下载,路堤整体稳定性验算满足要求。

4.3 关于水泥搅拌桩设计的几点补充说明

(1)本次设计中软土路堤工后沉降控制值为0.10m,在有桥头的地方为0.08m。

(2)该工段采用浆喷桩加固,桩长因地形而异,桩长为1.5m~10.5m,间距1.2m,正方形布置,铺设0.5m厚碎石垫层,中间夹铺一层土工格室(厚10cm),桩的详细布置情况见附录中05、06号图纸。

施工是工程中的重要部分,是实现设计者意图的关键环节。工程实施前详细的研究施工工艺和方法、制定严密的组织管理以及有效的工程技术措施,是保证工程质量的必要条件。因此,进入工地现场后,必须对施工场地、设计资料、使用材料和设备、工程地质、墙背填料等进行充分的调查研究、试验分析。在此基础上,制定出科学合理、符合实际的施工组织计划。在工程实施过程中,如果出现与计划、设计、地质诸条件不同时,应进行技术方案与技术措施的协调处理。

5.1 施工准备与组织计划

5.1.1 施工准备工作

(1)全面熟悉设计文件,了解设计意图,认真核对设计条件、尺寸、平面布置等,详细研究设计内容及要求,实地考察地质条件和环境条件,必要时请设计工程师进行技术交底和问题答疑。

(2)进行必要的土工试验,取得工程现场实际的地基承载力、墙背填土容重、土的粘聚力、内摩擦角等试验数据,检查是否与设计相符或满足设计要求,以便为进一步进行技术措施处理或设计文件修改提出充分的科学依据。

(3)进行主要原材料的试验,包括混凝土用集料的筛分试验,压碎值试验;水泥有关指标试验;受力钢筋的拉伸及弯曲试验:锚定拉杆及钢垫板、螺杆、螺栓的拉力及有关力学试验等,检查是否满足设计要求,若存在问题,应提前进行调整更换。

(4)进行混凝土配合比设计和填土的标准击实试验,取得工程实际所需的施工配合比;填土的最大干密度及最佳含水量控制指标,为进一步工程施工作好准备。

(5)认真检查核实施工机具设备的型号、规格、数量,主要技术性能是否满足施工需要,主要施工设备是否完好配套。必要时应采取购置或租赁设备的措施,确保工程施工的需要。

(6)检查验收工地试验室,看是否已经建立健全,工地试验室应完全满足施工中的常规试验,必要的检测试验仪器,应配备齐全并经校对标定。工地上没有条件做的试验,应委托有条件的中心检测试验室进行试验。还应考虑测试元件的埋设及试验项目的安排、测试工作的配合等问题。

(7)施工前的测量定位工作。开工前应精确测定路基中心线及基础轴线、路基轴线加桩点横断面测量时,直线段应15~20m设一桩,曲线段5~10m设一桩。定桩位时,应测定中心桩及挡土墙的基底标高,临时水准点应设置在施工干扰范围以外并不易被破坏的地方。

(8)作好料场的材料堆放及保管工作。水泥按不同厂家、标号、品种分批分堆存放,严禁风吹日晒、雨淋受潮,堆放水泥的底板应比原地面垫高20~30cm,而且堆置不宜过高,以10袋为宜,并应用蓬布等严密覆盖:对检验合格购进的钢材应按类型、钢号、直径分别挂牌堆放,堆放高度应在地面以上30cm,并加遮盖,避免锈蚀和污染:;对自采加工合格的砂石集料,应按不同规格分别插牌堆放,堆放地面应平整密实,以防污染。另外,有条件或多雨的地区,最好加以遮盖并做好周围的排水工作,以防集料天然含水量的过大和不稳定。

(9)对设计中考虑到的挡土墙地下埋设物、障碍物做进一步核查,确定其位置、形状、尺寸和范围,同时提出排除、防护或施工中应采取的措施及注意事项。

(10)对施工空间、工地进出通道和供水、供电情况进行调查研究,并应采取有效的保证措施,以确保工程施工顺利进行。

5.1.2 作业流程和施工工序的划分

根据对设计文件核对后的工程数量、工程规模、工地特点、工期要求、施工条件、材料供应、资金拨付、设备能力以及各段施工的特殊要求和特点,对施工作业流程和各个工序环节进行详细地、科学合理地划分,并对其要点详细说明(这部分内容的详细论述见本章后面章节),为制定实施性施工组织计划,作好进一步的准备。

5.1.3 施工组织计划

在施工准备工作、作业流程及工序划分的基础上,应编制施工组织计划,它包括施工技术方案、方法的选择确定。在工程施工前,应对施工方法、工艺程序、工、料、机的安排供应:进度、质量、安全管理等作出详细的计划安排,并制定相应的施工组织计划,施工组织计划文件的内容一般包括以下主要项目。

(1)工程概况。包括工程名称、工程地点及里程桩号,建设、施工、设计、监理单位,工程数量,主要材料、机械、劳动力用量,工期、质量目标,以及工程地质情况的描述等。

(2)组织计划条件。包括自然条件,冰冻期最大冻土深度;年平均降水量、蒸发量,最高、最低气温资料;料场位置、储藏量、供应状况;环境保护方面的要求;运输条件;工程场地限制条件;供电、供水条件等。

(3)工程进度。包括安排计划进度所绘制的各项工作进度横道图或网络图,以及由此方法计算确定的影响工程进度的关键线路和关键工序。还应包括为了保证关键工序及关键线路的落实而采取的措施和办法。

(4)组织计划安排表。包括劳动力用量、劳动力组合、各工种(普工、混凝土工、钢筋工、木工、机电工、起吊工、模板工等)人员的选定以及高、中、初级工的搭配等;各类材料按不同规格、用量、进度要求供应备齐的时间安排和运输方式;机械设备按规格、数量进入现场的时间安排;按施工准备、备料、施工进度等不同阶段所需拨付资金的计划安排。

(5)施工总平面布置图。包括挡土墙所在平面位置示意图,各类材料堆放区域位置示意图,机械放置位置安排图,试验室、办公室、配电间、临时设施、工棚等平面布置图。

(6)使用机械设备的型号、规格及主要性能特点的有关资料及说明。

(7)使用材料的生产厂家、规格尺寸及主要特性参数的有关资料及说明。

(8)作业流程及主要工序(详见本章第二节)。

(9)施工管理、安全质量管理以及人员组织安排和管理计划。包括施工项目负责人、技术负责人、质量自检负责人,以及其它技术人员、管理人员、试验检测人员的配备和分工安排,各类人员的资质和岗位证书等情况说明。

(10)工地试验室的计划配备。包括检测仪器、试验仪器配备的规格、型号、数量,试验人员配备的组成情况,工地试验室承担工地试验能够达到的水平等。

(11)技术资料、成果一览表。包括施工准备工作中得到的各种试验资料、测量定位资料、补充测设资料、轴线、平面、水准点等控制桩位资料。

(12)附件。包括设计文件及图纸、施工合同、营业执照、施工企业资质证等。

5.1.4 安全施工保证措施

施工安全是保证工程质量和工期的重要前提条件,因此,在施工过程中,除认真落实《技术规范》及《铁路工程安全技术规程》有关要求外,必须认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针,严格防止各类伤亡事故的发生,并制定如下施工安全保证体系。

(2)安全教育经常化、制度化

开工前进行系统安全教育,使广大职工牢固树立“安全第一、预防为主”的思想意识,克服麻痹思想。

(3)严格安全监督,完善安全检查制度

(4)按施工组织设计和工艺流程科学组织施工严格工序衔接,严格操作规程,避免各种违章指挥和违章作业行为的发生。

(5)抓好现场安全管理,坚持文明施工,保障人力、机械和器材的安全。要安全用电,严格按有关规定安装供电线路及设备,用电设备都要安装地线,不合格的电工器材严禁使用。库房、油库严禁烟火,油库施工场地要安装避雷装置。

(6)认真做好防火、防盗工作,避免各类事故发生。

(7)认真核对地下管线与图纸,设专人负责,发现问题及时解决。

5.2 桩板式挡土墙的施工

5.2.1 桩板式挡土墙工程数量表

5.2.2 施工机具与程序工艺

桩板式挡土墙施工机具需配备灰浆泵、灰浆搅拌机、卷扬机、电焊机、弯筋机、切割机、混凝土搅拌机、振捣器等。

平整场地在井口周围用木料围护高出地面30cm ,再进行测量、放样,准确定

出桩孔的尺寸线,并设置足够的护桩,以保证桩在任何情况下变动能够及时复位,

挖孔前在桩位右侧与地面相交处长2.5m、宽2m范围内进行重锤夯实,夯实完成后在孔口处挖一条宽30cm的沟槽,然后用混凝土进行浇筑50cm厚的锁口,要求此锁口内侧和桩尺寸相等并在4个角预埋12号螺纹钢筋,伸出混凝土2cm~3cm ,并要求混凝土顶面用水平尺及挂线控制水平,混凝土锁口有两个作用:一是锁定孔口,作为挖孔的参照,防止其他杂物落入孔内;二是承受上部模板重量,预埋筋的作用,定位钢筋笼,防止钢筋笼倾斜。

挖掘方法采用人工挖孔,三班连续作业制,用小卷扬机提升孔渣,对于岩石部分采用非电毫秒雷管孔内微差爆破技术进行开挖,孔深不得小于设计规定。

挖孔施工时根据情况采用钢筋混凝土支撑护壁,挖孔施工与支护壁两道工序必须连续作业,不宜中途停顿,以防坍孔。

挖孔到达标高后,用混凝土进行5cm~10cm封底,保证钢筋笼全部被混凝土包裹,不露筋。

(6)下部钢筋骨架的制作、安装

钢筋的制作严格按照图纸要求进行,绑扎采用单根孔外预制,孔内成型的办法。由于钢筋用量较大,净间距较小,绑扎难度较大,因而须采用卡子,逐一固定钢筋,以保证钢筋间距,在主筋上焊接钢筋“耳朵”,为使钢筋骨架正确牢固定位。

当孔内钢筋绑扎加工到孔顶时,在上部支撑脚手架,以便进行上部钢筋的加工绑扎,绑扎钢筋时随时检查钢筋笼是否竖直,上部钢筋笼一次绑扎到孔顶标高,绑扎时注意锚定板预埋钢筋的位置。

模板须采用拼装钢制模板,并按实际尺寸订做模板,安装时严格按桩板墙的坐标位置、几何尺寸进行安装并一次完成,其纵横向采用φ16拉杆,接缝采用双面胶粘贴以防止浇筑混凝土时漏浆,安装完毕后,必须进行严格自检,检查中线、重直度、平整度、钢筋保护层厚度是否满足要求。

混凝土的灌注须一次浇筑完成,因此必须备有发电机及搅拌机,中间不得留有施工缝,混凝土的运输选用灌车运输,浇筑前必须检查是否泌水离析,坍落度是否符合要求。

(10)挡土板的预制及安装

由于挡土板预制量大,施工中我们采用俯式和仰式两种方法,俯式预制深固定台座,在预制场进行。预制完成后按日期、类型分类存放,以防止吊装时混淆,堆放高度不得超过3m。

桩身混凝土强度达到75%以上方可安装挡土板,采用吊车吊装。安装挡土板前,要把挡土板安装范围内的地基表层浮渣、松散物清除干净并夯实,达到一定的地基承载力(0. 20MPa以上) ,然后再用7.5号浆砌片石找平凹凸处,按规定顺序装板,安装时槽口向外,不许装错,装反。

(11)挡土板背后的回填

挡土板吊装完毕后,回填2.2m宽砂砾,然后回填土,填土要随挡土板逐块安装循环进行,填料及填筑方法均需满足路基施工规范中的有关要求,填土时为了防止土的侧压力对桩体影响,保证桩板墙的质量,回填时压实度一定要达到设计要求。

当填土达到预埋钢筋拉杆高度时,将其平铺在路基上,当填土高度超过锚定板高度50cm时,对锚定板进行干挖现浇,达到规定强度时,继续填土。

其它需要注意的事项

(2)桩身混凝土需一次灌注到顶,必须做好各项准备工作。工序安排要求紧凑和合理控制交接班的时间否则容易中断施工,产生水平施工缝,不易处理。

(3)由于桩身钢筋密集,且串筒悬挂的长度太长,人孔混凝土必须进行二次拌合,专人摊铺.捣固以50振动棒为主,25单相振动棒为辅(捣固主筋等钢筋密集位置),确保振捣质量。

(4)对于墙前的处理,在有水流冲刷地段(如涵渠、冲沟等),应固化地表,以防水流冲刷基底,引起挡土板的下沉。

(5)桩板设计时未考虑重型机械荷载,因而填土压实不能采用重型机械。通过实践选用25t以下压路机分层压实,墙后2m范围内使用小型机械夯实的方法证明是适宜和安全的.经现场观测桩板均无变形、移位,填方密实度检测合格.

(6)挡土板预制时产生的局部变形安装时容易积累而引起较大的高程误差,为控制挡土板准确就位,消除预制时产生的误差,安装时事先每板缝多预留5mm,从桩顶向下按0.505m的模数分格画线进行分段消除。不平处用砂浆找平,可取得良好效果,外观上做到了墙面平顺,对缝整齐,横平竖直。

(7)挡土板预制的方法中:俯式预制, 质量易于控制,但由于起吊移位需达到设计强度的75%以上,预制速度较慢,且对场地要求较严,投入较大。仰式预制受场地限制较小,灵活机动,可就地侧翻脱模,预制进度快,是一种较优的方法。

(8)由于钢筋用量大,绑扎难度可能会大,施工中应按照各钢筋间的净距制作合符要求尺寸的卡子,定位钢筋时用该卡子逐一固定以保证钢筋间距的准确。

(9)对于挖方地段应是先成桩,后开挖桩前土方,这样既可以节约模板,也可以减少工序。

(10)桩体混凝土浇筑完毕,强度达到20%即可养生,拆模后宜用“麻布缠身,塑料包裹”的方法养生7d,每天定时由专人进行洒水养护。

5.3 重力式挡土墙施工

挡土墙施工与一般土建工程施工有相同的共性,下面仅给出在挡土墙施工时应注意的事项:

(1)挡土墙基础如置于基岩上时,应注意清除基岩表面层风化部分;基础如置于土层上,则不应将基础放于软土、松土及未经处理的回填土上。

(2)挡土墙位于斜坡上时,基底纵坡应不陡于5%;当纵坡大于5%时,应将基底作成台阶形式。横向位于斜坡上时,较坚硬的岩石上可作成台阶形,但应满足设计要求。

(3)挡土墙墙后地面坡度陡于1:5时,应先处理填方地基(铲除草皮,开挖台阶等),然后填土,以免填方沿原地面滑动。

(4)墙后临时开挖边坡的坡角,随不同土层和边坡高度而定。松散坡积层地段挡土墙,宜分散跳槽开挖,挖成一段,砌筑一段,以保证施工安全。

(5)沿河、滨湖、水库、海边地区的挡土墙,由于基底受水流冲刷和波浪侵袭,常导致墙身的破坏,应注意加固与防护。

(6)施工前应做好地面排水系统、保持基坑干燥:对基坑内排水及内支撑做好考虑,以保证安全施工。

(7)基坑挖到设计标高时,地基与原设计不符,一定要作变更设计或采取其他工程措施,以保证基础的安全。

(8)浆砌片石挡土墙,使用的砂浆水灰比必须符合要求,砂浆应填塞饱满。岩石基坑砌料应紧靠坑壁,应与岩层结为一体。

(9)不应使用易于风化的石料或未凿面的大卵石砌筑墙身,片石中间厚不应小于20cm。

(10)经常受侵蚀水作用的挡土墙,应采用抗侵蚀的水泥砂浆砌筑或抗侵蚀的混凝土灌注,否则应采用其他防护措施。

(11)砌筑挡土墙时,不得做成水平通缝,墙趾台阶转折处,不能做成竖直通缝。

(12)墙身砌出地面后,基坑应及时回填夯实,并做成不小于4%的向外流水坡,以免积水下渗,影响墙身稳定。

(13)随着墙身的砌筑,待圬工强度达到70%以上时,墙后填料及时回填,并使填料夯实,保证质量,必须使内摩擦角达到设计要求。

(14)地震地区挡土墙应分段砌筑,每段墙基础应在均质土壤上,每段墙长宜选为10~15m。当浆砌片石挡土墙高超过8m时,最好沿墙高第4m设一混凝土垫层。

(15)浸水地区挡土墙,墙身两侧必须涂防渗层,使水流仅能由泄水孔溢出。

(16)浸水地区挡土墙后的回填土,尽量采用渗水土填筑,以利于迅速排出积水,减少由于水位涨落而引起的动水压力。当采用围堰施工地段,宜在枯水季节施工,一般应分段开挖,避免过多挤压河身,加剧冲刷。

5.4 水泥搅拌桩的施工

水泥土搅拌法主要有两种类型的施工方法,即湿法(水泥浆喷射搅拌法)和干法(水泥粉喷射搅拌法)。在这里,我们采用前一种方法。

5.4.1 搅拌桩的工程数量表

5.4.2 施工机械设备

目前,水泥浆喷射搅拌的施工机械种类繁多,有陆上和水上施工机械之分。按机械传动方式可分为转盘式和动力头式;按喷射方式又有中心管喷浆和叶片喷浆方式等。转盘式机械多半是用地质钻机的转盘改制而成,它的优点是传动设备装在底盘上,重心低和比较稳定,但往往不易组成多轴的搅拌。浆液通过叶片上若干个小孔喷出,使水泥浆与土体混和均匀,对大直径叶片和连续搅拌是合适的,但因喷浆孔小而易被浆液堵塞,且加工制造较为复杂。中心管输浆方式中的水泥浆是从两根搅拌轴之间的另一中心管输出,在叶片直径小于lm时,并不影响搅拌均匀度,而且它可适用多种固化剂,除纯水泥浆外,还可用水泥砂浆,甚至掺入工业废料等粗粒固化剂。不同形式的机械有它自身的优点和缺点。除了有陆上的水泥浆喷射搅拌机械之外,还有水上相应施工机械。

5.4.3 施工工艺

搅拌机运行到指定的桩位处,对中并保证桩架垂直。当地面起伏不平时,应调整基座保持水平。

起动搅拌机电动机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉,下沉的速度可由电动机的电流监测表控制。如果下沉速度太慢,可从输浆系统补给清水以利钻进。

等搅拌机下沉到一定深度时,即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆,待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。

制备水泥浆的目的是,根据设计单位提供的水灰比和水泥掺入比这二个参数,计算出每单位体积水泥土加固体中应注入的浆液体积量和浆液的密度。

(4)提升喷浆和搅拌

搅拌机下沉到达设计深度后,开启灰浆泵将水泥浆压人地基中,边喷浆边旋转,同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机。一般提升速度不超过0.8m/min。

搅拌机提升至设计加固层的顶面标高时,集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀,可再次将搅拌机边旋转边沉人土中,至设计加固深度后再将搅拌提升出地面。

各集料斗中注人适量清水,开启灰浆泵,清洗全部管路中残存的水泥浆,直至基本干净,并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。

(7)移位重复上述1~6步骤,再进行下一根桩的施工。

由于搅拌桩顶部与上部结构的基础(或承台)接触受力较大,因此通常还可对桩顶1.0~1.5m范围内再增加一次喷浆,以提高其强度。

5.4.4 施工注意事项

(2)根据实际施工经验,水泥土搅拌法在施工到顶端0.3~0.5m范围时,因上履压力较小,搅拌质量较差。因此,施工的桩顶标高应比设计确定的基底标高再高出0.3~0.5m,待开挖基坑时,再将上部桩身较差的0.3~0.5m桩段凿起。

(3)搅拌桩的垂直度偏差不得超过1%,桩位布置偏差不得大于50mm,成桩直径和桩长不得小于设计值。

(4)施工前应确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数,并根据设计要求通过工艺性成桩试验,确定搅拌桩的配比等各项参数和施工工艺。宜用流量泵控制输浆速度,使注浆泵出口压力保持在0.4~0.6MPa,并应使搅拌提升速度与输浆速度同步。

(5)制备好的浆液不得离析,泵送必须连续。拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量以及泵送浆液的时间等应有专人记录。

(6)为保证桩端施工质量,当浆液达到出浆口后,应喷浆持续30s,使浆液完全到达桩端。特别是设计中考虑桩端承载力时,该点尤为重要。

(7)预搅下沉时不宜注水,当遇到较硬土层下沉太慢时,方可适量注水,但应考虑注水成桩对桩身强度的影响。

(8)可通过复喷的方法增加水泥与土拌和均匀性以及实现桩身强度为变参数的目的。钻头下、上往返一次称为一搅,喷浆一般在钻头旋转提升同时进行,一般要求做到“一喷二搅”或“两喷三搅”。一喷二搅是指钻头下钻到设计深度后上提,重复两次,其中第一次上提时喷浆,最后一次提升搅拌宜采用慢速提升。当喷浆口到达桩顶标高时,宜停止提升,搅拌数秒,以保证桩头均匀密实。

(9)施工时因故停浆,宜将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m,待恢复供浆时再喷浆提升。若停机超过3h,为防止浆液硬结堵管,宜先拆卸输浆管路,予以清洗。

(10)壁状加固时,桩与桩的搭接时间不应大于24h,如因特殊原因超过上述时间,应对最后一根桩先进行空钻留出榫头以待下一批桩搭接,如间歇时间太长(如停电等),与第二根桩无法搭接时,应在设计和建设单位认可后,采取局部补桩或注浆措施。

(11)施工的钻机上,应配置和安装经有关部门认可的水泥浆量计量装置,自动记录每根桩各次钻头下钻深度、提升高度和水泥浆液用量的整个过程。

(12)现场实践表明,进行基槽开挖时,水泥土搅拌桩(承重桩)桩顶和桩身已有一定的强度,若用机械开挖基坑,往往容易碰撞损坏桩顶,因此在基底标高以上0.3m宜采用人工开挖,以保护桩头质量。这点对保证处理效果尤为重要,应引起足够的重视。

每一个水泥土搅拌桩施工现场,由于土质差异、水泥的品种和标号不同,因而搅拌加固质量有较大差别。所以在正式施工前,应进行数根施工工艺性的试桩,其目的是:

①提供满足水泥设计掺人量的各种操作参数;

②验证搅拌均匀程度及成桩直径;

③了解下钻及提升的阻力情况,并采取相应的措施。

第6章 结论与展望

本次设计主要进行的是高速铁路的地基处理,通过查阅大量资料详细了解了相关理论后,结合实际工程中的详细资料,完成了重力式挡土墙,桩板式挡土墙和桩——网复合地基的设计及各自的施工组织设计,学到了许多东西,现总结如下:

(1)在桩板式挡土墙的设计过程中,通过运用自己土力学和钢筋混凝土上学到的知识,在查找了大量资料熟悉了相关理论后,进行了均布荷载作用下土压力的计算、抗倾覆稳定性的计算、桩的悬臂端和锚固端的内力计算及其配筋计算,并将板按简支梁来进行受力分析,之后对其进行了相应的配筋计算及挠度和裂缝的验算。

(2)在重力式挡土墙的设计过程中,在用土力学的相关知识进行完受力分析后,进行挡墙截面的确定,开始时是计划结合一些经验公式并通过大量的试算来确定,但发现很难同时满足抗倾覆和抗滑稳定性以及经济方面的要求,后来通过查找资料,用了文中的算法并结合VB程序,确定出了挡墙截面,而后做了地基承载力和墙身强度的检算。

(3)在水泥搅拌桩的设计过程中,在查阅了大量资料并熟悉了相关知识后,决定采用水泥搅拌桩来加固软土路基,在设计中本想通过沉降控制来确定桩的间距,但由于桩长较短且桩打到了硬土层使得沉降很小,最终是通过承载力方面的要求来确定了桩的间距,然后做了网材强度和路堤整体稳定性方面的验算,由于这部分设计中的计算量较大,多数计算是通过VB程序和相关软件来完成计算的。

(4)在设计的最后,进行了施工组织的简单设计,并分别了解了各自的施工器具,施工流程工艺和要注意的问题。

本次设计通过对挡土墙和水泥搅拌桩的设计,学到了大量知识,但由于设计过程与工程实践脱节,再加上本人经验及能力有限,设计过程许多地方有些不严谨,有待以后通过学习和工作来完善。但通过这次毕业设计,对地基处理方面的理论与实践有了更深一步的了解。为以后的工作学习打下了好的基础。也是对本科阶段所学知识的总结,收获不少。

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光阴似箭,经过三个多月的努力,毕业设计渐进尾声,在设计过程中得到了许多支持和帮助。首先要感谢我们的指导老师娄国充副教授,娄老师从一开始就对我们的工作非常关心,他坚持在百忙之中,抽出时间,指导我们的毕业设计,特别是对于在设计过程中遇到的很多难题,娄老师给予了我们莫大的帮助。这里向娄老师致以真诚的谢意。

此外,本设计与同组的各位同学的共同努力也是分不开的。我们互相切磋,共同讨论,虚心听取别人的意见和建议,设计过程中深刻体会到团体合作的重要性,以及与同学共同完成设计任务的快乐。在此,对各位同学的大力支持和默契的配合表示衷心的感谢,

最后,学院给我们提供了一个良好的设计环境,使我们能发挥出自己的创造能力,在这里表示万分感激。

在此,我对所有支持和帮助我们的老师和同学致谢!

沙土在三轴荷载作用下的力学行为

在以前的学习中,通过对引起共鸣的圆柱的分析,Leighton—Buzzard沙的微小应变已经得到了验证,在这里,我们主要研究的是沙子的大变形方面的理论,研究的方法有两种:实验测试法和理论模型法,很明显,理论模型应来源于实验观察,而实验模型应当由测试结果来校准和检验。

土壤的变形的可靠测量现在已经成为了地球技术和工程实验室所面临的挑战之一,在用来研究土壤的构成的几种可行的方法中,三轴测试法的应用最为广泛。

实验中将会用到两套实验设备,它们分别是:

·自动三轴实验装置(即下文的CKC装置)

·高强度三轴实验装置(即下文的WYF装置)

2.1 CKC三轴实验装置

CKC三轴实验装置主要用于静态荷载和循环荷载的实验,其构造如图1(a)所示,它由顶部安装有荷载活塞的荷载框架、空间单元,可控制的气压荷载单元,信号调节装置,进程接触面单元和计算机而构成,其中的计算机安装有用于系统控制和数据收集的软件。

对于一般的实验而言,有5种常用的传感器,它们是:

1.荷载单元:用来监测轴向荷载

2.LVDT:用来监测轴向位移

4.用来检测单元压力和毛孔压力不同的有效压力传感器

5.用来检测体积变化的装置

图1 CKC 空间系统

 图2 WYF 空间系统

相应的传感器有5个与传感器直接相连的通道,而调节装置主要用来对从传感器传来的信号进行检波,过滤和放大处理。

气压荷载单元用来调节单元压力和后压力以及活塞中的压力。

活塞荷载用来当作轴向荷载,通过调节活塞中上下部的气压来改变荷载的大小,其中不管是压缩荷载还是拉伸荷载都可适用于土壤样本。

实验过程中的所有程序都由计算机程序来控制和监测,计算机程序用户界面友好,易于掌握。它的现代数据处理技术可自动实现以下功能:

·静态荷载测试(压力或拉力)

·任意的压力轨迹的测定

实验既可以在拉力控制下进行,也可以在压力控制下进行,这主要取决于用法。关于CKC三轴实验装置的详细介绍可以参看Li et a1(1988年著)。CKC装置可以进行的实验包括所有的自由荷载作用下的实验,部分对压缩要求较低的实验,还有循环荷载实验。

2.2 高强度三轴实验装置

当单元压力的大小在CKC三轴实验装置中受到限制时(即<800KPa时),可以使用高强度三轴实验装置,因为高强度实验装置可以提供较大的压力。其构造如图1(b)所示,它由100KN的荷载框架,体积变化装置,高压空间单元,还有附加的水压提供装置,数据处理装置组成。单元压力值最大能达到3 000KPa,现在,大量的三轴压缩试验都是在这种装置下进行的。

实验步骤共四步,它们是:

·后压力饱和度和B值检测

实验中用到的沙是Leighton—Buzzard沙,和在引起共鸣的圆柱实验中用到的沙一样。在样本准备用到的几种方法中,填塞是最常用的方法。这几种方法都需要的是1)孔隙比分布要尽量均匀,2)要用同样的方法获得密度差别较大的样品。由于不同的方法处理样品时会对其结构产生不同的影响,因此,同样的荷载作用于这些样品上时将会产生不同的反应。

常用于样品准备的三种方法如图2所示,水沉降法和干沉积法可以准备出均衡性很好的样品,但是样品的孔隙比却不易控制,得不到较为松散的样品。相反地,由于颗粒之间的毛细作用,大多数填塞法却可以做出相当松散的样品(甚至比ASTM最大孔隙比还要大)。当然,准备中等密度的样品时也可以用这种方法,同时孔隙比也非常容易控制,唯一的缺陷就是不如水沉降法或干沉积法准备出的样品的均衡性好,基于松散样品的需要,在目前的实验中,所有样品都需要用填塞法进行再处理,样品处理的过程如下所示:

首先将干沙子称重,将其和污水混合,含水率要控制在5%左右,再放入塑料袋中密封一个小时使得水均匀分布后,将土壤分成质量相等的10份,用于填塞。

将一个厚约0.3mm的薄膜拉紧贴到一个剪切模型的内侧壁上,模型将会以“o”形安到三轴单元的底部,用小勺子将湿沙的各个部分都倒入到模型中,,再用小锤子轻轻地敲击土壤,使其达到预期的高度,敲击过程中需要注意的是,敲打的力度可能会影响到土壤的构成,因此,在敲打的过程中要使用相同大小的力(即相同的下落高度)。用这种方法,密集的样品填塞的数量要比松散的样品来的多。填塞完毕后,刮去土壤表层,将其下面一层的土撒入,当填塞完土壤的所有层后,将薄膜附在样本上面,再将顶部的排水管道连接好,从顶部的排水管道用一个真空管(约5kPa)支撑住样品,再将模型移去。

将二氧化碳从模型底部过滤到顶部,一般要过滤上一个小时,当二氧化碳充满样品后,用一根15kPa的真空管将装置的顶部和底部的排水装置连通。

水循环之后的是样品顶部,中部及底部直径的测量,测量由精确度为±0.001mm的Pi管来完成,将这三个值的平均值作为样品的计算直径(要减去薄膜的厚度),在所有的实验中,计算直径和每个测定值之间的差值都不能超过0.1mm。样品的高度同样要沿着样品外围的三个地方进行测量,用精度为±0.0 lmm的游标卡尺来完成,将这三个值的平均值作为样品的计算高度,计算高度和每个测定值之间的差值不应超过0.1mm。实验中的样品尺寸为70×140mm。样品的直径和高度值是用来计算原始孔隙比的,计算公式如下:

DB13/T 5225-2020标准下载

(2)

公式中,D,H和V分别表示的是直径,高度和土壤样品的真空度,表示的是干密度,表示的是实验中所用沙子的重量,表示的是样品的重力大小,表示的是计算出的孔隙比。

某湿地公园及景观桥施工组织设计.doc3.2 后压力饱和度和B值的检测

样品准备和荷载施加后,接下来要作的是最初B值的测定,大多数实验在这个阶段的B值会大于0.8,为了增加样品的饱和度,要从排水管向样品施加后压力, 施加过程中要以恒定的值来增加单元压力,这样可以使得后压力值保持不变,增加单元压力的同时要测出B值,正常情况下,后压力的值保持在100到200kPa就足够了,相应的B值可以很容易的达到0.98甚至更高。样品的含水量取决于后压力的作用和真空改变装置,在大多数实验中,这个数值保持在0.6立方米左右,后压力还可以保护土壤不至于受到破坏。

当样品达到完全饱和后,下一步应该做的就是样品的固结了,固结压力应根据剪力的最初状态而选定,正常情况下,这一步应该分成几个加载阶段来进行,每一阶段荷载变化为20kPa,花费时间为10到20分钟,固节过程中真空度的变化应该记录下来,用于在剪切实验中来估算原始空隙比。

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