xxxxxxxxx 学院
本 科 毕 业 设 计
题目安庆石化新区黄土坑路CFG 桩复合地基设计
系 别 工程技术系 专 业 土木工程 学生姓名 xxxxx 学 号 指导教师 xxxxx 职 称 高级工程师
2012年5月20日
xxxxxx 学院 本科毕业设计文献综述
系 别: 工程技术系 专 业: 土木工程 姓 名: xxxxxxxxx 学 号: xxxxxxxxxx
2012年 5 月 20 日
Cfg 桩复合地基设计
1. 研究意义
水泥粉煤灰碎石桩法(简称 CFG 桩),是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘结强度桩,并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。 CFG 桩的骨干材料为碎石,粗骨料;石屑为中等粒径骨料,以改善桩体级配,增强桩体强度;粉煤灰是细骨料,又有低标号水泥的作用,可使桩体具有明显的后期强度。这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点,其一,施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样,工艺简单,与振冲碎石桩相比,无场地污染,振动影响也小;其二,所用材料仅需少量水泥,便于就地取材;节约材料;其三,受力特性与水泥搅拌桩类似。
CFG 桩的掺入料粉煤灰是燃烧发电厂排出的一种工业废料,它是磨至一定细度的粉煤灰在煤粉炉中燃烧( 1100 ~ 1500 ℃ )后,由收尘器收集的细灰,简称干灰。用湿法排灰所得的粉煤灰称为湿灰,由于部分活性先行水化,所以其活性也较干灰为低,粉煤灰的活性是影响混合料强度的主要指标,活性越高,混合料需水量越少,强度越高;活性越低,混合料需水量越多,强度越低。不同的发电厂收集的粉煤灰,由于原煤种类、燃烧条件、煤粉细度、收灰方式的不同,其活性有很大差异,所以对混合料的强度有很大影响。粉煤灰的活性决定于各种粒度 AL 2 O 3 和 SiO 2 的含量, CaO 对粉煤灰的活性也很有利。粉煤灰的粒度组成是影响粉煤灰质量的主要指标,一般粉煤灰越细,球形颗粒越多,水化及接触界面增加,容易发挥粉煤灰的活性。
CFG 桩的骨料碎石,掺入石屑是填充碎石的空隙,使级配良好。接触比表面积增大,提高桩体抗剪强度。
CFG 桩复合地基一般适用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地基;既可用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土。当 CFG 桩用于挤密效果好的土时,承载力的提高既有挤密作用又有置换作用;当 CFG 桩用于挤密效果差的土时承载力的提高只与置换作用有关。与其他复合地基的桩型相比, CFG 桩由于桩体材料较轻,置换作用特别明显。就基础形式而言, CFG 桩复合地基既适用于条形基础(有地梁)、独立基础,又适用于筏基、箱型基础。
2.CFG 桩文献
徐至钧主编的《水泥粉煤灰碎石桩复合地基》介绍了CFG 桩复合地基的处理概论,复合地基的性状,垂直荷载作用下CFG 桩复合地基的性状,材料配合比及其力学性能,褥垫层的作用,复合地基的设计计算和施工。
《建筑地基基础设计规范》对地基承载力、变形、稳定性计算做出规定。
《建筑地基处理技术规范》对CFG 桩法的一般规定、设计、施工、质量检验的方法做出了规范。 国振喜撰写的《建筑地基基础设计手册》介绍了CFG 桩在建筑地基基础、工程地质、规定及常用资料,岩土勘察规定,土地抗剪强度与地基承载力及截面尺寸的确定等。
龚晓楠主编的《复合地基设计和施工指南》详细的介绍了CFG 桩的适用范围,加固机理,桩孔直径、桩距和排距的设计、桩孔深度的确定和承载力的确定给出了具体方法,对CFG 桩复合地基施工工艺流程作了详细介绍:桩孔定位、桩孔成型、桩孔夯填的次序进行。
东南大学、湖南大学合编的《土力学》主要研究土体的应力、应变、强度、渗流及长期稳定性。 中国建筑工业出版社出版的《基础工程》主要介绍基础设计和地基设计两大部分。基础设计包括基础形式的选择、基础埋置深度及基地面积大小、基础内力和断面计算等。地基设计包括地基土的承载力确定、地基变形计算、地基稳定性计算等。
3 CFG桩荷载和变形的研究
阎明礼等人对CFG 桩复合地基的作用机理、设计方法、在水平荷载作用下的承载力形状进行了全面的阐述[10~12],涵盖了CFG 桩复合地基基本理论、工作机理、设计方法、竖直和水平荷载下的承载力形状等作了系统全面的阐述。
董必昌、郑俊杰分析了CFG 桩复合地基的变形模式,推导出一种考虑桩—土—垫层相互作用即摩擦阻力的作用,在中间过程中还可方便的求出等沉面位置以及桩土应力比等参数,并进一步对其进行了数字仿真,得到的模拟值与计算值较为一致,结果证实了该沉降计算公式的可行性[13] 。
孙健等人根据CFG 桩复合地基的作用机理和特性,通过对复合地基CFG 桩负摩阻力大小的计算,基于桩土变形协调条件,求出复合地基CFG 桩负摩阻力的作用长度。根据负摩阻力大小和作用长度分析了在CFG 桩复合地基中负摩阻力的危害和影响,并提出一些相应的结论和措施[14]。
张忠坤通过对柔性单桩竖向加荷、大面积作用下复合地基中心单桩轴对称及路堤荷载作用下复合地基的有限元数值分析,探讨了临界桩长问题,得出了桩体临界桩长不仅与桩土模量比有关,而且与荷载分布有关的结论[15]。
潘星分析了CFG 桩复合地基加固机理及沉降模式,详细讨论了其沉降计算,包括它的计算厚度、影响因素、压缩模量选取及附加压力计算等。提出按变形控制理论进行变形计算有其优点[16] 。
陈东佐,梁任旺通过工程实例,对CFG 桩复合地基设计的方法进行了简要阐述,并采用有限元ANSYS 程序对CFG 桩复合地基的应力传递特性进行了分析;对CFG 桩体的强度和弹性模量进行了测试,对CFG 桩体、CFG 桩复合地基进行了静荷载试验,对桩间土进行了标准贯入试验。试验和分析结果表明:CFG 桩能够把荷载传递到深层土上;CFG 桩复合地基与天然地基的变形比随面积置换率m 的增大而减小,当m
[17]
。
林晖针对不同材料构成的褥垫层(相同厚度)及同一种材料不同厚度情况进行了土压力盒试验,各
桩试验结果表明,桩土应力比随着荷载的增大而逐渐增大,随着荷载的增大,桩分担的荷载也逐渐增大
[18]
。
4 CFG桩复合地基桩土应力比研究
秦然等[19]通过选取双曲线来表征单桩与地基土的荷载—沉降曲线,导出了一组确定水泥土桩复合地基桩土应力比的解析式,分析了桩土应力比与总荷载的关系,并指出置换率和桩土极限强度对桩土应力比的影响。
秦建庆等[20]结合水泥土桩复合地基载荷试验,现场量测了桩顶反力、桩间土反力,并分析了复合地基的桩土应力比。
郑俊杰[21]选取常用的双折线荷载传递函数,推导出一组轴向荷载—沉降曲线的解析式,从而表征桩的荷载—沉降曲线,并选取双曲线来表征地基土的荷载—沉降曲线,推导出了水泥土桩复合地基中考虑桩—土相互作用的桩土应力比的解析式,并讨论了相关参数对桩土应力比的影响。
李作勤[22]从复合地基的设计思想出发,阐明影响桩土应力的主要因素,介绍用荷载试验检验应力比的方法。
朱世哲等[23]研究了带垫层的刚性桩复合地基桩土应力比计算方法,同时,考虑到桩顶刺入垫层和桩端刺入下卧层的情况,从理论上论证了各种因素对桩土应力比的影响。
4总结分析
结合目前的研究资料,CFG 桩复合地基具有强度高,造价低,工艺简单,节约材料,受力特性与水泥搅拌桩类似等优点。CFG 桩复合地基适用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地基;既可用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土。
参考文献
[1] 东南大学, 浙江大学. 《土力学》(第二版)[M]. 北京:中国建筑工业出版社. 2005 [2] 苏宏阳,基础工程施工手册[M]. ,北京,中国计划出版社,2002 [3] 国振喜,建筑地基基础设计手册[M]. ,北京,机械工业出版社,2008 [4] GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》[S]. 中华人民共和国建设部 [5] JGJ79--2002《建筑地基处理技术规范》[S]. 中华人民共和国建设部
[6] GB50202-2002地基与基础工程施工质量验收规范[S]. 中华人民共和国建设部 [7] 较新的学术期刊文献资料
[8] 徐至均主编. 水泥粉煤灰碎石桩复合地基[M]. 北京:机械工业出版社. 2004, 33~34 [9] 代国忠, 齐宏伟. 《地基处理》[M]. 重庆大学出版社. 2007 [10] 阎明礼. 地基处理技术[M].北京:中国环境科学出版社.1996
[11] 阎明礼, 吴春林等. 水泥粉煤灰碎石桩复合地基试验研究[J].岩土工程学报,1996,18(2):16 [12] 阎明礼, 刘国安, 杨军等. 水平荷载作用下CFG 桩复合地基的性状[J].建筑科学,1994,15(2):15 [13] 董必昌等.CFG 桩复合地基沉降计算与数字仿真[J].工业建筑,2005,1 [14] 孙健等. 复合地基CFG 桩负摩阻力的影响及研究[J].地质装备,2005,3 [15] 张忠坤. 复合地基临界桩长的研究[J].岩土工程学报,1999(21):2 [16] 潘星.CFG 桩复合地基沉降计算探讨[J].岩土力学,2005,05:70~72 [17] 陈东佐, 梁仁旺.CFG 桩复合地基的试验研究[J].建筑结构学报,2002(23):4 [18] 林晖.CFG 桩复合地基桩土分担荷载比研究[J].土工基础,2004(18):4
[19] 秦然, 陈征宙, 董平. 水泥土桩复合地基桩土应力比的一种解析算法[J].岩土力学,2001,22(1):96~98 [20] 秦建庆, 叶观宝, 费涵昌. 水泥土桩复合地基桩土分担荷载的试验研究[J].工程勘查,2000,(1):35~37 [21] 郑俊杰, 黄海松. 水泥土桩复合地基桩土应力比的解析算法[J].岩土力学,2005,26(9):1432~1436 [22] 李作勤. 复合地基中桩土应力比和优化设计[J].岩土力学,1995,16(4):30~37
[23] 朱世哲, 徐日庆, 杨晓军等. 带垫层刚性桩复合地基桩土应力比的计算与分析[J].岩土力学,2004,25(5):814~823
安庆石化新区黄土坑路CFG 桩复合地基设计
摘 要
CFG 桩(水泥粉煤灰碎石桩)是由,水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,由桩、桩间土和褥垫层一起构成的复合地基,目前大量用于高层和超高层建筑地基加固。桩身强度等级多在C15-C25之间,由于其具有施工速度快、工期短、质量容易控制、总价低廉的特点,该技术已在全国各地区地基处理中得到广泛应用,目前已成为应用普遍的地基处理技术之一。
关键词:CFG 桩; 复合地基承载力; 地基变形
ABSTRACT
CFG pile(cement flyash gravel pile ) is composed of cement, fly ash, sand, gravel, stone chips or mixed with water to form high bond strength pile, the pile, the soil between piles and cushion layer together constitute the composite foundation, it has been widely applied in
high-rise and super high-rise building foundation reinforcement. Pile strength grade in C15-C25, due to its high construction speed, short construction period, easy quality control, price low, the technology has been in the area of foundation treatment is widely used, has become one of the widely used technique of foundation treatment.
Key words:CFG pile; bearing capacity of composite foundation; foundation deformation
1前言
路基是公路的重要组成比分,是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物,承受由路面传来的荷载,应具有足够的强度、稳定性与耐久性。路基一边可分为填方 、挖方路基、半填半挖路基和零填路基。
路基工程的主要特点是:工艺比较简单,工程数量大,耗资达。路及稳定与否,对路面工程质量影响甚大,关系到公路正常使用。实践证明没有坚固稳定的路基,就没有稳固的路面。因此,前期做好路基工程的设计,中期做好施工,后期重视养护是非常必要的。综上所述,路基应满足下列基本要求:
(1) 具有足够的整体稳定性 (2) 具有足够强度 (3) 具有足够的水温稳定性
随着越来越多的公路 ,高填方路堤不断增多,相应路基的沉降问题就显得尤为突出。作为一个合格的道路设计人员,发现问题并找到相应的解决方法是我们的职责所在。
造成高填方路堤下沉的原因,主要是地基下沉或路堤本身的沉降引起,包括均匀沉降和不均匀沉降。在一边路段,少量的均匀沉降不会对路面造成破坏;而过量沉降的主要矛盾出现在构造物台背后,由于桥涵构造物沉降量较小,构造物两侧的高填路堤沉降量偏大,常会引起桥头跳车,并造成路面过早损坏,纵面线形不连续。针对上述路堤下沉产生的原因,就需要我们在设计阶段综合考虑对地基采用何种处理方法尽可能的减小地基沉降对路基造成的破坏。
目前公路地基处理中使用的方法主要有:桩基、分喷桩、散体材料桩、强夯法和真空预压、堆载预压等加固方法。上面任何一种加固技术都有它的优越性,也有其局限性。分喷桩、散体材料桩造价低廉,但施工质量不易控制,且加固深度有限。堆载预压法由于地基土的强度很低,因存在路堤的稳定性问题,不可能快速加载,制约着工程的进度,因此施工工期长;由于现在公路建设周期很短,采用这种加固方法机会很小;此外堆载预压需要额外土方,将会多占用耕地,破坏环境。桩基在加固路基中使用,可大大缩短工期,加固处理深度较其他方法更深,明显增加了路基的稳定性,减少地基沉降,但缺点是造价太高。
在近几年高速公路的设计中,一些工程采用水泥粉煤灰碎石桩进行高填方路基加固处理。水泥粉煤灰桩,简称CFG 桩,属于高粘结强度桩复合地基。他与素混凝土桩的区别仅在于状体材料的构成不同,而在受力和变形特性方面没什么区别。
CFG 装成桩质量稳定,可沉桩较深,桩体和桩间土一起,通过褥垫层形成复合地基,复合层的变形很小,地基稳定性得到提高。该技术在京承高速公路一期工程桥头地基处理中得到广泛的应用。
2设计资料
2.1工程概况
黄土坑路为安庆石化新区内运输道路,起点为新区1号门至终点新区3号门,全长800米。道路宽度12米,路堤高度3m ,双向4车道,二级公路。天然地基承载力特征值为140Kpa ,采用CFG 桩复合地基进行处理,实际要求处理后地基承载力特征值fspk 不小于240kpa ,沉降量不大于40mm
2.2工程地质条件
本场地没有大的活动断裂经过,地形较平坦,地基稳定,地基土层面坡度不大,不良地质现象不发育,场地稳定性较好。抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g ,设计地震分组为第一组,特征周期0.35s 。
①层素填土,未经统一压实处理,土质均匀性较差,未经处理不宜直接作为拟建建(构)筑物的天然地基持力层。
②层粉质粘土,在分布稳定、连续地段,可作为一般建(构)筑物的天然地基持力层。 ③层卵石,厚度较大,承载力较高,压缩性低,分布稳定地段,是一般建(构)筑物较好的天然地基压缩层,在埋深较浅的地段是良好的天然地基持力层。
④层全风化泥质砂岩、砂岩,承载力较高,压缩性中等,是较好的。在分布稳定、厚度较大,埋藏较浅的地段,是一般建(构)筑物较好的天然地基持力层。
⑤层强风化泥质砂岩、砂岩,分布较稳定,厚度较大,承载力较高,压缩性低,是重要建(构)筑物较好的桩端持力层。
⑥层中等风化泥质砂岩、砂岩,分布稳定、连续,承载力高,压缩变形可以忽略不计,是重要建(构)筑物良好的桩端持力层。
表2-1 土层主要物理力学指标
层底埋深 (m )
平均层厚 (m )
压缩模量 (Mpa
地基承载
力 (Kpa )
土层编号
土层名称
含水率 W%
塑性 Ip
液性 Il
孔隙比 e
1 2 3 4
素填土 粉质粘土 卵石层 泥质砂岩
1.5 5.1 9.1 18.6
1.5 3.6 4 9.5
23.0 26.1
14.6 14.7
0.13 0.10
0.7 0.748
7.0 28.0 13.0
140 300 150
3选择桩型和尺寸
目前公路地基处理中使用的方法主要有:桩基、分喷桩、散体材料桩、强夯法和真空预压、堆载预压等加固方法。上面任何一种加固技术都有它的优越性,也有其局限性。分喷桩、散体材料桩造价低廉,但施工质量不易控制,且加固深度有限。堆载预压法由于地基土的强度很低,因存在路堤的稳定性问题,不可能快速加载,制约着工程的进度,因此施工工期长;由于现在公路建设周期很短,采用这种加固方法机会很小;此外堆载预压需要额外土方,将会多占用耕地,破坏环境。桩基在加固路基中使用,可大大缩短工期,加固处理深度较其他方法更深,明显增加了路基的稳定性,减少地基沉降,但缺点是造价太高。
为加快新区建设,本次设计对时间要求短,因此选用CFG 桩复合地基为本次设计方案,CFG 桩对于山区浅层地基充分利用桩间土较高的承载力,同时在造价、成桩工艺无振动及粉尘污染、成桩质量易于保证。
对于一般建(构)筑物,①层素填土未经处理不宜作为天然地基持力层,②层粉质粘土和③层卵石,在埋深较浅、分布稳定地段,均可作为一般建(构)筑物的天然持力层。本次工程选择第三层卵石层为持力层,桩端进入持力层深度为1米。则桩长l =1.5+3.6+1=6.1m。
4 CFG桩复合地基设计
4.1设计参数
4.1.1桩径
CFG 桩桩径宜取350~600mm。根据设计要求取桩径400mm 。
[1]
4.1.2桩距
根据复合地基承载力、土性、施工工艺等,桩距s 取2.0m 。
4.1.3桩长
取第三层卵石层为持力层,桩端进入持力层深度为1.0米。则桩长l =1.5+3.6+1=6.1m。
4.1.4 褥垫层
褥垫层铺设宜采用静力压实法,当基础底面下桩间土的含水量较小时,也可采用动力夯实法。褥垫层厚度取25cm ,褥垫层材料可选用粗砂、中砂、碎石、级配砂石(最大粒径不大于20mm 。)
4.2 单桩承载力特征值Ra 确定
4.2.1面积置换率m
正方形布桩
式中:
d-----桩体直径; s-----桩中心距; h-----桩的中心排距;
m =
2
sh
式(4-1)
当按正方型布桩时排距系数n=h/s=1.0面积置换率m 为
m =
0. 785d 2
s 2
=0.0314
4.2.2单桩承载力特征值Ra
n
R a =U p 式中:
∑q
i =1
sia
L i +q p A p [2] 式(4-2)
R a
-----单桩竖向承载力特征值;
q pa , q sia -----桩端端阻力、桩侧阻力特征值; A p -----桩底端横截面面积; U p -----桩身周边长度;
L i -----第i 层岩土的厚度;
各岩土层桩侧阻力特征值q sia 及桩端阻力特征值q pa 建议采用值见表3-1。
表3-1 桩侧阻力特征值q sia 及桩端阻力特征值q pa
层 号 2 3
qsia(kPa) 40 70
qpa(kPa) 1800
R a =1. 256(40⨯3. 6+70⨯1) +1800⨯0. 1256=494. 864KN
4.3复合地基承载力特征值f spk 确定
式中:
f spk =m +β(1-m ) f sk
Ap
式(4-3)
f s pk -----复合地基承载力特征值(kPa );
m -----面积置换率;
R a -----单桩竖向承载力特征值(kN ); A p -----桩的截面积(m2);
β -----桩间土承载力折减系数,宜按地区经验取值,如无经验时可取0.75~0.95,天然地基承载力较高时取大值,β取0.9;
,可取天然地基承载力特征值。 f sk -----处理后桩间土承载力特征值(kPa )
f s pk =0.0314⨯0. 1256+1.9(1—0.0314)140=245.79≥240kpa 满足要求。
5复合地基变形计算
地基变形计算深度应大于复合土层的厚度,并符合《规范》关于地基变形计算深度的规定。计算沉降深度按下式计算:
Z n =b (2. 5-0. 4ln b ) =12m⨯(2.5-0. 4⨯ln 12)=18.1m
因第⑤层为强风化泥质砂岩层,沉降计算深度取在强风泥质砂岩层表面,即z=18.6m。
复合地基土层的分层与天然地基相同,各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ξ倍,
ξ=f spk /f sk =245/140=1. 75
根据设计资料实验计算所得,路基地面中心点附加应力为p 0=164.9Kpa。 采用《建筑地基基础设计规范》推荐的地基沉降计算公式计算沉降量:
p 0
s =ψs s '=ψs ∑E (z i i -z i -1i -1) si
i =1n
式中:
式(5-1)
S-----CFG 桩复合地基总沉降量,mm 。
ψs -----变形计算经验系数,根据当地沉降量观测资料及经验确定,也可采用表4-1数值。
p 0-----对应于荷载效应标准组合时的基础底面出的附加应力,Kpa 。
a i , a i -1-----基础底面至第i 层土、第i-1层土地面范围内平均附加应力系数,可查规范附录。
n-----地基变形计算深度范围内所划分的土层数。
E si -----第i 层土的压缩模量,Mpa ,对于加固区范围内土层,取复合土层的压缩模量E sp ,对柱
底下卧层土层,取天然土层的压缩模量E s 。
Z i , Z i -1-----基础底面第i 层土、第i-1层土地面的距离(m )
表5-1 变形经验系数ψs
[2]
E s /MPa
2.5 1.1
4.0 1.0
7.0 0.7
15.0 0.4
20.0 0.2
ψs
沉降计算深度范围内土层压缩量采用角点法计算,s '计算结果见表4-2。.
表5-2 复合地基沉降计算
Z/m 0 5.1 9.1 18.6
αi
0.250 0.2487 0.2439 0.2286
αi z i
0 1.268 2.219 4.252
αz i -αz i -1
i
i -1E S /MPa
0 7.0 28.0 13.0
ξE s /MPa
0 12.25 49 22.75
∆s '/mm
0 17.07 3.200 14.74
0 1.268 0.951 2.033
s '=35.01mm
由《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002(9.2.8-2式)
E s =式中:
-
-
∑A /∑(A /E ) 式(5-2)
i
i
i
A i =p 0(z i αi -z i -1αi -1)
A i -----第i 层土附加应力沿土层厚度积分值;
E i -----基础底面下第i 层土的压缩模量值MPa ,桩长范围内的复合土层按复合土层的压缩模量
取值。复合地基变形计算深度必须大于复合土层的厚度。 压缩模量当量值为:
A i E s =A ==20. 25MPa
∑E si 12. 25+49+22. 75
查表4-1得变形经验系数ψs =0.2.s =ψs s '=0. 2⨯35. 01=7. 002mm
6 CFG桩桩体强度设计
桩体试块抗压强度平均值应满足
a
f cu ≥3R p 式(6-1)
f cu ≥3⨯0495=11. 832MPa . 125
桩身混合料强度取11Mpa
7布桩
根据方形布桩 理论布桩数:
n p =
可得 n p =mA
A P 式(7-1)
0. 0314⨯800⨯12
=2400
取n p =2400根
0. 1256
8 CFG桩复合地基施工[3]
8.1特点和适用范围
CFG 桩为桩体中掺加适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和,制成一种粘结强度较高的桩体,与桩间土和褥垫层一起构成CFG 桩复合地基。桩,桩间土与基础之间必须设置一定厚度的褥垫层,即褥垫层是高粘结强度桩复合地基的一部分。
CFG 桩属高粘结强度桩,与素硷桩的区别仅在于桩体材料的构成不同,在其受力和变形特性方面无什么区别。复合地基性状和设计计算,对其它高粘结强度桩复合地基都 适用。CFG 桩可适用于条形基础、独立基础,也可用于筏基和箱形基础。就土性而言,CFG 桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土,既可用于挤密效果好的土,又 可用于挤密效果差的土。
8.2材料
CFG 桩的骨干材料为碎石。石屑为中等粒径骨料,当桩体强度小于5MPa 时,石屑的掺入可使桩体级配良好,对桩体强度起重要作用,相同碎石和水泥掺量,掺入石屑可比不掺石屑强度增加50%左右。 其它材料为粉煤灰、水泥、及水,其中粉煤灰可使用桩体具有明显的后期强度。
8.3施工准备
8.3.1资料和条件
(1) 构筑物场地地质勘探报告; (2) CFG桩布桩图以及设计说明;
(3) 构筑物场地的水准控制点和构筑物位置控制坐标等资料; (4) 具备”三通一平”条件。
8.3.2技术措施
(1) 确定施工机具和配套设备。
(2) 材料供应计划,标明所用材料的规格、技术要求和数量。
(3) 试成孔应不少于2个,以复核地质资料以及设计、工艺是否适宜,核定选用的技术参数。 (4) 按施工平面图放好桩位。 (5) 确定施打顺序
施打顺序与土性与桩距有关。软土中桩距较大,可采用隔桩跳打,饱和的松散粉土中施工,如果桩距较少,不直采用桩跳打方案;满堂布桩,无论桩距大小,均不宜从四周转圈向内推进施工。 (6)复核测量基线、水准点及桩位、CFG 桩的轴线定位点。
(7)振动沉管机沉管表面应有明显的进尺标记(以米为单位)。
8.3.3施工设备:
螺旋钻机,混凝土输送泵,搅拌机。
8.3.4施工工艺
(1) 桩机进入现场,根据设计桩长,沉管入土深度确定机架高度和沉管长度。 (2) 桩机就位,调整沉管与地面垂直,确保垂直度偏差不大于1%。 (3) 启动马达沉管到予定标高,停机。
(4) 沉管过程中做好记录,每沉1米记录电流表电流一次。
(5) 停机后立即向管内投料,直到混合料与进料口齐平,混合料设计配批经搅拌机加水拌和,拌和时间不得少于1分钟,如粉煤灰用量较多,拌和时间还要适当放长,落度要求3-5厘米,成桩后浮浆厚度以不超过20厘米为宜。
(6) 启动马达,留振5-10秒,开始拨管,拨管速度为1.2-1.5米/分钟(拔管速度为线速)如遇淤泥或淤泥质土,拔管速率还可放慢。拨管过程中不允许反插,如上料不足,须在拨管过程中空中投料,以保证成桩后桩顶标高达到设计要求,成桩后桩顶标高应考虑计入保护桩。
(7) 沉营拨出地面,确认成桩符合设计要求后,用粒状材料湿粘土封顶,然后移机进行下一根桩的施工。
(8) 施工过程中,抽样做试块,试压28大抗压强度。
(9) 待桩体达到一定强度(一般3-7天),进行开槽及桩头处理。
(10) 桩头处理完毕后进行褥垫层铺设,褥垫层所用材料为级配砂石,最大粒径不超过3厘米。褥垫层一般厚度10-30厘米,虚铺后采用静力压实,褥垫层高度比基础宽度要大,其宽出部分不直小于褥垫层的厚度。
9设计参数及结论
采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料施工工艺;
桩径400mm ;
桩长:6.1m ;
桩距:2m ;
褥垫层厚度:25mm ;
桩体强度:11MPa ;
单桩承载力:495kPa ;
复合地基承载力:245.79kPa ;
桩数:2400根
结论:CFG 的整体设计满足要求。
参考文献
[1] 徐至均主编. 水泥粉煤灰碎石桩复合地基 [M]. 北京:机械工业出版社. 2004, 33~34
[2] JGJ79--2002《建筑地基处理技术规范》[S]. 中华人民共和国建设部
[3] 代国忠, 齐宏伟. 《地基处理》[M]. 重庆大学出版社. 2007
[4] 东南大学, 浙江大学. 《土力学》(第二版)[M]. 北京:中国建筑工业出版社. 2005
[5] 苏宏阳,基础工程施工手册 [M]. ,北京,中国计划出版社,2002
[6] 国振喜,建筑地基基础设计手册 [M]. ,北京,机械工业出版社,2008
[7] GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》[S]. 中华人民共和国建设部
[8] GB50202-2002《地基与基础工程施工质量验收规范》[S]. 中华人民共和国建设部
本毕业设计是在我的导师赵炳海老师的亲切关怀和悉心指导下完成的,我毕业设计的每个阶段,从选题到查阅资料,设计提纲的确定,中期设计的修改,后期设计格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月来,赵老师不仅在学业上给我指导,同时在思想上也给了我无微不至的关怀,尤其是他治学的态度,更令我钦佩。在此,表示衷心的感谢。同时,也要感谢中国地质大学长城学院所有老师和同学们的指导和帮助,让我度过了大学四年美好的时光,教我为人处世,让我终生受益。
见附图1:CFG 桩布桩图
xxxxxxxx 学院
本科毕业设计外文资料翻译
系 别: 工程技术系
专 业: 土木工程
姓 名:
学 号:
2012年5月20日
外文资料翻译译文
交通系统
交通运输一直是土木工程最重要的一个方面。古罗马工程师的巨大成就之一就是公路系统,它使罗马与帝国的各个省之间的快速交通成为可能。在工程方面的第一所培训学校就是桥梁和公路学校,它于1747年创建于法国。而在英国,一位道路建筑家,托马斯·泰尔福特于1820年担任了土木工程学会的第一任主席。
现代公路仍然根据18世纪及19世纪初法国人皮埃尔·特埃萨凯,英国人泰尔福特,以及苏格兰人约翰·L ·马克当所制定的原则进行建造。这些人设计出了最初的现代道路,这种道路具有坚实的垫层,基础就建在垫层的上面。他们设计的道路还具有排水良好而且不渗水的磨耗层,即直接承受车辆交通磨耗的表层。特埃萨凯和泰尔福特均采用较厚的石头基础,在其上面铺筑由较小碎石组成的基层和由更小的石头组成的磨耗层。他们的道路还微微隆起成曲线,形成路拱和反拱以便使雨水流走。马克当认识到当土壤被夯实或压紧之后,只要保证干燥,其本身就可承受道路的重量,因而他能够通过在压实的垫层上铺碎石基层来省掉建造石头基础所需要的昂贵费用。当时车辆的铁质车轮把表层石头碾压成连续的,较为平整的,更加不透水的表面。
早19世纪,货车和客车都采用铁或钢制车轮,这种道路是适用的。当汽车在20世纪初出现之后,其橡胶轮胎毁坏了这种平整的路面。因此,就采用焦油或沥青掺拌碎石,使路面表层更坚固的黏合一起。现在,遍布全世界的数百万公里的道路采用这种路面。
在20世纪,道路建设基本上仅在两方面进行了改进。第一种改进是采用混凝土作为磨耗层。另一种改进则是交通工程,即设计高速的大交通量的、造价经济并且对于车辆和旅客都安全的公路。交通工程已建成了现代高速公路,这种公路具有限定的入口和最安全的管理。老式道路常用的拐角形交叉已不使用,而采用互通式立体交叉或其他更为复杂的设计。现代高速公路通常设有专门的车道,在那里当车辆要驶出公路时可减速驶入时可加速。应该尽量减少急弯或陡坡,以使能在不减速的情况下连续行驶。由于单调已被实践证明是对安全有害的,故交通工程甚至要包括道路两旁景观的设计工作。
当开始建设一条新的公路时,被称为推土机的大型运土机械要沿着指定路线平整土地。平土和填土的运土量都要预先计算出来。不论在哪里,都要尽可能使移除土壤的挖方量等于就近所需的填方量。远距离运土是很昂贵的,而经济效益是工程师工作的一个关键方面。
在运完土方并根据道路设计的横断面定形之后,其他机械就为垫层做准备。其中最主要的一种机械很可能是振动压路机,它被用来压实地面,直至地面能承受将要压在其上的基层及磨耗层传来的重量。但是在许多情况下,必须用其他材料与土拌和而使土壤稳定。这种材料可以是沥青,也可以是混凝土浆或者其他物质。
接着是基层,它或者是碎石,或者是用一种稀薄的混凝土铺成,然后才铺磨耗层。磨耗层可以是一层沥青,也可以是一排排钢筋混凝土板。混凝土路面必须分段铺设,每段之间留有膨胀缝,使其能在不同气候条件下膨胀和收缩。铺钢筋混凝土磨耗层的一种方法是在浇筑一部份混凝土之后,再铺钢筋,钢筋通常为格栅状或网栅状。为了保证良好的粘结,必须在浇筑完底部的后20分钟之内浇完顶层。另一种方法是先浇筑全部所需厚度的混凝土,然后再将钢筋网按预定的标高压到混凝土当中。
一组总称为混凝土铺路机组的机器通常能以每分钟四分之三米的速度完成所有的工序。一种新的,称为滑膜铺路机的单机,除了不能铺设钢筋网外,可以完成混凝土铺路机组所能完成的所有工作。已经研究出了一种新技术,就是先把钢筋网安放就位,然后使机械通过并在钢筋周围浇筑混凝土。滑膜铺路机能以每分钟大约两米的速度进行工作。
飞机场跑道的施工也按类似的步骤进行,只不过跑道用的水泥板比公路用的要宽的多。飞机场必须设计的不仅能够承受大型喷气飞机的巨大荷载,而且还要能够承受发动机喷出的强烈的热流。飞机的冲击系数也不比汽车的大。公路与飞机场跑道的区别在于尺寸和强度,而不是设计和施工的方法。
如果说大型混凝土高速公路是本世纪的交通奇迹的话,那么铁路就是19世纪的交通奇迹。在1829发明蒸汽机车以前,人们也知道运用铁路运输。不过,当时铁路线路的长度只限于马或者其他动物能够拖着重物进行短距离运输的范围内。这种铁路大部分是和采矿作业一起兴建起来的。在蒸汽机车成为使用机器之后,建造铁路的热潮迅速兴起,使铁路网络扩展到世界各地。
到1920年,铁路建设的鼎盛时期已经基本结束。随着汽车的使用日益广泛,重点就转移到公路建设上。除了有限的改进,诸如电气化等铁路已不再被人们重视。不过,现在人们对铁路又有了新的认识。例如,日本人最近开通了从东京到大阪的新干线,其高速列车在正常运行时,平均速度为每小时166公里,并且达到了最高速度为每小时210公里。甚至在许多铁路都处于不景气状况的美国,特别是在其东部地区,对提供良好服务的兴趣也正在增长。不仅在美国,而且在其他国家的人们对建立城市快速交通系统也呈现的较大的兴趣。
外文原文
Transportation Systems
Transportation has always been one of the most important aspects of civil engineering .one of the great accomplishments of the Roman engineers was the highway system that made rapid communication possible between Rome and the provinces of the empire. The first school that offered training specifically in engineering was the School of Bridges and Highways, established in France in 1747. And in England, Thomas Telford, a roadbuilder, became the first president of the Institution of Civil Engineers in 1820.
Modern highways are still built according to the principles laid down in the eighteenth and early nineteenth cenruries by a Frenchman, Pierre Tresaguet, the Englishman Telford, and a Scot, John L. McAdam. These men designed the first modern roads that had a firm footing, the surface on which the foundstion rested. Their roads also included good drainage and a wearing surface-the top levelthat directly receives the wear of traffic-that could not be penetratated by water. Both Tresaguet and Telford used a heavy foundation of stones, on top of which a base course of lighter crushed stones and a wearing surface of still smaller stones were built up. Their roads were also slightly curved in a crown or camber so that the water would run off. McAdam realized that the soil utself could bear the weight of the road when it was compacted or pressed down, aslong as it remained dry. He wasable therefore to eliminate the heavy cost of the stone foundation by laying a base course of crushed stone on top of a compacted footing. The iron wheels of the carriages of his day ground the stones of the top level into a continually smoother and more watertight surface.
These roads were adequate during the nineteenth century when wagons and carriages had tires made of iron or steel. When the automobile appeared at the beginng of the twentieth century, however, its rubber tires broke up the smooth surfaces. Therefore,the top layer was bound together more firmly by mixing the crushed rock with tar or asphalt. Millions of kilometers of roads throughout the world today have this kind of surface.
Basically, roadbuilding has improved in only two ways in the twentieeh century. The first improvement involves the use of concrete for the wearing surface. The other is traffic engineering, the design of highways for high-speed, heavy-volume traffic, highways thathat are economical to build and safe for vehicles and their passengers. Traffic engineering has produced the modern express highway that has only limited access and maximum safety controls. The angular intersections common on older roads have been eliminated in favor of interchanges or others with even more complicated designs. Modern express highways usually have special lanes where traffic can either slow down before exiting or speed up upon entering.Extreme curves or steep slopes are minimiced so that the traffic can continue to move without slo wing down. Since monotony has proved to be a safety hacard, tiaffic engineering even includes the landscaping of the borders of the road.
When construction on a new highway begins, huge earthmoving machines called bulldocers level the ground along the designated route. The amount of earth to be moved, both in leveling and filling , has been previously calculated. Wherever possible, the amount in a cat where earth is being removed shoule be equlal to the amount needed for a nearby fill. Moving earth form a distant point is extremely expensive, and economy is
a critical aspect of an engineer’s work.
After the earth has been moved and shaped according to the design of the road, other machines prepare the footing . The most important of these is probably a vibrating roller, which compacts the earth until it can bear the weight of the base course ang wearing surface that will rest on it. In many cases, however, the soil must be stabilized by mixing some other material with it. This may be bitumen or a grout of concrete or some other substance.
The base course, which is made of either crushed stone or a layer of thinly-mixed concrete, comes next, the wearing surface, which may be a layer of asphalt or a series of reinforced concrete slabs, is then laid. A concrete surface be laid in segments separated by joints to allow for expansion and contraction under difffering weather conditions. One method of laying a reinforced concrete wearing surface is to put down the steel rods, usually in the form of a grill or mesh, after a certain proportion of the concrete has been poured. The top level must be poured within twenty minutes of the pouring of the bottom level to assure proper bonding. Anther method is to pour the entire thickness of concrete and then force the steel mesh down into it to a predetermined level.
A group of machines collectively callled a concrete train usually perform these operations at a rate of about three-fourths of a meter per minute. A single new machine called a slipform pawer can perform all the different jobs of a concrete train excep laying the reinforcing mesh. However, a technique has been worked out in which the mesh is held in place before the machine passes over it and pours concrete aroung it . The slipform paver can operate at a rate of about two meters per minute.
The construction of airport runways follows similar procedures, except that the slabs in a runway are much wider then those in a highway. Airport runways must also be designed to carry the heavy load of the big modern jumbo jets, as well as to withstanf enormous blastes of heat from the engines of heat form the engines of the aircraft.The impact fatcor is also greater with airplanes than with automobiles. Highways differ form airport runways, however, insize and strength rather than design and construction methods.
If huge concrete freeways are the transportation phenomenon of hort this century, then the railroads were the transportation phenomenon of the nineteenth century . Transportation by rail was not unkonw before the invention of steam locomotive in 1892, but rail lines had been limited to the short distances over which horses or other draft animals pulled the load. Most of the lines were bugreat ilt in conjunction with mining operations. After the steam locomotive became a practical machine, a surge of railroad construction rapidly spread a network of railroads across the face of the word.
By 1920 the age of railroad building generally seemed to be over. As automobiles came into increasingly wider use, the emphasis shifted to highway consruction. Except for few improvements such as electrification, railroads were neglected. Now, however, there is a renewed interest in railroads. The Japanese for example, have recently opened the Tokaido line between Tokyo and Osaka, with express trains that average 166 kilometers per hiur and reach speeds as high as 210 kilometers per hour in nirmal operation. Even in the United Stares where many of the railroads are in deplorable condition, especially in the eastern part of rhe country, there is an increased in providing better service. There is also considerable interest-not only in the United States but in many other countries as well-in urban rapid transit systems.
xxxxxxxxx 学院
本 科 毕 业 设 计
题目安庆石化新区黄土坑路CFG 桩复合地基设计
系 别 工程技术系 专 业 土木工程 学生姓名 xxxxx 学 号 指导教师 xxxxx 职 称 高级工程师
2012年5月20日
xxxxxx 学院 本科毕业设计文献综述
系 别: 工程技术系 专 业: 土木工程 姓 名: xxxxxxxxx 学 号: xxxxxxxxxx
2012年 5 月 20 日
Cfg 桩复合地基设计
1. 研究意义
水泥粉煤灰碎石桩法(简称 CFG 桩),是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘结强度桩,并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。 CFG 桩的骨干材料为碎石,粗骨料;石屑为中等粒径骨料,以改善桩体级配,增强桩体强度;粉煤灰是细骨料,又有低标号水泥的作用,可使桩体具有明显的后期强度。这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点,其一,施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样,工艺简单,与振冲碎石桩相比,无场地污染,振动影响也小;其二,所用材料仅需少量水泥,便于就地取材;节约材料;其三,受力特性与水泥搅拌桩类似。
CFG 桩的掺入料粉煤灰是燃烧发电厂排出的一种工业废料,它是磨至一定细度的粉煤灰在煤粉炉中燃烧( 1100 ~ 1500 ℃ )后,由收尘器收集的细灰,简称干灰。用湿法排灰所得的粉煤灰称为湿灰,由于部分活性先行水化,所以其活性也较干灰为低,粉煤灰的活性是影响混合料强度的主要指标,活性越高,混合料需水量越少,强度越高;活性越低,混合料需水量越多,强度越低。不同的发电厂收集的粉煤灰,由于原煤种类、燃烧条件、煤粉细度、收灰方式的不同,其活性有很大差异,所以对混合料的强度有很大影响。粉煤灰的活性决定于各种粒度 AL 2 O 3 和 SiO 2 的含量, CaO 对粉煤灰的活性也很有利。粉煤灰的粒度组成是影响粉煤灰质量的主要指标,一般粉煤灰越细,球形颗粒越多,水化及接触界面增加,容易发挥粉煤灰的活性。
CFG 桩的骨料碎石,掺入石屑是填充碎石的空隙,使级配良好。接触比表面积增大,提高桩体抗剪强度。
CFG 桩复合地基一般适用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地基;既可用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土。当 CFG 桩用于挤密效果好的土时,承载力的提高既有挤密作用又有置换作用;当 CFG 桩用于挤密效果差的土时承载力的提高只与置换作用有关。与其他复合地基的桩型相比, CFG 桩由于桩体材料较轻,置换作用特别明显。就基础形式而言, CFG 桩复合地基既适用于条形基础(有地梁)、独立基础,又适用于筏基、箱型基础。
2.CFG 桩文献
徐至钧主编的《水泥粉煤灰碎石桩复合地基》介绍了CFG 桩复合地基的处理概论,复合地基的性状,垂直荷载作用下CFG 桩复合地基的性状,材料配合比及其力学性能,褥垫层的作用,复合地基的设计计算和施工。
《建筑地基基础设计规范》对地基承载力、变形、稳定性计算做出规定。
《建筑地基处理技术规范》对CFG 桩法的一般规定、设计、施工、质量检验的方法做出了规范。 国振喜撰写的《建筑地基基础设计手册》介绍了CFG 桩在建筑地基基础、工程地质、规定及常用资料,岩土勘察规定,土地抗剪强度与地基承载力及截面尺寸的确定等。
龚晓楠主编的《复合地基设计和施工指南》详细的介绍了CFG 桩的适用范围,加固机理,桩孔直径、桩距和排距的设计、桩孔深度的确定和承载力的确定给出了具体方法,对CFG 桩复合地基施工工艺流程作了详细介绍:桩孔定位、桩孔成型、桩孔夯填的次序进行。
东南大学、湖南大学合编的《土力学》主要研究土体的应力、应变、强度、渗流及长期稳定性。 中国建筑工业出版社出版的《基础工程》主要介绍基础设计和地基设计两大部分。基础设计包括基础形式的选择、基础埋置深度及基地面积大小、基础内力和断面计算等。地基设计包括地基土的承载力确定、地基变形计算、地基稳定性计算等。
3 CFG桩荷载和变形的研究
阎明礼等人对CFG 桩复合地基的作用机理、设计方法、在水平荷载作用下的承载力形状进行了全面的阐述[10~12],涵盖了CFG 桩复合地基基本理论、工作机理、设计方法、竖直和水平荷载下的承载力形状等作了系统全面的阐述。
董必昌、郑俊杰分析了CFG 桩复合地基的变形模式,推导出一种考虑桩—土—垫层相互作用即摩擦阻力的作用,在中间过程中还可方便的求出等沉面位置以及桩土应力比等参数,并进一步对其进行了数字仿真,得到的模拟值与计算值较为一致,结果证实了该沉降计算公式的可行性[13] 。
孙健等人根据CFG 桩复合地基的作用机理和特性,通过对复合地基CFG 桩负摩阻力大小的计算,基于桩土变形协调条件,求出复合地基CFG 桩负摩阻力的作用长度。根据负摩阻力大小和作用长度分析了在CFG 桩复合地基中负摩阻力的危害和影响,并提出一些相应的结论和措施[14]。
张忠坤通过对柔性单桩竖向加荷、大面积作用下复合地基中心单桩轴对称及路堤荷载作用下复合地基的有限元数值分析,探讨了临界桩长问题,得出了桩体临界桩长不仅与桩土模量比有关,而且与荷载分布有关的结论[15]。
潘星分析了CFG 桩复合地基加固机理及沉降模式,详细讨论了其沉降计算,包括它的计算厚度、影响因素、压缩模量选取及附加压力计算等。提出按变形控制理论进行变形计算有其优点[16] 。
陈东佐,梁任旺通过工程实例,对CFG 桩复合地基设计的方法进行了简要阐述,并采用有限元ANSYS 程序对CFG 桩复合地基的应力传递特性进行了分析;对CFG 桩体的强度和弹性模量进行了测试,对CFG 桩体、CFG 桩复合地基进行了静荷载试验,对桩间土进行了标准贯入试验。试验和分析结果表明:CFG 桩能够把荷载传递到深层土上;CFG 桩复合地基与天然地基的变形比随面积置换率m 的增大而减小,当m
[17]
。
林晖针对不同材料构成的褥垫层(相同厚度)及同一种材料不同厚度情况进行了土压力盒试验,各
桩试验结果表明,桩土应力比随着荷载的增大而逐渐增大,随着荷载的增大,桩分担的荷载也逐渐增大
[18]
。
4 CFG桩复合地基桩土应力比研究
秦然等[19]通过选取双曲线来表征单桩与地基土的荷载—沉降曲线,导出了一组确定水泥土桩复合地基桩土应力比的解析式,分析了桩土应力比与总荷载的关系,并指出置换率和桩土极限强度对桩土应力比的影响。
秦建庆等[20]结合水泥土桩复合地基载荷试验,现场量测了桩顶反力、桩间土反力,并分析了复合地基的桩土应力比。
郑俊杰[21]选取常用的双折线荷载传递函数,推导出一组轴向荷载—沉降曲线的解析式,从而表征桩的荷载—沉降曲线,并选取双曲线来表征地基土的荷载—沉降曲线,推导出了水泥土桩复合地基中考虑桩—土相互作用的桩土应力比的解析式,并讨论了相关参数对桩土应力比的影响。
李作勤[22]从复合地基的设计思想出发,阐明影响桩土应力的主要因素,介绍用荷载试验检验应力比的方法。
朱世哲等[23]研究了带垫层的刚性桩复合地基桩土应力比计算方法,同时,考虑到桩顶刺入垫层和桩端刺入下卧层的情况,从理论上论证了各种因素对桩土应力比的影响。
4总结分析
结合目前的研究资料,CFG 桩复合地基具有强度高,造价低,工艺简单,节约材料,受力特性与水泥搅拌桩类似等优点。CFG 桩复合地基适用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土地基;既可用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土。
参考文献
[1] 东南大学, 浙江大学. 《土力学》(第二版)[M]. 北京:中国建筑工业出版社. 2005 [2] 苏宏阳,基础工程施工手册[M]. ,北京,中国计划出版社,2002 [3] 国振喜,建筑地基基础设计手册[M]. ,北京,机械工业出版社,2008 [4] GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》[S]. 中华人民共和国建设部 [5] JGJ79--2002《建筑地基处理技术规范》[S]. 中华人民共和国建设部
[6] GB50202-2002地基与基础工程施工质量验收规范[S]. 中华人民共和国建设部 [7] 较新的学术期刊文献资料
[8] 徐至均主编. 水泥粉煤灰碎石桩复合地基[M]. 北京:机械工业出版社. 2004, 33~34 [9] 代国忠, 齐宏伟. 《地基处理》[M]. 重庆大学出版社. 2007 [10] 阎明礼. 地基处理技术[M].北京:中国环境科学出版社.1996
[11] 阎明礼, 吴春林等. 水泥粉煤灰碎石桩复合地基试验研究[J].岩土工程学报,1996,18(2):16 [12] 阎明礼, 刘国安, 杨军等. 水平荷载作用下CFG 桩复合地基的性状[J].建筑科学,1994,15(2):15 [13] 董必昌等.CFG 桩复合地基沉降计算与数字仿真[J].工业建筑,2005,1 [14] 孙健等. 复合地基CFG 桩负摩阻力的影响及研究[J].地质装备,2005,3 [15] 张忠坤. 复合地基临界桩长的研究[J].岩土工程学报,1999(21):2 [16] 潘星.CFG 桩复合地基沉降计算探讨[J].岩土力学,2005,05:70~72 [17] 陈东佐, 梁仁旺.CFG 桩复合地基的试验研究[J].建筑结构学报,2002(23):4 [18] 林晖.CFG 桩复合地基桩土分担荷载比研究[J].土工基础,2004(18):4
[19] 秦然, 陈征宙, 董平. 水泥土桩复合地基桩土应力比的一种解析算法[J].岩土力学,2001,22(1):96~98 [20] 秦建庆, 叶观宝, 费涵昌. 水泥土桩复合地基桩土分担荷载的试验研究[J].工程勘查,2000,(1):35~37 [21] 郑俊杰, 黄海松. 水泥土桩复合地基桩土应力比的解析算法[J].岩土力学,2005,26(9):1432~1436 [22] 李作勤. 复合地基中桩土应力比和优化设计[J].岩土力学,1995,16(4):30~37
[23] 朱世哲, 徐日庆, 杨晓军等. 带垫层刚性桩复合地基桩土应力比的计算与分析[J].岩土力学,2004,25(5):814~823
安庆石化新区黄土坑路CFG 桩复合地基设计
摘 要
CFG 桩(水泥粉煤灰碎石桩)是由,水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩,由桩、桩间土和褥垫层一起构成的复合地基,目前大量用于高层和超高层建筑地基加固。桩身强度等级多在C15-C25之间,由于其具有施工速度快、工期短、质量容易控制、总价低廉的特点,该技术已在全国各地区地基处理中得到广泛应用,目前已成为应用普遍的地基处理技术之一。
关键词:CFG 桩; 复合地基承载力; 地基变形
ABSTRACT
CFG pile(cement flyash gravel pile ) is composed of cement, fly ash, sand, gravel, stone chips or mixed with water to form high bond strength pile, the pile, the soil between piles and cushion layer together constitute the composite foundation, it has been widely applied in
high-rise and super high-rise building foundation reinforcement. Pile strength grade in C15-C25, due to its high construction speed, short construction period, easy quality control, price low, the technology has been in the area of foundation treatment is widely used, has become one of the widely used technique of foundation treatment.
Key words:CFG pile; bearing capacity of composite foundation; foundation deformation
1前言
路基是公路的重要组成比分,是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物,承受由路面传来的荷载,应具有足够的强度、稳定性与耐久性。路基一边可分为填方 、挖方路基、半填半挖路基和零填路基。
路基工程的主要特点是:工艺比较简单,工程数量大,耗资达。路及稳定与否,对路面工程质量影响甚大,关系到公路正常使用。实践证明没有坚固稳定的路基,就没有稳固的路面。因此,前期做好路基工程的设计,中期做好施工,后期重视养护是非常必要的。综上所述,路基应满足下列基本要求:
(1) 具有足够的整体稳定性 (2) 具有足够强度 (3) 具有足够的水温稳定性
随着越来越多的公路 ,高填方路堤不断增多,相应路基的沉降问题就显得尤为突出。作为一个合格的道路设计人员,发现问题并找到相应的解决方法是我们的职责所在。
造成高填方路堤下沉的原因,主要是地基下沉或路堤本身的沉降引起,包括均匀沉降和不均匀沉降。在一边路段,少量的均匀沉降不会对路面造成破坏;而过量沉降的主要矛盾出现在构造物台背后,由于桥涵构造物沉降量较小,构造物两侧的高填路堤沉降量偏大,常会引起桥头跳车,并造成路面过早损坏,纵面线形不连续。针对上述路堤下沉产生的原因,就需要我们在设计阶段综合考虑对地基采用何种处理方法尽可能的减小地基沉降对路基造成的破坏。
目前公路地基处理中使用的方法主要有:桩基、分喷桩、散体材料桩、强夯法和真空预压、堆载预压等加固方法。上面任何一种加固技术都有它的优越性,也有其局限性。分喷桩、散体材料桩造价低廉,但施工质量不易控制,且加固深度有限。堆载预压法由于地基土的强度很低,因存在路堤的稳定性问题,不可能快速加载,制约着工程的进度,因此施工工期长;由于现在公路建设周期很短,采用这种加固方法机会很小;此外堆载预压需要额外土方,将会多占用耕地,破坏环境。桩基在加固路基中使用,可大大缩短工期,加固处理深度较其他方法更深,明显增加了路基的稳定性,减少地基沉降,但缺点是造价太高。
在近几年高速公路的设计中,一些工程采用水泥粉煤灰碎石桩进行高填方路基加固处理。水泥粉煤灰桩,简称CFG 桩,属于高粘结强度桩复合地基。他与素混凝土桩的区别仅在于状体材料的构成不同,而在受力和变形特性方面没什么区别。
CFG 装成桩质量稳定,可沉桩较深,桩体和桩间土一起,通过褥垫层形成复合地基,复合层的变形很小,地基稳定性得到提高。该技术在京承高速公路一期工程桥头地基处理中得到广泛的应用。
2设计资料
2.1工程概况
黄土坑路为安庆石化新区内运输道路,起点为新区1号门至终点新区3号门,全长800米。道路宽度12米,路堤高度3m ,双向4车道,二级公路。天然地基承载力特征值为140Kpa ,采用CFG 桩复合地基进行处理,实际要求处理后地基承载力特征值fspk 不小于240kpa ,沉降量不大于40mm
2.2工程地质条件
本场地没有大的活动断裂经过,地形较平坦,地基稳定,地基土层面坡度不大,不良地质现象不发育,场地稳定性较好。抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g ,设计地震分组为第一组,特征周期0.35s 。
①层素填土,未经统一压实处理,土质均匀性较差,未经处理不宜直接作为拟建建(构)筑物的天然地基持力层。
②层粉质粘土,在分布稳定、连续地段,可作为一般建(构)筑物的天然地基持力层。 ③层卵石,厚度较大,承载力较高,压缩性低,分布稳定地段,是一般建(构)筑物较好的天然地基压缩层,在埋深较浅的地段是良好的天然地基持力层。
④层全风化泥质砂岩、砂岩,承载力较高,压缩性中等,是较好的。在分布稳定、厚度较大,埋藏较浅的地段,是一般建(构)筑物较好的天然地基持力层。
⑤层强风化泥质砂岩、砂岩,分布较稳定,厚度较大,承载力较高,压缩性低,是重要建(构)筑物较好的桩端持力层。
⑥层中等风化泥质砂岩、砂岩,分布稳定、连续,承载力高,压缩变形可以忽略不计,是重要建(构)筑物良好的桩端持力层。
表2-1 土层主要物理力学指标
层底埋深 (m )
平均层厚 (m )
压缩模量 (Mpa
地基承载
力 (Kpa )
土层编号
土层名称
含水率 W%
塑性 Ip
液性 Il
孔隙比 e
1 2 3 4
素填土 粉质粘土 卵石层 泥质砂岩
1.5 5.1 9.1 18.6
1.5 3.6 4 9.5
23.0 26.1
14.6 14.7
0.13 0.10
0.7 0.748
7.0 28.0 13.0
140 300 150
3选择桩型和尺寸
目前公路地基处理中使用的方法主要有:桩基、分喷桩、散体材料桩、强夯法和真空预压、堆载预压等加固方法。上面任何一种加固技术都有它的优越性,也有其局限性。分喷桩、散体材料桩造价低廉,但施工质量不易控制,且加固深度有限。堆载预压法由于地基土的强度很低,因存在路堤的稳定性问题,不可能快速加载,制约着工程的进度,因此施工工期长;由于现在公路建设周期很短,采用这种加固方法机会很小;此外堆载预压需要额外土方,将会多占用耕地,破坏环境。桩基在加固路基中使用,可大大缩短工期,加固处理深度较其他方法更深,明显增加了路基的稳定性,减少地基沉降,但缺点是造价太高。
为加快新区建设,本次设计对时间要求短,因此选用CFG 桩复合地基为本次设计方案,CFG 桩对于山区浅层地基充分利用桩间土较高的承载力,同时在造价、成桩工艺无振动及粉尘污染、成桩质量易于保证。
对于一般建(构)筑物,①层素填土未经处理不宜作为天然地基持力层,②层粉质粘土和③层卵石,在埋深较浅、分布稳定地段,均可作为一般建(构)筑物的天然持力层。本次工程选择第三层卵石层为持力层,桩端进入持力层深度为1米。则桩长l =1.5+3.6+1=6.1m。
4 CFG桩复合地基设计
4.1设计参数
4.1.1桩径
CFG 桩桩径宜取350~600mm。根据设计要求取桩径400mm 。
[1]
4.1.2桩距
根据复合地基承载力、土性、施工工艺等,桩距s 取2.0m 。
4.1.3桩长
取第三层卵石层为持力层,桩端进入持力层深度为1.0米。则桩长l =1.5+3.6+1=6.1m。
4.1.4 褥垫层
褥垫层铺设宜采用静力压实法,当基础底面下桩间土的含水量较小时,也可采用动力夯实法。褥垫层厚度取25cm ,褥垫层材料可选用粗砂、中砂、碎石、级配砂石(最大粒径不大于20mm 。)
4.2 单桩承载力特征值Ra 确定
4.2.1面积置换率m
正方形布桩
式中:
d-----桩体直径; s-----桩中心距; h-----桩的中心排距;
m =
2
sh
式(4-1)
当按正方型布桩时排距系数n=h/s=1.0面积置换率m 为
m =
0. 785d 2
s 2
=0.0314
4.2.2单桩承载力特征值Ra
n
R a =U p 式中:
∑q
i =1
sia
L i +q p A p [2] 式(4-2)
R a
-----单桩竖向承载力特征值;
q pa , q sia -----桩端端阻力、桩侧阻力特征值; A p -----桩底端横截面面积; U p -----桩身周边长度;
L i -----第i 层岩土的厚度;
各岩土层桩侧阻力特征值q sia 及桩端阻力特征值q pa 建议采用值见表3-1。
表3-1 桩侧阻力特征值q sia 及桩端阻力特征值q pa
层 号 2 3
qsia(kPa) 40 70
qpa(kPa) 1800
R a =1. 256(40⨯3. 6+70⨯1) +1800⨯0. 1256=494. 864KN
4.3复合地基承载力特征值f spk 确定
式中:
f spk =m +β(1-m ) f sk
Ap
式(4-3)
f s pk -----复合地基承载力特征值(kPa );
m -----面积置换率;
R a -----单桩竖向承载力特征值(kN ); A p -----桩的截面积(m2);
β -----桩间土承载力折减系数,宜按地区经验取值,如无经验时可取0.75~0.95,天然地基承载力较高时取大值,β取0.9;
,可取天然地基承载力特征值。 f sk -----处理后桩间土承载力特征值(kPa )
f s pk =0.0314⨯0. 1256+1.9(1—0.0314)140=245.79≥240kpa 满足要求。
5复合地基变形计算
地基变形计算深度应大于复合土层的厚度,并符合《规范》关于地基变形计算深度的规定。计算沉降深度按下式计算:
Z n =b (2. 5-0. 4ln b ) =12m⨯(2.5-0. 4⨯ln 12)=18.1m
因第⑤层为强风化泥质砂岩层,沉降计算深度取在强风泥质砂岩层表面,即z=18.6m。
复合地基土层的分层与天然地基相同,各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ξ倍,
ξ=f spk /f sk =245/140=1. 75
根据设计资料实验计算所得,路基地面中心点附加应力为p 0=164.9Kpa。 采用《建筑地基基础设计规范》推荐的地基沉降计算公式计算沉降量:
p 0
s =ψs s '=ψs ∑E (z i i -z i -1i -1) si
i =1n
式中:
式(5-1)
S-----CFG 桩复合地基总沉降量,mm 。
ψs -----变形计算经验系数,根据当地沉降量观测资料及经验确定,也可采用表4-1数值。
p 0-----对应于荷载效应标准组合时的基础底面出的附加应力,Kpa 。
a i , a i -1-----基础底面至第i 层土、第i-1层土地面范围内平均附加应力系数,可查规范附录。
n-----地基变形计算深度范围内所划分的土层数。
E si -----第i 层土的压缩模量,Mpa ,对于加固区范围内土层,取复合土层的压缩模量E sp ,对柱
底下卧层土层,取天然土层的压缩模量E s 。
Z i , Z i -1-----基础底面第i 层土、第i-1层土地面的距离(m )
表5-1 变形经验系数ψs
[2]
E s /MPa
2.5 1.1
4.0 1.0
7.0 0.7
15.0 0.4
20.0 0.2
ψs
沉降计算深度范围内土层压缩量采用角点法计算,s '计算结果见表4-2。.
表5-2 复合地基沉降计算
Z/m 0 5.1 9.1 18.6
αi
0.250 0.2487 0.2439 0.2286
αi z i
0 1.268 2.219 4.252
αz i -αz i -1
i
i -1E S /MPa
0 7.0 28.0 13.0
ξE s /MPa
0 12.25 49 22.75
∆s '/mm
0 17.07 3.200 14.74
0 1.268 0.951 2.033
s '=35.01mm
由《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002(9.2.8-2式)
E s =式中:
-
-
∑A /∑(A /E ) 式(5-2)
i
i
i
A i =p 0(z i αi -z i -1αi -1)
A i -----第i 层土附加应力沿土层厚度积分值;
E i -----基础底面下第i 层土的压缩模量值MPa ,桩长范围内的复合土层按复合土层的压缩模量
取值。复合地基变形计算深度必须大于复合土层的厚度。 压缩模量当量值为:
A i E s =A ==20. 25MPa
∑E si 12. 25+49+22. 75
查表4-1得变形经验系数ψs =0.2.s =ψs s '=0. 2⨯35. 01=7. 002mm
6 CFG桩桩体强度设计
桩体试块抗压强度平均值应满足
a
f cu ≥3R p 式(6-1)
f cu ≥3⨯0495=11. 832MPa . 125
桩身混合料强度取11Mpa
7布桩
根据方形布桩 理论布桩数:
n p =
可得 n p =mA
A P 式(7-1)
0. 0314⨯800⨯12
=2400
取n p =2400根
0. 1256
8 CFG桩复合地基施工[3]
8.1特点和适用范围
CFG 桩为桩体中掺加适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和,制成一种粘结强度较高的桩体,与桩间土和褥垫层一起构成CFG 桩复合地基。桩,桩间土与基础之间必须设置一定厚度的褥垫层,即褥垫层是高粘结强度桩复合地基的一部分。
CFG 桩属高粘结强度桩,与素硷桩的区别仅在于桩体材料的构成不同,在其受力和变形特性方面无什么区别。复合地基性状和设计计算,对其它高粘结强度桩复合地基都 适用。CFG 桩可适用于条形基础、独立基础,也可用于筏基和箱形基础。就土性而言,CFG 桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土,既可用于挤密效果好的土,又 可用于挤密效果差的土。
8.2材料
CFG 桩的骨干材料为碎石。石屑为中等粒径骨料,当桩体强度小于5MPa 时,石屑的掺入可使桩体级配良好,对桩体强度起重要作用,相同碎石和水泥掺量,掺入石屑可比不掺石屑强度增加50%左右。 其它材料为粉煤灰、水泥、及水,其中粉煤灰可使用桩体具有明显的后期强度。
8.3施工准备
8.3.1资料和条件
(1) 构筑物场地地质勘探报告; (2) CFG桩布桩图以及设计说明;
(3) 构筑物场地的水准控制点和构筑物位置控制坐标等资料; (4) 具备”三通一平”条件。
8.3.2技术措施
(1) 确定施工机具和配套设备。
(2) 材料供应计划,标明所用材料的规格、技术要求和数量。
(3) 试成孔应不少于2个,以复核地质资料以及设计、工艺是否适宜,核定选用的技术参数。 (4) 按施工平面图放好桩位。 (5) 确定施打顺序
施打顺序与土性与桩距有关。软土中桩距较大,可采用隔桩跳打,饱和的松散粉土中施工,如果桩距较少,不直采用桩跳打方案;满堂布桩,无论桩距大小,均不宜从四周转圈向内推进施工。 (6)复核测量基线、水准点及桩位、CFG 桩的轴线定位点。
(7)振动沉管机沉管表面应有明显的进尺标记(以米为单位)。
8.3.3施工设备:
螺旋钻机,混凝土输送泵,搅拌机。
8.3.4施工工艺
(1) 桩机进入现场,根据设计桩长,沉管入土深度确定机架高度和沉管长度。 (2) 桩机就位,调整沉管与地面垂直,确保垂直度偏差不大于1%。 (3) 启动马达沉管到予定标高,停机。
(4) 沉管过程中做好记录,每沉1米记录电流表电流一次。
(5) 停机后立即向管内投料,直到混合料与进料口齐平,混合料设计配批经搅拌机加水拌和,拌和时间不得少于1分钟,如粉煤灰用量较多,拌和时间还要适当放长,落度要求3-5厘米,成桩后浮浆厚度以不超过20厘米为宜。
(6) 启动马达,留振5-10秒,开始拨管,拨管速度为1.2-1.5米/分钟(拔管速度为线速)如遇淤泥或淤泥质土,拔管速率还可放慢。拨管过程中不允许反插,如上料不足,须在拨管过程中空中投料,以保证成桩后桩顶标高达到设计要求,成桩后桩顶标高应考虑计入保护桩。
(7) 沉营拨出地面,确认成桩符合设计要求后,用粒状材料湿粘土封顶,然后移机进行下一根桩的施工。
(8) 施工过程中,抽样做试块,试压28大抗压强度。
(9) 待桩体达到一定强度(一般3-7天),进行开槽及桩头处理。
(10) 桩头处理完毕后进行褥垫层铺设,褥垫层所用材料为级配砂石,最大粒径不超过3厘米。褥垫层一般厚度10-30厘米,虚铺后采用静力压实,褥垫层高度比基础宽度要大,其宽出部分不直小于褥垫层的厚度。
9设计参数及结论
采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料施工工艺;
桩径400mm ;
桩长:6.1m ;
桩距:2m ;
褥垫层厚度:25mm ;
桩体强度:11MPa ;
单桩承载力:495kPa ;
复合地基承载力:245.79kPa ;
桩数:2400根
结论:CFG 的整体设计满足要求。
参考文献
[1] 徐至均主编. 水泥粉煤灰碎石桩复合地基 [M]. 北京:机械工业出版社. 2004, 33~34
[2] JGJ79--2002《建筑地基处理技术规范》[S]. 中华人民共和国建设部
[3] 代国忠, 齐宏伟. 《地基处理》[M]. 重庆大学出版社. 2007
[4] 东南大学, 浙江大学. 《土力学》(第二版)[M]. 北京:中国建筑工业出版社. 2005
[5] 苏宏阳,基础工程施工手册 [M]. ,北京,中国计划出版社,2002
[6] 国振喜,建筑地基基础设计手册 [M]. ,北京,机械工业出版社,2008
[7] GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》[S]. 中华人民共和国建设部
[8] GB50202-2002《地基与基础工程施工质量验收规范》[S]. 中华人民共和国建设部
本毕业设计是在我的导师赵炳海老师的亲切关怀和悉心指导下完成的,我毕业设计的每个阶段,从选题到查阅资料,设计提纲的确定,中期设计的修改,后期设计格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月来,赵老师不仅在学业上给我指导,同时在思想上也给了我无微不至的关怀,尤其是他治学的态度,更令我钦佩。在此,表示衷心的感谢。同时,也要感谢中国地质大学长城学院所有老师和同学们的指导和帮助,让我度过了大学四年美好的时光,教我为人处世,让我终生受益。
见附图1:CFG 桩布桩图
xxxxxxxx 学院
本科毕业设计外文资料翻译
系 别: 工程技术系
专 业: 土木工程
姓 名:
学 号:
2012年5月20日
外文资料翻译译文
交通系统
交通运输一直是土木工程最重要的一个方面。古罗马工程师的巨大成就之一就是公路系统,它使罗马与帝国的各个省之间的快速交通成为可能。在工程方面的第一所培训学校就是桥梁和公路学校,它于1747年创建于法国。而在英国,一位道路建筑家,托马斯·泰尔福特于1820年担任了土木工程学会的第一任主席。
现代公路仍然根据18世纪及19世纪初法国人皮埃尔·特埃萨凯,英国人泰尔福特,以及苏格兰人约翰·L ·马克当所制定的原则进行建造。这些人设计出了最初的现代道路,这种道路具有坚实的垫层,基础就建在垫层的上面。他们设计的道路还具有排水良好而且不渗水的磨耗层,即直接承受车辆交通磨耗的表层。特埃萨凯和泰尔福特均采用较厚的石头基础,在其上面铺筑由较小碎石组成的基层和由更小的石头组成的磨耗层。他们的道路还微微隆起成曲线,形成路拱和反拱以便使雨水流走。马克当认识到当土壤被夯实或压紧之后,只要保证干燥,其本身就可承受道路的重量,因而他能够通过在压实的垫层上铺碎石基层来省掉建造石头基础所需要的昂贵费用。当时车辆的铁质车轮把表层石头碾压成连续的,较为平整的,更加不透水的表面。
早19世纪,货车和客车都采用铁或钢制车轮,这种道路是适用的。当汽车在20世纪初出现之后,其橡胶轮胎毁坏了这种平整的路面。因此,就采用焦油或沥青掺拌碎石,使路面表层更坚固的黏合一起。现在,遍布全世界的数百万公里的道路采用这种路面。
在20世纪,道路建设基本上仅在两方面进行了改进。第一种改进是采用混凝土作为磨耗层。另一种改进则是交通工程,即设计高速的大交通量的、造价经济并且对于车辆和旅客都安全的公路。交通工程已建成了现代高速公路,这种公路具有限定的入口和最安全的管理。老式道路常用的拐角形交叉已不使用,而采用互通式立体交叉或其他更为复杂的设计。现代高速公路通常设有专门的车道,在那里当车辆要驶出公路时可减速驶入时可加速。应该尽量减少急弯或陡坡,以使能在不减速的情况下连续行驶。由于单调已被实践证明是对安全有害的,故交通工程甚至要包括道路两旁景观的设计工作。
当开始建设一条新的公路时,被称为推土机的大型运土机械要沿着指定路线平整土地。平土和填土的运土量都要预先计算出来。不论在哪里,都要尽可能使移除土壤的挖方量等于就近所需的填方量。远距离运土是很昂贵的,而经济效益是工程师工作的一个关键方面。
在运完土方并根据道路设计的横断面定形之后,其他机械就为垫层做准备。其中最主要的一种机械很可能是振动压路机,它被用来压实地面,直至地面能承受将要压在其上的基层及磨耗层传来的重量。但是在许多情况下,必须用其他材料与土拌和而使土壤稳定。这种材料可以是沥青,也可以是混凝土浆或者其他物质。
接着是基层,它或者是碎石,或者是用一种稀薄的混凝土铺成,然后才铺磨耗层。磨耗层可以是一层沥青,也可以是一排排钢筋混凝土板。混凝土路面必须分段铺设,每段之间留有膨胀缝,使其能在不同气候条件下膨胀和收缩。铺钢筋混凝土磨耗层的一种方法是在浇筑一部份混凝土之后,再铺钢筋,钢筋通常为格栅状或网栅状。为了保证良好的粘结,必须在浇筑完底部的后20分钟之内浇完顶层。另一种方法是先浇筑全部所需厚度的混凝土,然后再将钢筋网按预定的标高压到混凝土当中。
一组总称为混凝土铺路机组的机器通常能以每分钟四分之三米的速度完成所有的工序。一种新的,称为滑膜铺路机的单机,除了不能铺设钢筋网外,可以完成混凝土铺路机组所能完成的所有工作。已经研究出了一种新技术,就是先把钢筋网安放就位,然后使机械通过并在钢筋周围浇筑混凝土。滑膜铺路机能以每分钟大约两米的速度进行工作。
飞机场跑道的施工也按类似的步骤进行,只不过跑道用的水泥板比公路用的要宽的多。飞机场必须设计的不仅能够承受大型喷气飞机的巨大荷载,而且还要能够承受发动机喷出的强烈的热流。飞机的冲击系数也不比汽车的大。公路与飞机场跑道的区别在于尺寸和强度,而不是设计和施工的方法。
如果说大型混凝土高速公路是本世纪的交通奇迹的话,那么铁路就是19世纪的交通奇迹。在1829发明蒸汽机车以前,人们也知道运用铁路运输。不过,当时铁路线路的长度只限于马或者其他动物能够拖着重物进行短距离运输的范围内。这种铁路大部分是和采矿作业一起兴建起来的。在蒸汽机车成为使用机器之后,建造铁路的热潮迅速兴起,使铁路网络扩展到世界各地。
到1920年,铁路建设的鼎盛时期已经基本结束。随着汽车的使用日益广泛,重点就转移到公路建设上。除了有限的改进,诸如电气化等铁路已不再被人们重视。不过,现在人们对铁路又有了新的认识。例如,日本人最近开通了从东京到大阪的新干线,其高速列车在正常运行时,平均速度为每小时166公里,并且达到了最高速度为每小时210公里。甚至在许多铁路都处于不景气状况的美国,特别是在其东部地区,对提供良好服务的兴趣也正在增长。不仅在美国,而且在其他国家的人们对建立城市快速交通系统也呈现的较大的兴趣。
外文原文
Transportation Systems
Transportation has always been one of the most important aspects of civil engineering .one of the great accomplishments of the Roman engineers was the highway system that made rapid communication possible between Rome and the provinces of the empire. The first school that offered training specifically in engineering was the School of Bridges and Highways, established in France in 1747. And in England, Thomas Telford, a roadbuilder, became the first president of the Institution of Civil Engineers in 1820.
Modern highways are still built according to the principles laid down in the eighteenth and early nineteenth cenruries by a Frenchman, Pierre Tresaguet, the Englishman Telford, and a Scot, John L. McAdam. These men designed the first modern roads that had a firm footing, the surface on which the foundstion rested. Their roads also included good drainage and a wearing surface-the top levelthat directly receives the wear of traffic-that could not be penetratated by water. Both Tresaguet and Telford used a heavy foundation of stones, on top of which a base course of lighter crushed stones and a wearing surface of still smaller stones were built up. Their roads were also slightly curved in a crown or camber so that the water would run off. McAdam realized that the soil utself could bear the weight of the road when it was compacted or pressed down, aslong as it remained dry. He wasable therefore to eliminate the heavy cost of the stone foundation by laying a base course of crushed stone on top of a compacted footing. The iron wheels of the carriages of his day ground the stones of the top level into a continually smoother and more watertight surface.
These roads were adequate during the nineteenth century when wagons and carriages had tires made of iron or steel. When the automobile appeared at the beginng of the twentieth century, however, its rubber tires broke up the smooth surfaces. Therefore,the top layer was bound together more firmly by mixing the crushed rock with tar or asphalt. Millions of kilometers of roads throughout the world today have this kind of surface.
Basically, roadbuilding has improved in only two ways in the twentieeh century. The first improvement involves the use of concrete for the wearing surface. The other is traffic engineering, the design of highways for high-speed, heavy-volume traffic, highways thathat are economical to build and safe for vehicles and their passengers. Traffic engineering has produced the modern express highway that has only limited access and maximum safety controls. The angular intersections common on older roads have been eliminated in favor of interchanges or others with even more complicated designs. Modern express highways usually have special lanes where traffic can either slow down before exiting or speed up upon entering.Extreme curves or steep slopes are minimiced so that the traffic can continue to move without slo wing down. Since monotony has proved to be a safety hacard, tiaffic engineering even includes the landscaping of the borders of the road.
When construction on a new highway begins, huge earthmoving machines called bulldocers level the ground along the designated route. The amount of earth to be moved, both in leveling and filling , has been previously calculated. Wherever possible, the amount in a cat where earth is being removed shoule be equlal to the amount needed for a nearby fill. Moving earth form a distant point is extremely expensive, and economy is
a critical aspect of an engineer’s work.
After the earth has been moved and shaped according to the design of the road, other machines prepare the footing . The most important of these is probably a vibrating roller, which compacts the earth until it can bear the weight of the base course ang wearing surface that will rest on it. In many cases, however, the soil must be stabilized by mixing some other material with it. This may be bitumen or a grout of concrete or some other substance.
The base course, which is made of either crushed stone or a layer of thinly-mixed concrete, comes next, the wearing surface, which may be a layer of asphalt or a series of reinforced concrete slabs, is then laid. A concrete surface be laid in segments separated by joints to allow for expansion and contraction under difffering weather conditions. One method of laying a reinforced concrete wearing surface is to put down the steel rods, usually in the form of a grill or mesh, after a certain proportion of the concrete has been poured. The top level must be poured within twenty minutes of the pouring of the bottom level to assure proper bonding. Anther method is to pour the entire thickness of concrete and then force the steel mesh down into it to a predetermined level.
A group of machines collectively callled a concrete train usually perform these operations at a rate of about three-fourths of a meter per minute. A single new machine called a slipform pawer can perform all the different jobs of a concrete train excep laying the reinforcing mesh. However, a technique has been worked out in which the mesh is held in place before the machine passes over it and pours concrete aroung it . The slipform paver can operate at a rate of about two meters per minute.
The construction of airport runways follows similar procedures, except that the slabs in a runway are much wider then those in a highway. Airport runways must also be designed to carry the heavy load of the big modern jumbo jets, as well as to withstanf enormous blastes of heat from the engines of heat form the engines of the aircraft.The impact fatcor is also greater with airplanes than with automobiles. Highways differ form airport runways, however, insize and strength rather than design and construction methods.
If huge concrete freeways are the transportation phenomenon of hort this century, then the railroads were the transportation phenomenon of the nineteenth century . Transportation by rail was not unkonw before the invention of steam locomotive in 1892, but rail lines had been limited to the short distances over which horses or other draft animals pulled the load. Most of the lines were bugreat ilt in conjunction with mining operations. After the steam locomotive became a practical machine, a surge of railroad construction rapidly spread a network of railroads across the face of the word.
By 1920 the age of railroad building generally seemed to be over. As automobiles came into increasingly wider use, the emphasis shifted to highway consruction. Except for few improvements such as electrification, railroads were neglected. Now, however, there is a renewed interest in railroads. The Japanese for example, have recently opened the Tokaido line between Tokyo and Osaka, with express trains that average 166 kilometers per hiur and reach speeds as high as 210 kilometers per hour in nirmal operation. Even in the United Stares where many of the railroads are in deplorable condition, especially in the eastern part of rhe country, there is an increased in providing better service. There is also considerable interest-not only in the United States but in many other countries as well-in urban rapid transit systems.