公路工程軟土路基的解決
摘要:分析了軟土地基的特點(diǎn),介紹了現(xiàn)階段軟土路基的處理方法,并提出了處理實(shí)際工程的思路,為軟土路基處理方案的設(shè)計和施工提供參考。
1、前言
軟土一般指天然含水量大,壓縮性高,承載力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的粘性土。交通部頒布的《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ017-96),將軟土的劃分標(biāo)準(zhǔn)采用天然含水量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥35%或液限、天然孔隙比≥1.0、十字板剪切強(qiáng)度<35kPa等3項(xiàng)指標(biāo)。凡符合以上3項(xiàng)指標(biāo)的粘性土均為軟土。隨著公路等級及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提高,路堤高度超過填土極限高度的情況時有發(fā)生,我們在近幾年的公路建設(shè)中均遇到了不同規(guī)模、程度的軟基問題,由于軟土沉降穩(wěn)定要花費(fèi)較長時間,此外軟土結(jié)構(gòu)在大交通量,重載車輛的作用下,路基容易產(chǎn)生側(cè)向膨脹擠出滑動,基層沉降現(xiàn)象也較嚴(yán)重。因此為了增強(qiáng)壓密穩(wěn)定力度和較短時間達(dá)到最終沉降,消除側(cè)向滑動位移,以免路堤向兩側(cè)膨脹擠出,確保路基及其外側(cè)建筑物,或其他農(nóng)田的安全,必須對軟基進(jìn)行淺層或深層處理。
2、軟土路基的特點(diǎn)
軟土是被水所飽和的土,孔隙中充滿著水分,由于粘土顆粒粒徑小,土粒間的孔隙直徑也小,以致孔隙中所含的水有一部分被吸附在土粒的表面,成為結(jié)合水。因此水的自由滲透只能通過結(jié)合水以外的更小的孔隙,大大地降低了土的透水性能。軟土在壓力作用下,隨著土的壓縮必須有同體積的水被擠出。土的壓縮是隨著時間的增長而增長,含水量逐漸減少,土的密度和強(qiáng)度亦逐漸增大,這就是土的固結(jié)。軟土路基天然含水量高,天然孔隙比大,抗剪強(qiáng)度低.壓縮系數(shù)高,滲透系數(shù)小,地基承載力低,地基沉降變形大,而且沉降穩(wěn)定歷時比較長。路堤未修筑前,軟土地層的強(qiáng)度很低,若在短時間內(nèi)修筑路堤.因固結(jié)緩慢,地基軟土中孔隙水來不及排出,土的抗剪強(qiáng)度仍很低.阻抗不了快速增加的附加應(yīng)力,土體就會發(fā)生剪切破壞,所以軟土處理的主要方法就是采取排水措施,增加排水速度,加快軟土固結(jié)提高其強(qiáng)度。
3、軟土路基處理方法
軟基處治方法很多,歸納起來有五大類,即置換、排水固結(jié)、振動擠密,膠結(jié)和加筋等,細(xì)分起來約有70多種。在公路工程方面經(jīng)過多年來的優(yōu)選和實(shí)踐,除在一些試驗(yàn)工程還選用一些新的方法外,較多的工程則選用常規(guī)的、傳統(tǒng)的方法,即置換、固結(jié)排水和振動擠密等方法。這些方法的特點(diǎn)是技術(shù)可靠,經(jīng)濟(jì)適用、施工容易、效果顯著且不受時空限制,故值得推廣應(yīng)用。
3.1淺層處治
淺層處治適用于表層軟土厚度小于3m的軟土路段。
3.1.1砂墊層
用于軟土層距地面不深且厚度較薄時,不必采用深層處治或僅用堆載加壓即可使其達(dá)到沉降穩(wěn)定的情況。砂墊層的作用是為了加固地基和增強(qiáng)排水,因此砂墊層的質(zhì)量很重要。它取決于砂粒大小和含泥量多少,一般以中、粗砂和含泥量少于3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為宜,同時又應(yīng)注意其厚度和設(shè)置位置,目前厚度多控制在50~80cm,改變了過去僅用30cm的狀況。其原因是地基原地面施工前雖然平整,但不一定理想,如出現(xiàn)凹凸不平,其厚度不盡人意等情況。因此,為了保證處治效果,應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾雍穸�。同時處理路段地基濕軟時,應(yīng)先在原地面上鋪一層山土,經(jīng)輕壓后,再在其上鋪砂墊層,以便充分發(fā)揮砂墊層的排水作用。當(dāng)路段采用砂路堤且砂本身粒徑和純凈度良好時,不必再專門鋪砂墊層。同時原地面有硬殼層時應(yīng)加以保護(hù),砂墊層可直接鋪在硬殼層上。
3.1.2換填
當(dāng)軟土層距地面較近,厚度較薄,甚至地面上有魚塘、蝦池或稻田時,往往表面存在
有淤泥,此時可直接將這些淤泥、軟土挖掉,換填以優(yōu)質(zhì)砂礫或適宜的選料,以徹底消除其隱患。清除表層淤泥時,可采用高壓水泵直接切割,再將泥漿抽掉,當(dāng)?shù)孛鏇鰰窀珊?再鋪筑路基。
3.1.3拋石擠淤
一般用于當(dāng)泥沼及軟土厚度小于3.0m,且其軟層位于水下,更換土壤施工困難或基底直接落在含水量極高的淤泥上的情況。拋石料一般以片石為宜,拋石通常不小于50cm,擠淤的處治深度與拋石路堤自重所產(chǎn)生的地面變形有關(guān)。其實(shí)質(zhì)是使土基產(chǎn)生整體剪切滑移破壞
而達(dá)到置換軟土的目的。拋石擠淤僅適用于極軟塑、流塑的軟土。為了在排淤中土基產(chǎn)生整體破壞性時,不使路堤的整體性受到大的影響,在拋石擠淤后,還應(yīng)在路堤底、地表上鋪設(shè)網(wǎng)狀土工織物,為達(dá)到排水及隔離的作用,網(wǎng)狀材料或土工布應(yīng)鋪在砂或砂墊層下,砂墊層一般為30cm厚。拋石擠淤簡便、經(jīng)濟(jì),但淤泥較厚時,選用此法需慎重。
3.2深層處結(jié)
對于表層軟土厚度大于3m或軟土層較厚、距地表較近時,或路基范圍內(nèi)既有較厚軟土又有土質(zhì)良好的山丘從而產(chǎn)生差異沉降時,應(yīng)進(jìn)行深層處治。
3.2.1排水固結(jié)加固法
其原理是在軟基中設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板,利用路堤重量分級加載,使軟土中的孔隙水排出后逐漸固結(jié),地基因而產(chǎn)生壓密沉降,同時地基強(qiáng)度也逐漸提高的一種方法。常用在人工構(gòu)造物與路堤相鄰的過渡段,以達(dá)到控制嚴(yán)格的工后沉降的要求。
(1)塑料排水板是將100mm寬、2~4mm厚的塑料板插入軟土層中,由于板中有深溝,土中孔隙水在受壓情況下順溝向上排除于地面以外。塑料板排水功能好壞,取決于本身質(zhì)量的優(yōu)劣。因此應(yīng)用原生塑料制成,以免在施工時拉斷或折裂;其次是插入土中時應(yīng)按設(shè)計要求位置和深度垂直而下,不要讓其偏斜和減短。
(2)袋裝砂井一般用直徑70cm塑料編制袋內(nèi)裝粗砂、中砂,裝實(shí)后直接打入土中。在砂料就地可取的地區(qū),是比較經(jīng)濟(jì)的,但應(yīng)注意其直徑變化,也應(yīng)控制其插入長度,防止長的袋裝砂井因重量大發(fā)生拉斷現(xiàn)象。若根據(jù)計算確定需要很長砂井時,可考慮用塑料排水板或類似的復(fù)合排水體代替。砂樁中的砂粒要注意粒徑粗些、雜質(zhì)少些,防止堆放場地的泥土污染砂源。采用上述兩種材料一般均能起到排水固結(jié)作用,且由于其單價低,施工簡單,操作容易,效果良好,已成為公路軟土地基深層處治的常用方法。
3.2.2土工織物加強(qiáng)法
采用編織土工布和土工格柵,鋪設(shè)于軟基表面,可單獨(dú)使用,也可以聯(lián)合使用。更多地是在深層處治后鋪設(shè)。其在土工中的主要作用有反濾、排水、隔離和補(bǔ)強(qiáng)4種,可以用來有效地解決軟土地基加固的難題。施工時應(yīng)先在地面填以厚度為30cm的中粗砂,以增加土工織物摩阻力,充分發(fā)揮其調(diào)整應(yīng)力的作用。一般在鋪設(shè)時采用張拉施工,并將兩端錨固為佳,而且還要注意材料質(zhì)量和工藝流程,如接頭處要銜接平整,材料應(yīng)檢驗(yàn)合格后才能使用。土工織物的作用主要表現(xiàn)在增加軟基的穩(wěn)定性。同時還起著隔離過濾、保持路基填土純凈的作用,而土工格柵的加強(qiáng)度和抗滑性,也有其獨(dú)到的特點(diǎn)。近年,不少土工織物廠聯(lián)合研究機(jī)構(gòu),共同研發(fā)了不少新品種。土工織物的發(fā)展具有良好的前景。目前,在深圳公路建設(shè)中對土工織物持審視和觀察態(tài)度。
3.2.3復(fù)合地基法
(1)粉噴樁、旋噴樁都是用水泥(石灰或粉煤灰等)作為固化劑,通過深層攪拌機(jī)械,在地下深層將水泥等漿液或粉體經(jīng)攪拌后產(chǎn)生的化學(xué)固化和物理作用形成的樁體,并與樁固的加強(qiáng)土體形成復(fù)合地基,以增加地基承載力、壓縮模量和抗剪切力,以承擔(dān)較大的荷載。粉噴樁是用干粉與濕軟土攪拌成樁,其適用的加固范圍為天然含水量大于30%的淤泥質(zhì)土、粘性土和粉性土地基。粉噴樁加固深度不宜大于15m,直徑一般為50cm,水泥用量摻入比為15%-20%,但最佳摻入比應(yīng)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定。旋噴樁是用高壓旋噴水泥漿液與軟土拌和形成柱體,
旋噴樁直徑可噴射成40-200cm的柱體,長度也可深些。復(fù)合地基法具有施工速度快、加固深度大、效果好、能有效地解決差異沉降、對周圍環(huán)境污染少等特點(diǎn)。因而目前較多的用于公路中結(jié)構(gòu)物及結(jié)構(gòu)與路基過渡段地基處治工程,尤其是工期緊迫,要求限期通車的地段。
(2)碎石樁是利用振沖器,在高壓水流下邊沖邊振在軟土中成孔,并分批在孔內(nèi)充填碎石形成樁體,與擠密土體成為復(fù)合地基。為了保證樁基質(zhì)量,在施工前應(yīng)作好地質(zhì)勘探并取出當(dāng)?shù)赝翗?做室內(nèi)最佳配合比試驗(yàn),以確定合理固化劑摻入量。在施工時要加強(qiáng)監(jiān)視以保證樁基位置、數(shù)量、長度,以及材料質(zhì)量和用量,攪拌次數(shù)和沖振情況,同時還要做取芯檢查或其他測試手段,如觸探、荷載試驗(yàn)以了解其加固效果。
(3)強(qiáng)夯置換法適用于軟塑-流塑的粘性土等軟弱地基,對于解決差異沉降效果理想。置換材料可用粒徑不大于500mm,能配良好的碎石類土及礫砂粗砂等硬質(zhì)材料,其含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于5%,當(dāng)處理不排水抗剪強(qiáng)度小于20kPa的土層時,宜選用直徑較大的塊石或碎石等。墩位布置對于公路這樣的條形基礎(chǔ)來說,宜按正方形、矩形或等腰三角形布置,墩的間距一般為3-6m。處理范圍應(yīng)大于基底面積,應(yīng)在處理地基范圍外緣增加一排墩。在墩頂應(yīng)鋪設(shè)一層厚度為0.5-1.0倍墩凈間距的墊層,最小厚度應(yīng)大于500mm,墊層材料可采用塊石、碎石等,該方法的有效加固深度一般為4-9m。強(qiáng)夯置換法在深圳地區(qū)處理建筑地基時應(yīng)用較為廣泛,在公路中應(yīng)用不多,因?yàn)閺?qiáng)夯時對周圍建筑物的振動影響較大,對于處理地基范圍外有較多建筑物時應(yīng)慎用。復(fù)合地基比之前幾種方法施工時間快,效果也不錯,但由于動用機(jī)械多,使用材料貴,相應(yīng)造價也高。
3結(jié)束語
軟土地基對于公路造成的危害,主要是使公路產(chǎn)生不均勻的沉降,從而造成道路的坎坷不平而跳車,上述的一些處理方法和措施實(shí)際上都是運(yùn)用滲透固結(jié)理論來處理飽和土的固結(jié)過程。軟土路基處理的主要目的是相同的,即增加地基承載力,增強(qiáng)地基強(qiáng)度,減小沉降量。對于實(shí)際工程所采用的處理方法,要根據(jù)施工地點(diǎn)的實(shí)際條件綜合考慮經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)、地材、人力物力和機(jī)械設(shè)備能力等,確定合理的地基處理方案。
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