黃土地區(qū)道路病害的室內(nèi)外試驗(yàn)研究表明,黃土的濕陷性是引發(fā)路基病害的最主要原因。
顯然,單靠土工合成材料不能從根本上解決問題,必須輔之以其他綜合防治措施。
多年來,為了防治黃土在不利條件下造成的危害,在設(shè)計(jì)施工方法和改善處理途徑方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),由早期的大開挖到后來的墊層(灰土或沙石)、強(qiáng)夯(表面強(qiáng)夯、深孔強(qiáng)夯、置換強(qiáng)夯)、擠密(灰土樁、飽和土?xí)r的振沖碎石柱)、沉樁(預(yù)制打入樁、鉆孔灌注樁、大徑擴(kuò)底底注樁、水泥攪拌樁)、化學(xué)加固(堿液法、加氣硅化法)和防水(基本防水、檢測(cè)防水、嚴(yán)格防水及施工防水)等均做了一系列的研究工作,在工程實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用。
目前,處治濕陷性黃土路基的方法很多,通常采用的有密實(shí)法、置換法、復(fù)合地基法等,再配合排水措施,形成一個(gè)體系。這些方法的特點(diǎn)是技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)適用、施工簡(jiǎn)單、有較好的處理效果,便于掌握及推廣應(yīng)用。
1.密實(shí)法
密實(shí)法是對(duì)非飽和濕陷性黃土在動(dòng)載沖擊荷載作用下,使土體的孔隙減少,密實(shí)度提高,地基土的承載力增加,壓縮性降低,目前主要有強(qiáng)夯法和沖擊壓實(shí)法等。
(1)強(qiáng)夯法
強(qiáng)夯法是用重量為80-400kN的重錘,落距6-40m沖擊地基,使地基土壓密和振密,以加固地基土,達(dá)到提高強(qiáng)度、降低壓縮性的目的。強(qiáng)夯所產(chǎn)生的沖擊能打破土顆粒間的連續(xù)性,破壞原來的土體結(jié)構(gòu),改變土體中各類孔隙的分布狀態(tài)及它們之間的相對(duì)含量,使土顆粒重新排列成更密實(shí)的漩渦狀結(jié)構(gòu)。隨著土的觸變性能的恢復(fù),處于更密實(shí)狀態(tài)中的黏粒、膠粒和結(jié)晶鹽等膠結(jié)物由于顆粒間距離的縮小,更好地發(fā)揮了它們的膠結(jié)作用,提高了土體的抗變形能力和剪切強(qiáng)度。
強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土是一種很好的方法,簡(jiǎn)單實(shí)用,易于施工,效果良好,適用于要求消除的濕陷性土層厚度為3-6m。施工前,應(yīng)按設(shè)計(jì)要求在現(xiàn)場(chǎng)選點(diǎn)進(jìn)行試夯。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件相同時(shí),可在一處試夯,若有差異時(shí),應(yīng)按地段分別進(jìn)行選點(diǎn)試夯。用試夯的辦法確定單擊夯擊能、單位面積夯擊能、夯擊遍數(shù)及夯點(diǎn)間距,以此數(shù)據(jù)確定是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的承載力、模量、有效加固影響深度。若達(dá)不到時(shí),可調(diào)整夯錘質(zhì)量,落距或夯點(diǎn)間距等,也可修改設(shè)計(jì)方案。
對(duì)于要夯實(shí)的濕陷性黃土,其含水量宜低于塑限含水量1%-3%,當(dāng)其含水量低于10%時(shí),宜加水至塑限含水量,當(dāng)含水量大于塑限含水量3%時(shí),應(yīng)采取措施降低含水量至塑限含水量。
(2)沖擊壓實(shí)法
沖擊壓實(shí)法采用沖擊壓實(shí)機(jī)處理濕陷性黃土地基。沖擊壓實(shí)機(jī)由牽引車拖動(dòng),靠凸輪瓣對(duì)土進(jìn)行沖擊壓實(shí),壓實(shí)次數(shù)宜選擇20-40次為宜,其擊實(shí)能可達(dá)2 000-3 000kJ,有效壓實(shí)深度為2m。沖擊壓實(shí)機(jī)對(duì)土擊實(shí)后,土的密度超出了常規(guī)壓路機(jī)的壓實(shí)效果,且使天然土在壓實(shí)過程中完成了沉降要求,具有壓實(shí)和擊實(shí)兩種功效,適用于處理淺層濕陷性黃土。
2.置換法
置換法是將基礎(chǔ)地面下一定范圍內(nèi)的濕陷性黃土挖除,然后分層換填強(qiáng)度和模量相對(duì)較高的沙石、碎石、灰土、素土等,并夯實(shí)至要求的密度,形成一個(gè)較好的持力層,以達(dá)到提高承載力和減少變形的目的。置換法主要適用于淺層濕陷性黃土,一般厚度不大于3m,具體方法有灰土墊層、土墊層等。
灰土墊層是將基礎(chǔ)地面下一定范圍內(nèi)的濕陷性黃土挖去,按一定體積配比將灰土拌和均勻,并控制灰土含水量在最佳含水量附近,分層回填夯實(shí)或壓實(shí),可以消除被置換部分土的濕陷性,同時(shí)也可防止地表水滲透到地下濕陷性黃土層中,造成地基過大的沉降。
土墊層是指采用黏性素土制作的墊層。在濕陷性黃土地區(qū)為消除淺層地基的濕陷性,施工時(shí)應(yīng)使土的含水量接近于最佳含水量,土墊層要分層填筑,每層厚度應(yīng)根據(jù)夯實(shí)機(jī)具有的能量決定,一般每層厚度為20-25cm,土料要求過篩,有機(jī)質(zhì)含量不得超過5%。
3.復(fù)合地基法
復(fù)合地基法是在天然地基中設(shè)置一定比例的增強(qiáng)體(樁體),使樁土共同承擔(dān)荷載,并具有密實(shí)法和置換法的效應(yīng),具體方法有高壓旋噴法、粉噴樁法、灰土擠密樁等。
高壓旋噴法注漿,是利用鉆機(jī)將帶有噴嘴的灌漿管鉆進(jìn)至土層預(yù)定深度后,以20-40MPa的壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來,形成噴射流沖擊破壞土層。當(dāng)能量大、速度快、脈動(dòng)狀的射流動(dòng)壓力大于土層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí),土顆粒便從土層中剝落下來,一部分細(xì)顆粒隨漿液或水冒出地面,其余土顆粒在射流的沖擊力、離心力和重力等作用下,與漿液攪拌混合,并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列。漿液凝固后,便在土層中形成一個(gè)固體,固體與土體共同承擔(dān)荷載,形成復(fù)合地基,可達(dá)到提高地基的抗剪強(qiáng)度,改善土的變形性質(zhì),使土體在上部附加應(yīng)力的作用下,不產(chǎn)生破壞或過大的變形。高壓旋噴所采用的硬化劑一般為水泥漿,也是最便宜的注漿材料,其固結(jié)性能良好,質(zhì)量較好,來源容易。用高壓旋噴法處理濕陷性黃土,在選定注漿管類型及噴射參數(shù)和筑漿材料時(shí),要根據(jù)工程目的而定,布孔間距及布孔方式也是如此,高壓旋噴處理濕陷性黃土不僅能提高地基土的承載力,也能減少沉降量,施工方法簡(jiǎn)單快捷,也可處理深層濕陷性黃土。