刍议道路软土路基处理技术

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  摘要:软土路基是施工过程中的一大难点工程,如果不对该地基进行施工处理,就会直接影响到工程的稳定性与质量。本文根据笔者多年工作实际经验,系统分析了软土路基的特性,论述了道路工程中常见的软土路基处理方法,并对软土路基处理的技术要点进行了分析和总结。
  关键词:软土路基;物理处理;化学处理
  一、 概述
  我国地域辽阔,地质构造复杂多变,加之受到自然地理环境和气候多变等因素影响,更加剧了工程地质的复杂性。因此在道路工程建设中,有时不可避免地遇到工程地质条件不良的软土路基,不能满足路基承载力、稳定和变形的要求。必须采取人工的方法改善路基土的工程性质,从而满足路基承载力、稳定和变形的要求。
  路基处理主要是通过工程技术手段提高路基土的抗剪强度,改善路基土压缩性、渗透性和动力性;防止路基土受到剪切破坏,加速路基的固结沉降过程,防止路基土液化和减轻振动,消除不良土的不利工程特性(如湿陷性黄土)。
  二、软土路基概念和特性
  所谓软土,从广义上讲是指强度低、压缩性高的软土层。以孔隙比及有机含量为主。综合其技术指标,可将软土划分为软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土及泥炭。通常把淤泥、淤泥质土、软粘性土、总称粘土。把有机含量高的泥炭、泥炭质土总称为泥沼。各地不同原因形成的软土,都具有近于相同的共同特点,主要表现为:
  1、天然含水量高、孔隙比大。含水量在34%~72%之间,孔隙比在1.0~1.9之间,液限一般为35%~60%,塑性指数13~30,天然重度15kn/m3 ~19kn/m3
  2、透水性差。一般情况下软土的渗透系为10-8 -10-7cm/s。
  3、压缩高。压缩系数为0.005~0.02,属于高压缩土。
  4、抗剪强度低。其粘聚力在10kp左右,内摩擦角在0~50之间。
  5、具有触变性。一旦受到扰动,土的强度明显下降。
  6、流变性显著。其长期抗剪强度只有一般抗剪度的0.4-0.8倍。
  三、 软土路基处理方法和技术要点
  近几10年来,大量的工程实践推动了软土路基处理技术的迅速发展,路基处理的方法多样化,路基处理的新技术、新理论不断涌现并日趋完善,路基处理已成为工程领域中一个新的课题。根据路基处理技术的基本原理,可分为以下几类:
  1 、物理处理
  (1)置换法
  ① 换土法
  挖出路基中一定范围内的不良土后,换填好土并分层夯实(或压实、振实),以作为路基的持力层的路基处理方法。这种方法是传统的浅层处理路基的方法。适用于各种浅层的软土路基。
  ② 强夯置换法
  是通过强夯施工机械并用硬质散体材料(如碎石、块石、砂砾)置换软弱土层的方法。施工时用强夯机械将路基土挤密或排开,把硬质散体材料(如碎石、块石、砂砾)夯人路基中,最后形成复合路基。此法按置换方式不同又分为墩柱式置换和整体式置换。
  ③ 碎石桩法
  是指用振动或冲击荷载将底部装有活瓣式桩靴的桩管挤入地层,在软弱路基中成孔后,再将碎石从桩管投料口处投入桩管内,然后边击实、边上拔桩管,形成密实碎石桩,并与桩周土体一起形成复合路基。同时碎石体在地层中形成排水通道起到加速固结的作用。此法适用一般软土路基。
  ④石灰桩法
  采用机械成孔后,填人新鲜生石灰,其有效氧化钙含量不宜低于70%,粒径不应大于70mm,含粉量(即消石灰)不宜超过5%。生石灰在土体中吸水、膨胀、放热、离子交换作用,使桩四周的土体含水量降低、孔隙减小、土体挤密、桩体硬化。此法适用人工填土。
  (2)排水固结法
  排水固结法是利用在路基中设置的排水系统,使土体中孔隙水排除,土体压缩,提高路基土的密实度,增强抗剪能力,适用于厚度较大的饱和土路基或是冲填土路基。
  ①堆载预压法
  在软土路基上堆以土、砂、石或其它重物,使路基土在自然状态下逐渐固结。预压的荷载可大于或等于设计荷载。预压的时间应根据路基土的固结情况而定。
  ② 砂井堆载预压法
  先在路基中用机械设备打成井孔,在孔中灌满砂形成砂井,然后堆载预压,使土中的水能够迅速地就近流人砂井而排出,缩短排水固结时间,增强处理效果。
  (3)振密挤密法
  ① 强夯法
  强夯法又称动力固结法。是将重锤提升到一定的高度后自由落下,对土进行强力夯实。重锤落地时,在土体中产生强大的冲击波和冲击应力,使浅层和深层土得到不同程度的密实。
  ② 振冲密实法
  首先利用振冲器喷射压力水成孔,达到设计深度后,往孔内填入碎石再射水振动。依靠振冲器的强力迫使饱和砂层发生液化,砂颗粒重新排列,孔隙减少。同时振冲器产生的水平振动力,通过填料使砂层挤压加密。此法适用于粘粒含量少于10%的疏松散砂土路基。
  ③ 挤密碎(砂)石桩法
  采用振动、冲击沉管等方式在软弱路基中成孔后,将碎(砂)石砂料填入孔中并挤压,从而形成的桩体。在填料成桩过程中,通过排土和振动作用,将桩柱体之间的土体挤密,并形成碎(砂)石桩柱体复合路基,达到提高路基承载力和减小路基沉降的目的。
  ④土、灰土桩法
  一般适用于地下水位以上的湿陷性黄土和杂填土路基。在施工成桩过程中通过排土和振动作用挤压周围土体,然后在孔内分层填入土(灰土),经过夯实后形成土桩,与桩周围的土体组成复合路基。
  (4)加筋土法
  在土体中加入起抗拉作用的筋材,填土和筋材组成组合体,通过土和筋材之间的摩擦力而成为一个整体。更好的抵抗土压力,从而满足路基承载力、稳定和变形的要求。常用的抗拉筋材有土工合成材料、金属材料等。此法适用于沙土和粘性土或回填土的路基。
  2、 化学处理
  (1)深层搅拌法
  采用深层搅拌机械,在路基深部将喷出的固化剂(一般为水泥、石灰、粉煤灰等)和软土强制拌和,结硬后成为足够强度的加固土,与天然路基形成复合路基,共同承担上部荷载,从而减少路基的变形,提高路基的承载力。水泥系的深层搅拌法,按照施工工艺可分为喷浆搅拌法和喷粉搅拌法。具体采用何种方法,要根据被加固路基土的含水量而确定。当含水量小于30% 时,宜采用喷浆搅拌法。当含水量在30%-50%之间时,宜采用喷粉搅拌法。深层搅拌法对路基处理深度可达15m。适用于处理淤泥、淤泥质土和含水量较高的粘性土、粉土等软土路基。
  (2)高压喷射注浆法
  利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后,以高压将加固用浆液(一般为水泥浆)从喷嘴喷射冲击土层,土层在高压喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下与浆液搅拌混合,浆液凝结后,便在土中形成一个固结体。改变路基的结构组成,从而提高路基的承载能力,减少其沉降。高压喷射注浆法按注浆形式可分为旋转喷射、定向喷射和摆动喷射。其固结体可为分为柱状、壁状、块状。此法适用于处理深度较大的淤泥、淤泥质土、粘性土、湿陷性黄土等路基处理。
  四、结束语
  上述的各种路基处理方法,均有各自的作用原理和技术要点,根据土质不同也会产生不同的加固效果。同时每种方法也都存在着局限性。每个工程对路基的要求也不相同。實际现场的施工条件也存在着显著差别。因此,要根据施工现场的实际情况综合考虑,通过方案的比选,选择适易的路基处理方法。
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