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摘要:本文介绍了高速公路软基土质的基本性质及鉴别方法,对软基处治的材料质量提出了要求,同时还阐述了软基处治及检测方法。
关键词:高速公路;软基;处治;检测
软土主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。对淤泥的解释是,在静水或缓慢的流水环境中沉积并含有机质的细粒土,其天然含水量大于液限,天然孔隙比大于1.5;当天然孔隙比小于1.5而大于1.0时称为淤泥质土。对于泥碳的解释是,喜水植物遗体在缺氧条件下,经缓慢分解而形成的泥沼覆盖层。其特点是持水性大,密度较小。
一、软土的组成和状态特征
软土泛指淤泥及淤泥质土,是第四纪后期于沿海地区的滨海相、泻湖相、三角洲相和溺谷相,内陆平原或山区的湖相和冲击洪积沼泽相等静水或非常缓慢的流水环境中沉积,并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。软土的组成和状态特征是由其生成环境决定的。由于它形成于上述水流不通畅、饱和缺氧的静水盆地,这类土主要由粘粒和粉粒等细小颗粒组成。淤泥的粘粒含量较高,一般达30%～60%。粘粒的粘土矿物成分以水云母和蒙德石为主,含大量的有机质。有机质含量一般达5%～15%,最大达17%～25%。这些粘土矿物和有机质颗粒表面带有大量负电荷,与水分子作用非常强烈,因而在其颗粒外围形成很厚的结合水膜,且在沉积过程中由于粒间静电荷引力和分子引力作用,形成絮状和蜂窝状结构。所以,软土含大量的结合水,并由于存在一定强度的粒间连结而具有显著的结构性。
由于软土的生成环境及粒度、矿物组成和结构特征,结构性显著且处于形成初期,呈饱和状态,这都使软土在其自重作用下难于压密,而且来不及压密。因此,不仅使之必然具有高孔隙性和高含水量,而且使淤泥一般呈欠压密状态,以致其孔隙比和天然含水量随埋藏深度很小变化,因而土质特别松软。淤泥质土一般则呈稍欠压密或正常压密状态,其强度有所增大。
二、高速公路软基处理常用方法
1、浅层软基处理技术
(1)垫层法。通常用于路基填方较低的地段,要求在使用中软基的沉降值不影响设计预期目的。设置垫层时,可以根据具体情况采用不同的材料,常用的材料有砂或砂砾及灰土,也可用土工格栅、片石挤淤、砂砾垫层综合使用处理。
(2)换填法。在高速公路施工中遇到含水量较高,软弱层较浅,且易于挖除不适宜材料时,一般采取挖除换填法,包括受压沉降较大,甚至出现变形的软基和泥沼地带。处理这种地基,开挖前要做好排水防护工作,将开挖出的不适宜材料运走或做处理,然后按要求分层回填,回填材料可视具体情况用砂、砂砾、灰土或其他适宜材料。
(3)排挤法。当高速公路经过水溏、鱼池和较深的流动性强的淤泥地段时,常遇到含水量高、淤泥压缩性大、淤泥质粘土软基以及水下软基等,对这类软基可采用排挤法来处理。排挤法又可分为两种:一种是抛石排挤,另一种是爆炸排挤。
(4)表层排水法。对土质较好因含水量过大而导致的软土地基,在填土之前,地表面开挖沟槽,排除地表水,同时降低地基表层部分的含水率,以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果,应回填透水性好的砂砾或碎石。
(5)添加剂法。对于表层为粘性土时,在表层粘性土内掺人添加剂,改善地基的压缩性能和强度特性,以保施工机械的行驶。同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。添加材料通常使用的是生石灰、熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌,除了降低土壤含水量、产生团粒效果外,对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结,使粘土成分发生质的变化,从而促进土体稳定。
2、深层软基处理技术
(1)袋装砂井法。袋装砂井排水固结措施,其施工简便,费用较低,加固效果较好。施工时将袋装砂放入套管井内,填塞密实,逐节拔出套管,顶面铺设水平砂垫层或排水砂沟。软基中的水分在上部路基填土载荷的作用下,通过砂与水平砂垫层或纵横相连通的排水砂沟相通,形成排水通道,使软基中的水分排走,从而达到排水固结软基的目的。
(2)挤密砂桩法。采用类似沉管灌注桩的机械和方法,通过冲击和振动,把砂挤入土中而形成的。挤密砂桩的主要作用是将地基挤实排水固结,从而提高地基的整体抗剪强度与承载力,减少地基的沉降量和不均匀沉降。这种方法一般能较好地适用于砂性土,不适用于饱和的软粘土地基处理。挤密砂桩用砂标准要求与袋装砂井的砂基本相同,不同的是挤密砂桩也可使用砂和角砾的混合料,含泥量不得大于5%。
(3)振冲碎石桩法。碎石桩是一种与周围土共同组成复合地基的桩体。碎石桩处理软基过程就是用振冲器产生水平向振动,在高压水流作用下边振边冲,在软弱地基中成孔,再在孔内分批填入碎石料,这时振冲器边振动边上拔,使得碎石料振挤密实。碎石桩桩体是一种散粒体的粗颗粒料,它具有良好的排水通道,有利于地基土的排水固结。在软基处理中,特别是具有高填土桥头等过渡路段,为了减少地基土的变形,提高地基土的承载力,增强地基土的抗滑稳定能力,采用碎石桩加固处理是较理想的方法之一。
(4)粉喷桩。粉喷桩是利用粉体喷射搅拌机械在钻成孔后,借助压缩空气,将水泥粉等固体材料以雾状喷入需加固的软土中,经原位搅拌、压缩并吸收水分,产生一系列物理化学反应,使软土硬结,形成整体性强、水稳定性好、强度较高的桩体,与桩间土一起形成复合地基,从而提高路基强度。其特点是强度形成快、预压时间短、地基沉降量小。粉喷桩加固软基主要适用于高含水量、高压缩性的淤泥、淤泥质粘土及桥头软基的处理。有关试验表明,一般含水量大于35%的软基宜选用粉喷桩。
(5)加筋土工布。加筋土工布一般被铺设在路堤底部,以调整上部荷载对地基的应力分布。通过加筋土工布的纵横向抗拉力,来提高地基的局部抗剪强度和整体抗滑稳定性,并减少地基的侧向挤出量,一般适用于强度不均匀的软基地段、路基高填土、填挖结合处或桥头填土的软基处理。需要注意的是,在填料为砂砾、土石混合料时还须满足一定的顶破强度,施工中加筋土工布应拉平紧贴下承层,其重叠、缝合和锚固应符合设计要求。
(6)混凝土桩。低强度混凝土桩是近年来发展起来的一种新型桩,以低强度混凝土桩为竖向增强体所形成的复合地基一般称为低强度混凝土桩复合地基。由于采用低强度混凝土桩复合地基方法可有效提高地基承载力,减小地基沉降,能处理粘性土、粉砂土及淤泥质土等各种土性地基。
三、软基检测
换填质量检测包括:分层施工质量检查和工程质量验收,主要是检验垫层是否达到设计要求的密实度。垫层的分层施工质量检测可采用环刀压入、灌砂法等。换填结束后,可按工程的要求进行工程质量验收,验收方式可通过荷载试验或者静力触探试验等。
桩体质量检测方法主要有载荷试验、静(动)力触探试验以及波速试验等,载荷试验主要检验复合地基的承载能力,静(动)力触探试验主要检验桩间土的加固效果,波速法主要是通过测定地基处理前后基地中波速的变化来判断处理的效果。静力触探主要功能是评价地基处理前后土的容许承载力,但不适用于大块碎石类地层和基岩。
强夯等表层处理的检测方法分为原位测试和室内土工试验。原位测试可采用静(动)力触探、旁压试验、十字板剪切试验以及平板载荷试验等。
关键词:高速公路;软基;处治;检测
软土主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。对淤泥的解释是,在静水或缓慢的流水环境中沉积并含有机质的细粒土,其天然含水量大于液限,天然孔隙比大于1.5;当天然孔隙比小于1.5而大于1.0时称为淤泥质土。对于泥碳的解释是,喜水植物遗体在缺氧条件下,经缓慢分解而形成的泥沼覆盖层。其特点是持水性大,密度较小。
一、软土的组成和状态特征
软土泛指淤泥及淤泥质土,是第四纪后期于沿海地区的滨海相、泻湖相、三角洲相和溺谷相,内陆平原或山区的湖相和冲击洪积沼泽相等静水或非常缓慢的流水环境中沉积,并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。软土的组成和状态特征是由其生成环境决定的。由于它形成于上述水流不通畅、饱和缺氧的静水盆地,这类土主要由粘粒和粉粒等细小颗粒组成。淤泥的粘粒含量较高,一般达30%～60%。粘粒的粘土矿物成分以水云母和蒙德石为主,含大量的有机质。有机质含量一般达5%～15%,最大达17%～25%。这些粘土矿物和有机质颗粒表面带有大量负电荷,与水分子作用非常强烈,因而在其颗粒外围形成很厚的结合水膜,且在沉积过程中由于粒间静电荷引力和分子引力作用,形成絮状和蜂窝状结构。所以,软土含大量的结合水,并由于存在一定强度的粒间连结而具有显著的结构性。
由于软土的生成环境及粒度、矿物组成和结构特征,结构性显著且处于形成初期,呈饱和状态,这都使软土在其自重作用下难于压密,而且来不及压密。因此,不仅使之必然具有高孔隙性和高含水量,而且使淤泥一般呈欠压密状态,以致其孔隙比和天然含水量随埋藏深度很小变化,因而土质特别松软。淤泥质土一般则呈稍欠压密或正常压密状态,其强度有所增大。
二、高速公路软基处理常用方法
1、浅层软基处理技术
(1)垫层法。通常用于路基填方较低的地段,要求在使用中软基的沉降值不影响设计预期目的。设置垫层时,可以根据具体情况采用不同的材料,常用的材料有砂或砂砾及灰土,也可用土工格栅、片石挤淤、砂砾垫层综合使用处理。
(2)换填法。在高速公路施工中遇到含水量较高,软弱层较浅,且易于挖除不适宜材料时,一般采取挖除换填法,包括受压沉降较大,甚至出现变形的软基和泥沼地带。处理这种地基,开挖前要做好排水防护工作,将开挖出的不适宜材料运走或做处理,然后按要求分层回填,回填材料可视具体情况用砂、砂砾、灰土或其他适宜材料。
(3)排挤法。当高速公路经过水溏、鱼池和较深的流动性强的淤泥地段时,常遇到含水量高、淤泥压缩性大、淤泥质粘土软基以及水下软基等,对这类软基可采用排挤法来处理。排挤法又可分为两种:一种是抛石排挤,另一种是爆炸排挤。
(4)表层排水法。对土质较好因含水量过大而导致的软土地基,在填土之前,地表面开挖沟槽,排除地表水,同时降低地基表层部分的含水率,以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果,应回填透水性好的砂砾或碎石。
(5)添加剂法。对于表层为粘性土时,在表层粘性土内掺人添加剂,改善地基的压缩性能和强度特性,以保施工机械的行驶。同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。添加材料通常使用的是生石灰、熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌,除了降低土壤含水量、产生团粒效果外,对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结,使粘土成分发生质的变化,从而促进土体稳定。
2、深层软基处理技术
(1)袋装砂井法。袋装砂井排水固结措施,其施工简便,费用较低,加固效果较好。施工时将袋装砂放入套管井内,填塞密实,逐节拔出套管,顶面铺设水平砂垫层或排水砂沟。软基中的水分在上部路基填土载荷的作用下,通过砂与水平砂垫层或纵横相连通的排水砂沟相通,形成排水通道,使软基中的水分排走,从而达到排水固结软基的目的。
(2)挤密砂桩法。采用类似沉管灌注桩的机械和方法,通过冲击和振动,把砂挤入土中而形成的。挤密砂桩的主要作用是将地基挤实排水固结,从而提高地基的整体抗剪强度与承载力,减少地基的沉降量和不均匀沉降。这种方法一般能较好地适用于砂性土,不适用于饱和的软粘土地基处理。挤密砂桩用砂标准要求与袋装砂井的砂基本相同,不同的是挤密砂桩也可使用砂和角砾的混合料,含泥量不得大于5%。
(3)振冲碎石桩法。碎石桩是一种与周围土共同组成复合地基的桩体。碎石桩处理软基过程就是用振冲器产生水平向振动,在高压水流作用下边振边冲,在软弱地基中成孔,再在孔内分批填入碎石料,这时振冲器边振动边上拔,使得碎石料振挤密实。碎石桩桩体是一种散粒体的粗颗粒料,它具有良好的排水通道,有利于地基土的排水固结。在软基处理中,特别是具有高填土桥头等过渡路段,为了减少地基土的变形,提高地基土的承载力,增强地基土的抗滑稳定能力,采用碎石桩加固处理是较理想的方法之一。
(4)粉喷桩。粉喷桩是利用粉体喷射搅拌机械在钻成孔后,借助压缩空气,将水泥粉等固体材料以雾状喷入需加固的软土中,经原位搅拌、压缩并吸收水分,产生一系列物理化学反应,使软土硬结,形成整体性强、水稳定性好、强度较高的桩体,与桩间土一起形成复合地基,从而提高路基强度。其特点是强度形成快、预压时间短、地基沉降量小。粉喷桩加固软基主要适用于高含水量、高压缩性的淤泥、淤泥质粘土及桥头软基的处理。有关试验表明,一般含水量大于35%的软基宜选用粉喷桩。
(5)加筋土工布。加筋土工布一般被铺设在路堤底部,以调整上部荷载对地基的应力分布。通过加筋土工布的纵横向抗拉力,来提高地基的局部抗剪强度和整体抗滑稳定性,并减少地基的侧向挤出量,一般适用于强度不均匀的软基地段、路基高填土、填挖结合处或桥头填土的软基处理。需要注意的是,在填料为砂砾、土石混合料时还须满足一定的顶破强度,施工中加筋土工布应拉平紧贴下承层,其重叠、缝合和锚固应符合设计要求。
(6)混凝土桩。低强度混凝土桩是近年来发展起来的一种新型桩,以低强度混凝土桩为竖向增强体所形成的复合地基一般称为低强度混凝土桩复合地基。由于采用低强度混凝土桩复合地基方法可有效提高地基承载力,减小地基沉降,能处理粘性土、粉砂土及淤泥质土等各种土性地基。
三、软基检测
换填质量检测包括:分层施工质量检查和工程质量验收,主要是检验垫层是否达到设计要求的密实度。垫层的分层施工质量检测可采用环刀压入、灌砂法等。换填结束后,可按工程的要求进行工程质量验收,验收方式可通过荷载试验或者静力触探试验等。
桩体质量检测方法主要有载荷试验、静(动)力触探试验以及波速试验等,载荷试验主要检验复合地基的承载能力,静(动)力触探试验主要检验桩间土的加固效果,波速法主要是通过测定地基处理前后基地中波速的变化来判断处理的效果。静力触探主要功能是评价地基处理前后土的容许承载力,但不适用于大块碎石类地层和基岩。
强夯等表层处理的检测方法分为原位测试和室内土工试验。原位测试可采用静(动)力触探、旁压试验、十字板剪切试验以及平板载荷试验等。