高速公路工程施工中软基处理技术的应用

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  【摘 要】 随着经济的发展,我国的高速公路建设得到了长足的发展。公路建设施工中较为重要的一个环节是公路路基的施工处理,公路后期的施工及总体质量都会受到公路路基的影响。所以,利用软土路基处理技术合理的、有效的、科学的处理公路软土路基尤为重要。基于此,文章对高速公路工程施工中软基处理技术进行分析,以期能够提供一个借鉴。
  【关键词】 高速公路;软基处理;应用分析
  1.在高速公路施工中对软土地基处理的重要性
  由于我国市场经济的高速发展,旅游业的发展也越来越快,这使得我国高速公路和建筑的项目也逐渐增多了,要想建造出更多合格的公路和建筑,我们的首要任务就是,要做好对软土地基施工上和技术上的处理。因为软土地基的软弱性,因此,一般软土地基不适合做持力层,为了给地基的形成打下基础,就要对软土地基做一定的处理。由于软土的含水量高、孔隙较大、压缩性较高且抗剪强度较低,因此很容易受到压力变形和沉降等的影响。如果在公路工程的施工过程中,没有很好的对软土地基进行处理,就会导致一些桥头的高路堤所发生沉降、单边膨胀以及滑移等不好的现象,从而减少的使用寿命,甚至危及人和车辆的安全,所以,公路建筑项目中首先需要解决的问题就是,如何才能使软土地基变的更加强硬。但是目前软土地基的处理技术难以统一,因为我国各个地方软土地的情况都不相同,所以,在对软土地基的处理过程中,应该结合具体的软土地基的土层情况、当地的施工造价等条件,具体问题具体分析,找出最适合此工程软土地基的处理技术,从而建造出安全稳定性好、寿命长的公路建筑。
  2.常见的公路软土路基处理技术方法及其适用范围
  2.1换填法
  (1)开挖换填法。根据具体工程需求,把部分或者全部软土挖出,再选用透水性较好土料进行填充,即为开挖换填法。使用开挖换填法,操作简单,需要的器械也比较简单。开挖换填法在处理浅薄的淤泥软土时效果最佳。
  (2)抛石挤淤法。根据具体工程需求,把片石抛至路基底部,应用片石将路基中的淤泥挤出来,以此来增强地基的强度。这种方法是处理常年积水洼地处软土的最佳方法。当然抛石挤淤法的适用范围不仅仅局限于此,对于相对脆弱,大型施工机械难以进入的软土路基,以及土地表面有较多流动积水且不能全部排干的施工环境,若石料充足也可以采用抛石挤淤法进行处理。
  2.2排水固
  结法排水固结法就是先在公路地基中设置竖向排水体,例如砂井等,然后对建筑物本身的重量进行利用,使其逐渐加载,或在建造建筑物之前,在场地先进行加载预压,使土层整体孔隙水能够排出,然后逐渐固结,地基沉降,并同时逐步提高强度的方法。排水固结法是饱和软粘土地基在荷载的作用下,水在孔隙中慢慢被排出,空隙体积渐减,地基固结变形,同时伴随超静水压力的逐渐消散,有效应力得到了逐步提高,地基土强度逐渐增长。
  2.3水泥搅拌桩法
  搅拌法又称“MIP工法”,最早起源自美国,于1953年引入日本,随后日本各大企业相继研制出效率、规格各异的搅拌机械及方法,将这种方法进行广泛推广和应用,随后该项方法于1977年传入我国,由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院联合研制,其研究成果于1980年通过认定,由此开始广泛应用于各类建筑工程中,截至当前,水泥搅拌法已然成为了公路软土路基处理技术中一种常见的方法。
  2.4强夯法与强夯置换法
  夯置换与强夯挤密在加固机理上是不同的,应用的范围也不同,强夯挤密法一般用来对碎石土、砂土、饱和度低的粘性土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基的加固,对于较高饱和度的粘性土等地基,如果能够充分证明强夯法的合理性则采取强夯法来进行加固,我们一般认为强夯挤密法只在塑性指数Ip≤10的土中适用,对于有竖向排水系统的软粘土地基的设置,目前就是否采取强夯法的处理问题尚有不同意见,对厚度小于6m的软粘土层采取强夯置换法来进行处理,夯实与填碎石等粗粒同时进行形成深度3~6m,直径约为2m的碎石桩体和周围的土体共同形成复合地基,也能达到很好的加固效果,同时,强夯法所带来的噪声、振动等公共弊端也应引起重视。
  2.5水泥粉煤灰碎石桩加固处理法
  水泥粉煤灰碎石桩主要采用粉煤灰、石屑、碎石和适量水与水泥混合拌制而成,其具备优良的和易性。其中石屑是作为改进骨料级配、填充碎石空隙的次骨架材料;碎石是作为主要的粗骨料;粉煤灰则作为低标号水泥和细骨料使用。水泥粉煤灰碎石桩可在短时间内达到固定强度,利于加快施工进度和减少沉降时间。因桩体自身粘结度较高,且成桩质量好,水泥粉煤灰碎石桩加固处理方法对于深厚软土的地基处理具有较高的适应性,其处理深度最高可达30m。
  其处理优势:①采用振动沉管法开展施工,因挤密与振动作用可有效提高桩间土的密实度,加固处理后可明显降低地基土的压缩系数、孔隙比及含水量,增大压缩模量;②此种方法同时具备碎石桩对地基的置换和加固紧密功能;③褥垫层主要采用级配良好的碎石砂垫层,在承受荷载时可提供桩体向上、向下的刺入条件,以确保桩间土始终参与工作,同时褥垫层可补偿部分不均匀沉降;④受力特性同水泥搅拌桩相接近,且具有施工简单、施工周期短、适用性好等特点;⑤桩体所需材料仅为粉煤灰、石屑、水泥及碎石等,取材方便。
  2.6机械碾压法
  机械碾压法主要是通过对高速公路软土基层进行了碾压夯实来进行处理的方式。施工过程中会挖除浅层软弱土或者不良土,分层碾压,按照回填的材料类型可分为砂垫层、碎石垫层、土垫层、干渣垫层、粉煤灰垫层等,进行回填可以提高持力层的承载力,减小沉降,部分消除土的湿限性和胀缩性,对防止土的冻胀具有良好的效果。
  3.软土路基施工技术的应用
  3.1软土路基处理方案
  一般高速公路软土路基的有很多处理方法,主要的方法有抛石挤淤法、反压护道法、堆载预压法、挤实砂桩法、塑料排水板预压法、真空预压法、粉喷桩法、振冲碎石桩法、夯实水泥土桩法等。在进行实际的施工时要根据具体的情况(如地理位置、地质状况、工期、造价等)来进行考虑,一般情况下施工时都会选择两、三个方法进行综合使用。   3.2软土地基的处理要求
  软土地基的处理要求主要包括地基处理深度的确定、地基处理范围的确定和地基工期的控制。其中地基处理深度一般要求穿透软土层,并且要对局部软土层进行较深的埋藏,中间需有较厚的夹层主要处理上层软弱地基;设计方案中的主要加固对象为路基宽度范围内的软土,具体的需要一次性完成范围的确定,规定路基横断面方向处理到路基坡脚线外0.1米;路基建筑的计算施工工期一般要考虑到不同路段的设计高度和预压期沉降增加的填方高度,实际施工过程中的沉降情况要在施工完成后进行调整,另外还需要根据软土的物理性质进行具体时间的预压。
  3.3软土地基处理施工方法
  首先需要进行施工的准备,应对软土进行清淤、然后进行吹填砂,其中用到的主要材料为塑料排水板、导架、驱动套管下沉装置、排水装置及防风装置等;其次,进行施工前的技术准备:按照具体的地质地形条件和设计要求进行排水孔的布置、排水板的位置的确定,另外施工场地要符合施插排水板的要求,要确保作业条件要具备吹填土的进行;另外,进行搭设塑料排水板和土工格栅的铺设。
  3.4沉降处理技术
  一般情况下,应该等软基处治段地基沉降趋于稳定后再填筑路堤。例如江苏省高速公路一般规定等载预压段需要连续两个月沉降不大于5mm才能够卸载。但由于技术与自然因素的原因,时而会出现地基沉降现象,面对这种问题,施工单位采取了相应的技术方案进行补救处理,以下是几种常见的沉降处理技术,以及选用这些技术的条件。
  第一种是石灰土填筑路基中部技术。这种技术操作要严格按照标准流程进行,将石灰按百分比与优质土充分混合后填筑,然后进行回填碾压。石灰会与土体中的成分产生化学反应,是土板结,具有一定强度,从而达到加固路基的目的,路基的整体性增大,增强了承载力及抵抗不均匀沉降的性能。
  第二种是减小路堤荷载技术。可以有效减小作用在软土地基上的荷载密度。减少地基上的荷载,可以相应减少对软土地基的有效压力,从而保证地基稳定,有效减少软土地基的沉降量。在满足公路设计标准的前提下,要尽可能降低公路路堤标高,减少路基规模,进而减少路基固定载荷。同时,要尽可能采用轻质材料填筑路堤,减轻路堤自重,减小或加速软土沉降提高土体抗剪强度,比如利用粉煤灰、EPS超轻质填料来填筑路堤等,可以有效减少路基固定载荷,节约施工成本和土地。
  第三种工后修补技术。在严把设计、施工关的同时,要强化高速公路软土地基的工后修补完善工作,在满足地基稳定性的前提下,通过工后对路基路面进行修补,调整产生的不均匀沉降差,从而确保施工满足设计要求,确保高速公路质量安全。
  3.5软土地基处理的质量要求及注意事项
  在质量要求中,主要是对塑料排水板材质、排水孔的施打、排水板的施插等的要求。其中塑料排水板材质的抗拉强度不得小于1KN,延伸率应在2%-10%之间,透水性应大于3ML小于10ML,抗撕裂度需超过300N;排水孔的施打过程应该保证排水孔的垂直控制;施插过程应该保持排水板入土的连续性,一旦发现断裂应该立即重新施插。软土地基施工中需要注意排水板的技术性能,在设计要求的基础上对产品进行检验并在确认合格后开始施工;排水孔的施打过程应该采用定载振动压入的方法直至满足设计要求深度,绝对不能重锤击打;施工前一定要对照地质资料,检查布置排水孔,尽量避免碰到地下障碍物;在预压下沉观测点时,要选择适当的高度,并注意分级加荷的压缩量和均匀性,避免事故的发生。
  4.软土路基施工质量控制措施
  4.1对施工技术的有效管理措施
  完善施工管理是软土施工工程的一个重点内容。良好有序的管理制度,能够促进工程顺利完成。在软土施工中采取的措施需要我们结合实际进行探索。首先,严格划分工作以及责任分配,由于软土施工技术自身具有的特点,不同的部门应该分管不同的技术步骤,并且出现技术困难时,相应部门及时有效的予以处理。
  4.2对施工材料的管理措施
  施工材料的好坏决定了工程的质量,在软土路基的管理中同样也需要保证施工材料的质量。软土路基在现在的高速公路建设中有着举足轻重的地位,在施工管理中应重点关注。首先,在施工前,要严格保证施工材料的质量,严格选择符合资格的供应商,坚决杜绝以权谋私等腐败问题的出现;其次,在施工过程中,要随时监督材料的使用以及进货的过程,对材料进行抽样检查,防止不合格的材料被用在公路建设中,这将会威胁到人们生命财产的安全。在此,在工程验收阶段,需要对材料进行再次复核。做好每个环节的材料管理工作,使软土路基达到我们的预期效果。
  5.公路施工中软土路基处理技术新的发展方向
  5.1软土路基处理技术及材料的新的发展方向
  立足于高速公路工程的实际发展情况,不断创新原有的技术理念,发展新方法,例如碎石桩法,该方法能够较好地对深层地基相关稳定性进行处理,有机灌浆材料和无机灌浆材料都是软土路基处理中较好的物料选择,在未来的发展过程中,将理论和实践结合的过程中不断对地基处理材料的采用进行创新,能够进一步提高地基处理水平和工程质量。
  5.2软土路基处理技术中机械设备的发展
  可变距双轴深层搅拌轴、深层搅拌机的研制在提高工作效率上都起到了很大的作用,高压喷射注浆机也对高压喷射注浆法的使用范围有了一个很大的扩展,干法振动成孔器的研发也促进了干法振动碎石桩技术的发展。各机械设备的研发和创新都大大促进了公路施工中软土路基处理技术的发展与成熟。
  6.结束语
  在高速公路的建设过程中,软土路基的处理是一个非常重要的内容。因此,深入探讨如何处理高速公路软土路基,加固和改善软土路基,使之满足高速公路建设需求具有十分重要的现实意义。在实际的工作中,不同的软土路基处理技术有不同的优缺点,选择适合的方法来处理公路软土路基,才可以真正达到提高软土路基市强度、坚固性、稳定性的目的。
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