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摘 要:软土路基处理是公路工程施工中不可避免的工程情况。在现实工程技术应用中,不同的处理技术对应相应的地质情况采取较好方法处理,如果不处理或处理不当,就会造成地基失稳,使道路沉降过大或不均匀沉降,对道路造成不同程度的危害。
关键词:软土路基;地基处理;方法研究;处理方法;施工;表层处理;粉喷桩;排水固结
一、软土路基特征及危害
(1)淤泥与淤泥土质在工程上统称为软土,是指高压缩性软弱土层,软土的主要成分是粒及粉粒,形成一下的结构,天然含水量高、孔隙比大、透水性差、压缩性高、灵敏度高、抗剪强度低、流变性显著。
(2)软土路基问题及其危害概括起来主要有如下两个方面:①强度及稳定问题。当软土路基的抗剪强度不足以承受路堤及路面外荷载时,软土路基会产生局部或整体剪切破坏,造成路堤塌方、失稳及桥台破坏。②沉降变形问题。当软土路基在上部荷载及外部荷载作用下产生过太的沉降变形时,会影响道路的正常使用。特别是产生过大的不均匀沉降时,会造成路面开裂破坏,结构物与路堤衔接处差异沉降,引起桥头跳车,涵身、通道凹陷,沉降缝拉宽而漏水;路面横坡变缓、积水,从而引起路面损坏等。
二、软土地基的工程性质
软土指的是在静力及缓慢流水的情况下以细颗粒为主要成分的沉积物,它的半径不足0.05mm的微粒通常在土样重量中占超过50%的比例。其性质同地基土的沉积年代、成层构造、成因类型紧密相关。年代以及成因不一样的软土,即使它的物理指标非常类似,但由于是地基,因此其工程性质也会有较大的差异。
软土的性质包括:含水量非常高,孔隙较大,软土包含黏土以及粉土粒组,同时含有部分的有机质,含水量和孔隙比都较高;透水性差,因此在荷载作用下其固结速度很慢;软土的抗剪强度非常低,压缩性非常高,通常固结的软土层,其压缩系数大概是0.5~1.5MPa,最高会有4.5MPa,压缩的指数是0.35—0.75;其结构性非常明显,软土通常是絮状的结构,特别是海相黏土十分明显;具有明显的流变性,软土承受剪应力会造成其缓慢变形,同时会造成抗剪强度的下降,当主固结沉降结束以后还会造成可观的次固结沉降。
二、现有软土路基的施工处理方法研究
(1)主要处理方法
①高压喷射注浆技术
喷射注浆技术引入我国已有四十多年的历史,是一种比较成熟的施工手法,在化学注浆技术结合高压射流切割技术基础上发展起来的,其实质是采用钻机先钻进至预定深度后,由钻杆一端安装的特别喷嘴把水泥浆液高压喷出,以喷射流切割搅动土体,同时钻杆边旋转边提升,使土粒与水泥浆混合凝固,从而造成一个均匀的圆柱状水泥土固结体,以达到加固地基和止水防渗的目的。高压喷射注浆技术主要应用在N值(土壤标准贯入值)为0—30的淤泥、粘性土、砂土、砂砾及含部分卵石层的地基中,也可用于铁路、公路和建筑物基础加固防止下沉、坝基防渗帷幕以及施工中的临时支护等。
②冻结法
冻结法通过采用液态氮或二氧化碳膨胀,或采用普通的机械制冷设备与一个封闭式液压系统相连接,而使冷却液在内流动,从而使软而湿的土进行冻结,以提高土的强度和降低土的压缩性。该法适用于各类土,特别是软土地质条件,开挖深度大于7~8m地基中。
③压密注浆碎石桩处理方法
这是一种适合现场实际工程地质概况并经过计算分析和试验证明可行而采用的一种全新的软土路基处理方法。压密注浆碎石桩技术通过在被加固场地的桩位成孔、投碎石,然后通过桩中的碎石桩体进行低压注浆,等水泥浆液初凝后,通过预埋的注浆管向碎石桩体及桩周土体进行中高压注浆,使桩体及桩周土体进一步密实,由此形成以注浆碎石桩、改性的桩周体及桩间土构成的复合地基。这样的地基不仅可满足高速公路安全的要求,也不会对原路堤造成任何形式的破坏。
④复合地基处理方法
这种方法主要有粉喷桩、旋喷桩和碎石桩等。如采用粉喷桩设计,对软土层厚度大于10.0m,填土设计标高8.Om以上的路堤,粉喷桩间距取1.Om,喷粉量50kg/m,其每平方米的单价是压密注浆方法的2~3倍;若采用旋喷桩处理單价更高,大约是压密注浆处理的3~4倍。另一方面成桩的质量难以控制,如粉喷桩,理论上讲成桩有效长度可达25m以上,但大量的工程实例反映,粉喷桩桩长过大,其质量难以保证。在成桩过程中还存在喷粉量不足、搅拌不均匀、胶接不好等先天质量问题。在施工条件良好的情况下,复合地基处理方法有自己的优势,如在结构物反开挖过程中,它可以起到支护作用;在桥头附近路基处理中,它可以提高桥背土体填筑速度、减小工后沉降等。
(2)新工法 ①高真空击密法。属于软土地基处理的新工法,它通过对软土施加数遍高真空,并施加数遍相应的变能量击密,降低土体含水量,提高土体密实度和承载力,减少地基的工后沉降与差异沉降量的地基处理工法。高真空击密法通过人为地在土层中制造“压差”,利用压差来快速消散超孔隙水压力,使软土中的水快速排出,使击密的效果大大提高。这样不仅可以减少因载荷不均匀产生的不均匀沉降,而且可以有效地弥补传统方法(复合地基法、排水固结法)的不足。
②无排水砂垫层真空预压法。首先在处理场地上打设梅花桩型排水板,其次布置中粗砂垫层的水平向排水系统。可采用两种铺设方式之一,将主管连接到抽真空装置上,铺膜后抽真空施工。该方法适用于大面积软土地基加固,特别是对新近淤积的超软土和吹填土有很好的加固效果,并节省了铺设砂垫层的大量投入。
三、实例分析
某环城线道路工程的建设过程中,因为当地地基情况比较复杂,施工中采用了几种地基改良方法,提高了地基的稳定性,施工效果较为理想,现就某一典型路段加以介绍。该标段其中(53K+700至54K+050)段,原来是池塘,后来千涸形成了一个软弱层。由于该地段地基表层部分软弱层比较厚,故采用了换填法,对地基全部进行了挖换,换成优质土改良路基。换土后增强了土的抗剪强度,地基应力得以扩散,提高了土的稳定性。对于较大面积的地段,这种方法的优越性较为显著。(54K+050至54K+150)段其表层为一薄层黏土,含水量较大,地下水位高。受设计高程限制,其填料厚度比较薄,若用挖掘机开挖换土,机械的效率不能发挥,且地下水位比较高,换土效果不理想。因此,施工时一方面加大加深边沟,降低地下水位,同时采用稳固剂表层处治法处治表面。在石灰卸料时分散堆放在需要地段,用推土机将石灰推散后,再用推挡板铲入地基中,使石灰与黏土能充分结合反应,提高了土的强度。生石灰与水反应,降低了土的含水量,使生石灰体积膨胀,从而提高了周围土的强度。再进行岩渣填筑,经过这样处治,改善了软弱地基,保证了路基的稳定,取得了良好效果。
结束语
软土地基处理好坏会对路基的基础承载力产生直接影响。软基处理在道路工程里非常普遍,其方法也较多,在进行路基处理的时候要根据软基具体情况采取不同的处理方法,因此还需要我们在以后的路基处理施工实践中继续总结经验,以探求更好、更先进的软基处理方法。
参考文献
[1]陆在银,欧阳志宜.浅议高速公路软土地基处理施工[J].安徽建筑,2007(3).
[2] 张立辉.软土路基施工及处理方法[J].交通建设,2009(15).
[3]朱建军.浅谈软土地基处理常用方法[J].山西建筑,2008,25(34).
[4]陈必盛.高压喷射注浆在软土地基处理中的应用研究[J].长沙:中南大学地学与环境工程学院,2005.
关键词:软土路基;地基处理;方法研究;处理方法;施工;表层处理;粉喷桩;排水固结
一、软土路基特征及危害
(1)淤泥与淤泥土质在工程上统称为软土,是指高压缩性软弱土层,软土的主要成分是粒及粉粒,形成一下的结构,天然含水量高、孔隙比大、透水性差、压缩性高、灵敏度高、抗剪强度低、流变性显著。
(2)软土路基问题及其危害概括起来主要有如下两个方面:①强度及稳定问题。当软土路基的抗剪强度不足以承受路堤及路面外荷载时,软土路基会产生局部或整体剪切破坏,造成路堤塌方、失稳及桥台破坏。②沉降变形问题。当软土路基在上部荷载及外部荷载作用下产生过太的沉降变形时,会影响道路的正常使用。特别是产生过大的不均匀沉降时,会造成路面开裂破坏,结构物与路堤衔接处差异沉降,引起桥头跳车,涵身、通道凹陷,沉降缝拉宽而漏水;路面横坡变缓、积水,从而引起路面损坏等。
二、软土地基的工程性质
软土指的是在静力及缓慢流水的情况下以细颗粒为主要成分的沉积物,它的半径不足0.05mm的微粒通常在土样重量中占超过50%的比例。其性质同地基土的沉积年代、成层构造、成因类型紧密相关。年代以及成因不一样的软土,即使它的物理指标非常类似,但由于是地基,因此其工程性质也会有较大的差异。
软土的性质包括:含水量非常高,孔隙较大,软土包含黏土以及粉土粒组,同时含有部分的有机质,含水量和孔隙比都较高;透水性差,因此在荷载作用下其固结速度很慢;软土的抗剪强度非常低,压缩性非常高,通常固结的软土层,其压缩系数大概是0.5~1.5MPa,最高会有4.5MPa,压缩的指数是0.35—0.75;其结构性非常明显,软土通常是絮状的结构,特别是海相黏土十分明显;具有明显的流变性,软土承受剪应力会造成其缓慢变形,同时会造成抗剪强度的下降,当主固结沉降结束以后还会造成可观的次固结沉降。
二、现有软土路基的施工处理方法研究
(1)主要处理方法
①高压喷射注浆技术
喷射注浆技术引入我国已有四十多年的历史,是一种比较成熟的施工手法,在化学注浆技术结合高压射流切割技术基础上发展起来的,其实质是采用钻机先钻进至预定深度后,由钻杆一端安装的特别喷嘴把水泥浆液高压喷出,以喷射流切割搅动土体,同时钻杆边旋转边提升,使土粒与水泥浆混合凝固,从而造成一个均匀的圆柱状水泥土固结体,以达到加固地基和止水防渗的目的。高压喷射注浆技术主要应用在N值(土壤标准贯入值)为0—30的淤泥、粘性土、砂土、砂砾及含部分卵石层的地基中,也可用于铁路、公路和建筑物基础加固防止下沉、坝基防渗帷幕以及施工中的临时支护等。
②冻结法
冻结法通过采用液态氮或二氧化碳膨胀,或采用普通的机械制冷设备与一个封闭式液压系统相连接,而使冷却液在内流动,从而使软而湿的土进行冻结,以提高土的强度和降低土的压缩性。该法适用于各类土,特别是软土地质条件,开挖深度大于7~8m地基中。
③压密注浆碎石桩处理方法
这是一种适合现场实际工程地质概况并经过计算分析和试验证明可行而采用的一种全新的软土路基处理方法。压密注浆碎石桩技术通过在被加固场地的桩位成孔、投碎石,然后通过桩中的碎石桩体进行低压注浆,等水泥浆液初凝后,通过预埋的注浆管向碎石桩体及桩周土体进行中高压注浆,使桩体及桩周土体进一步密实,由此形成以注浆碎石桩、改性的桩周体及桩间土构成的复合地基。这样的地基不仅可满足高速公路安全的要求,也不会对原路堤造成任何形式的破坏。
④复合地基处理方法
这种方法主要有粉喷桩、旋喷桩和碎石桩等。如采用粉喷桩设计,对软土层厚度大于10.0m,填土设计标高8.Om以上的路堤,粉喷桩间距取1.Om,喷粉量50kg/m,其每平方米的单价是压密注浆方法的2~3倍;若采用旋喷桩处理單价更高,大约是压密注浆处理的3~4倍。另一方面成桩的质量难以控制,如粉喷桩,理论上讲成桩有效长度可达25m以上,但大量的工程实例反映,粉喷桩桩长过大,其质量难以保证。在成桩过程中还存在喷粉量不足、搅拌不均匀、胶接不好等先天质量问题。在施工条件良好的情况下,复合地基处理方法有自己的优势,如在结构物反开挖过程中,它可以起到支护作用;在桥头附近路基处理中,它可以提高桥背土体填筑速度、减小工后沉降等。
(2)新工法 ①高真空击密法。属于软土地基处理的新工法,它通过对软土施加数遍高真空,并施加数遍相应的变能量击密,降低土体含水量,提高土体密实度和承载力,减少地基的工后沉降与差异沉降量的地基处理工法。高真空击密法通过人为地在土层中制造“压差”,利用压差来快速消散超孔隙水压力,使软土中的水快速排出,使击密的效果大大提高。这样不仅可以减少因载荷不均匀产生的不均匀沉降,而且可以有效地弥补传统方法(复合地基法、排水固结法)的不足。
②无排水砂垫层真空预压法。首先在处理场地上打设梅花桩型排水板,其次布置中粗砂垫层的水平向排水系统。可采用两种铺设方式之一,将主管连接到抽真空装置上,铺膜后抽真空施工。该方法适用于大面积软土地基加固,特别是对新近淤积的超软土和吹填土有很好的加固效果,并节省了铺设砂垫层的大量投入。
三、实例分析
某环城线道路工程的建设过程中,因为当地地基情况比较复杂,施工中采用了几种地基改良方法,提高了地基的稳定性,施工效果较为理想,现就某一典型路段加以介绍。该标段其中(53K+700至54K+050)段,原来是池塘,后来千涸形成了一个软弱层。由于该地段地基表层部分软弱层比较厚,故采用了换填法,对地基全部进行了挖换,换成优质土改良路基。换土后增强了土的抗剪强度,地基应力得以扩散,提高了土的稳定性。对于较大面积的地段,这种方法的优越性较为显著。(54K+050至54K+150)段其表层为一薄层黏土,含水量较大,地下水位高。受设计高程限制,其填料厚度比较薄,若用挖掘机开挖换土,机械的效率不能发挥,且地下水位比较高,换土效果不理想。因此,施工时一方面加大加深边沟,降低地下水位,同时采用稳固剂表层处治法处治表面。在石灰卸料时分散堆放在需要地段,用推土机将石灰推散后,再用推挡板铲入地基中,使石灰与黏土能充分结合反应,提高了土的强度。生石灰与水反应,降低了土的含水量,使生石灰体积膨胀,从而提高了周围土的强度。再进行岩渣填筑,经过这样处治,改善了软弱地基,保证了路基的稳定,取得了良好效果。
结束语
软土地基处理好坏会对路基的基础承载力产生直接影响。软基处理在道路工程里非常普遍,其方法也较多,在进行路基处理的时候要根据软基具体情况采取不同的处理方法,因此还需要我们在以后的路基处理施工实践中继续总结经验,以探求更好、更先进的软基处理方法。
参考文献
[1]陆在银,欧阳志宜.浅议高速公路软土地基处理施工[J].安徽建筑,2007(3).
[2] 张立辉.软土路基施工及处理方法[J].交通建设,2009(15).
[3]朱建军.浅谈软土地基处理常用方法[J].山西建筑,2008,25(34).
[4]陈必盛.高压喷射注浆在软土地基处理中的应用研究[J].长沙:中南大学地学与环境工程学院,2005.