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摘 要:软土是指天然含水量大、压缩性高、强度低、而渗透性低的一种软塑到流塑状态的粘性土。根据机场特点:大面积、土堤荷载相对较小的等特点。机场场道对软土地基处理最常用的几种处理方法加以研究。其中包括真空预压法、强夯加固法、真空联合堆载预压法、排水板+堆载预压的深层加固法、粉喷桩法等。
关键词:机场场道;软土;处理方法
软土是指天然含水量大、压缩性高、强度低、而渗透性低的一种软塑到流塑状态的粘性土。建设部颁布《软土地区工程地质勘察规范》规定:以天然含水量、液限、天然孔隙比等3项指标来划分软土;交通部《公路土工试验规范》则以天然含水量、孔隙比、压缩系数、饱和度和内摩擦角等5项指标来划分软土。交通部后又颁布《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》,在总结经验的基础上,软土的划分标准采用天然含水量大于35%或液限、天然孔隙比大于1.0、十字板剪切强度小于35kPa等3项指标。凡符合以上3项指标的粘性土均为软土。
一、主要特点
(一)含水量高。根据高速公路软土资料统计,淤泥质土的天然含水量平均值48%,淤泥的天然含水量平均值76%,少数可达100%以上,因此土体一般均呈流塑状;
(二)压缩性高。据高速公路软土统计资料,淤泥的压缩系数约为1.34MPa-1,淤泥质土的压缩系数约为0.73MPa-1,均属高压缩性土;
(三)粘聚力小。淤泥质土快剪粘聚力平均值12.4kPa,淤泥快剪粘聚力平均值9.1kPa。因此土体抵抗剪切变形能力差。在施工中经常遇到路堤填土到一定高度出现滑塌,从而造成路堤失稳;
(四)天然孔隙比大。据高速公路软土统计资料,淤泥质土天然孔隙比约为1.25,淤泥的天然孔隙比约为1.8;
(五)固结系数小。根据软土统计资料,固结系数一般在4.0×10-3cm2/s左右,这就意味着土体完成固结沉降所需的时间较长,这对施工工期影响较大。
二、软土地基处理方法
常见的软土地基处理方法可以分为:
(一)排水固结法,包括:堆载预压法、砂井堆载预压法、砂井真空预压法、井点降水法、电渗法等;
(二)置换及拌入法,包括:垫层法、开挖置换法、深层搅拌法、灌注桩法、粉体喷射搅拌、旋喷法、CFG桩法;
(三)振密和挤密法,包括:砂桩法、碎石桩法、强夯法、振冲挤密法、振冲置换法;
(四)加筋法,包括:土工聚合物法、土工格栅、土工膜、土工格室、加筋土、锚固技术。
三、机场场道对软土地基处理最常用的几种处理方法
根据机场特点:大面积、土堤荷载相对较小的等特点,机场场道对软土地基处理最常用的几种处理方法加以研究。其中包括真空预压法、强夯加固法、真空联合堆载预压法、排水板+堆载预压的深层加固法、粉喷桩法、深层搅拌桩法等。
(一)真空预压法
真空预压法的特点是:1、工期短,真空预压抽气时无须控制加荷速率,可一次加上而不必担心地基失稳,排水固结速度快,故可缩短工期。2、不需大量预压材料,施工机具设备简单,且可重复使用。因而费用相对低廉。3、加固效果显著,真空预压不仅沉降大,均匀,而且侧向位移向着预压区中心,不像堆载预压那样侧向挤出、隆起。所以真空预压的地基比堆载预压的地基密实度大,此法特别适用于加固超软地基。其机理是:由于软土渗透性小,首先在需要加固的地基上打设垂直排水通道,排水通道可采用袋装砂井或塑料排水板等,在其上铺设排水垫层,然后在垫层上铺设密封膜,并使其四周埋设于地下水位以下,使之与大气隔离。最后采用抽真空泵降低被加固地基内孔隙水压力,使其地基内有效应力增加,从而使土体得到加固。由于密封膜使其被加固土体得到密封与大气压隔离,当采用抽真空泵抽真空时,砂垫层和垂直排水通道内的孔隙水压力迅速降低。土体内的孔隙水压力,随着排水通道内孔隙压力的降低(形成压力梯度)而逐渐降低。根据太沙基有效应力原理,当总应力不变时,孔隙水压力的降低值全部转化为有效应力的增加值。所以,地基土体内在新增加的有效应力作用下,使土体排水固结,从而达到加固地基的目的。
(二)强夯加固法
强夯加固法主要目的在于处理好场道地基下沟、河塘软土。强夯加固法是技术上比较可靠、经济上相对合理的浅层处理方法。土基经强夯加固后可形成厚约8m,强度较高的相对均匀密实的硬壳层,使下部土体所受应力分布扩散从而减小差异沉降。此方法在实施时要特别注意场区地下水位和地基土粘粒含量较高的问题,可通过采取填筑粗骨料强夯垫层、插塑料排水板和优化强夯工艺等措施加以解决。
采用强夯法加固,预计加固深度可达8m左右,该层厚度内的土基可形成一个超密实的“硬壳层”。浅层地基的沉降已全部完成,且为超固结状态,地基浅层承载力可较大幅度得到提高。浅层粉质土层的地震液化问题也可基本得到解决。但下部软土的长期沉降问题仍未解决,预计残余沉降仍可达10-30cm。由于有上部“硬壳层”的存在,可大大减少地基的差异沉降。强夯加固的实施步骤为:先清除表层的耕植上并下挖至设计的标高;回填80-90cm的吹填砂;回填50cm山皮石或无害工业废碴;强夯加固压缩70cm;地基表层整平。
(三)真空联合堆载预压法
当预压荷载要求大于8t/m2时,可以在真空预压的同时并在膜上堆载,堆载预压时在地基中产生的附加应力与真空预压时降低地基的孔隙水应力,两者均转化为新增加的有效应力并且可以叠加。这样既有真空预压的作用,又有堆载的作用。其结果是:地基土体由于抽真空而发生向内收缩变形,因而堆载荷重可以迅速施加,而不会引起土体向外挤压破坏,同时由于真空代替一部分荷重,降低了堆载的高度,减少了堆载的工作量。
真空联合堆载预压法具有真空预压法相同的特点,扩大了真空预压法的适用范围,任何要求大于8t/m2预压荷载的地基均适用。对真空预压加固前后的地基应进行下列试验:钻探取土做土工试验,现场做十字板、静力触探试验以及在加固后地基上做载荷试验。
排水板+堆载预压的深层加固法此法可以通过深层处理措施,尽可能在施工期完成地基大部分最终沉降量,以减少工后地基残余沉降量,从而控制工后地基差异沉降,提高地基土的强度。根据固结理论,固结时间与排水距离的平方成正比。要缩短工期,减少排水距离是关键。目前采用的垂直排水法就是以缩短固结时间为目的。在软土中埋设塑料排水板、袋装砂井或普通砂井都会形成固结排水通道。此方法通常配合堆载预压或真空预压。塑料排水板具有施工速度快,造价低等优势。
其实施步骤为:清除表层耕植土,并挖至设计要求的标高;回填55-60cm吹填砂,并压实;回填中、粗砂垫层50cm,并压实;打设塑料排水板,或袋装砂井;回填山皮土50cm,并压实;堆载至设计堆载顶高程;压载到时后卸载,用推土机将多余的堆料推向两侧安全区回填,压实。
(四)粉喷桩法
喷粉桩法的正式名称为粉体深层喷粉搅拌法,是胶结法处理软土地基的一种。它利用水泥或石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,就地在软土中利用压缩空气喷射石灰或水泥干粉,与软土强行搅拌,利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理-化学反应,使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基,以达到提高地基承载力、减少地基沉降量的目的。其地基应视为复合地基,桩土共同承担应力。它具有施工速度快,设备轻便,便于移动,方法容易掌握,处理深度较大等优点,且工后沉降较小,排水固结时间短。
关键词:机场场道;软土;处理方法
软土是指天然含水量大、压缩性高、强度低、而渗透性低的一种软塑到流塑状态的粘性土。建设部颁布《软土地区工程地质勘察规范》规定:以天然含水量、液限、天然孔隙比等3项指标来划分软土;交通部《公路土工试验规范》则以天然含水量、孔隙比、压缩系数、饱和度和内摩擦角等5项指标来划分软土。交通部后又颁布《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》,在总结经验的基础上,软土的划分标准采用天然含水量大于35%或液限、天然孔隙比大于1.0、十字板剪切强度小于35kPa等3项指标。凡符合以上3项指标的粘性土均为软土。
一、主要特点
(一)含水量高。根据高速公路软土资料统计,淤泥质土的天然含水量平均值48%,淤泥的天然含水量平均值76%,少数可达100%以上,因此土体一般均呈流塑状;
(二)压缩性高。据高速公路软土统计资料,淤泥的压缩系数约为1.34MPa-1,淤泥质土的压缩系数约为0.73MPa-1,均属高压缩性土;
(三)粘聚力小。淤泥质土快剪粘聚力平均值12.4kPa,淤泥快剪粘聚力平均值9.1kPa。因此土体抵抗剪切变形能力差。在施工中经常遇到路堤填土到一定高度出现滑塌,从而造成路堤失稳;
(四)天然孔隙比大。据高速公路软土统计资料,淤泥质土天然孔隙比约为1.25,淤泥的天然孔隙比约为1.8;
(五)固结系数小。根据软土统计资料,固结系数一般在4.0×10-3cm2/s左右,这就意味着土体完成固结沉降所需的时间较长,这对施工工期影响较大。
二、软土地基处理方法
常见的软土地基处理方法可以分为:
(一)排水固结法,包括:堆载预压法、砂井堆载预压法、砂井真空预压法、井点降水法、电渗法等;
(二)置换及拌入法,包括:垫层法、开挖置换法、深层搅拌法、灌注桩法、粉体喷射搅拌、旋喷法、CFG桩法;
(三)振密和挤密法,包括:砂桩法、碎石桩法、强夯法、振冲挤密法、振冲置换法;
(四)加筋法,包括:土工聚合物法、土工格栅、土工膜、土工格室、加筋土、锚固技术。
三、机场场道对软土地基处理最常用的几种处理方法
根据机场特点:大面积、土堤荷载相对较小的等特点,机场场道对软土地基处理最常用的几种处理方法加以研究。其中包括真空预压法、强夯加固法、真空联合堆载预压法、排水板+堆载预压的深层加固法、粉喷桩法、深层搅拌桩法等。
(一)真空预压法
真空预压法的特点是:1、工期短,真空预压抽气时无须控制加荷速率,可一次加上而不必担心地基失稳,排水固结速度快,故可缩短工期。2、不需大量预压材料,施工机具设备简单,且可重复使用。因而费用相对低廉。3、加固效果显著,真空预压不仅沉降大,均匀,而且侧向位移向着预压区中心,不像堆载预压那样侧向挤出、隆起。所以真空预压的地基比堆载预压的地基密实度大,此法特别适用于加固超软地基。其机理是:由于软土渗透性小,首先在需要加固的地基上打设垂直排水通道,排水通道可采用袋装砂井或塑料排水板等,在其上铺设排水垫层,然后在垫层上铺设密封膜,并使其四周埋设于地下水位以下,使之与大气隔离。最后采用抽真空泵降低被加固地基内孔隙水压力,使其地基内有效应力增加,从而使土体得到加固。由于密封膜使其被加固土体得到密封与大气压隔离,当采用抽真空泵抽真空时,砂垫层和垂直排水通道内的孔隙水压力迅速降低。土体内的孔隙水压力,随着排水通道内孔隙压力的降低(形成压力梯度)而逐渐降低。根据太沙基有效应力原理,当总应力不变时,孔隙水压力的降低值全部转化为有效应力的增加值。所以,地基土体内在新增加的有效应力作用下,使土体排水固结,从而达到加固地基的目的。
(二)强夯加固法
强夯加固法主要目的在于处理好场道地基下沟、河塘软土。强夯加固法是技术上比较可靠、经济上相对合理的浅层处理方法。土基经强夯加固后可形成厚约8m,强度较高的相对均匀密实的硬壳层,使下部土体所受应力分布扩散从而减小差异沉降。此方法在实施时要特别注意场区地下水位和地基土粘粒含量较高的问题,可通过采取填筑粗骨料强夯垫层、插塑料排水板和优化强夯工艺等措施加以解决。
采用强夯法加固,预计加固深度可达8m左右,该层厚度内的土基可形成一个超密实的“硬壳层”。浅层地基的沉降已全部完成,且为超固结状态,地基浅层承载力可较大幅度得到提高。浅层粉质土层的地震液化问题也可基本得到解决。但下部软土的长期沉降问题仍未解决,预计残余沉降仍可达10-30cm。由于有上部“硬壳层”的存在,可大大减少地基的差异沉降。强夯加固的实施步骤为:先清除表层的耕植上并下挖至设计的标高;回填80-90cm的吹填砂;回填50cm山皮石或无害工业废碴;强夯加固压缩70cm;地基表层整平。
(三)真空联合堆载预压法
当预压荷载要求大于8t/m2时,可以在真空预压的同时并在膜上堆载,堆载预压时在地基中产生的附加应力与真空预压时降低地基的孔隙水应力,两者均转化为新增加的有效应力并且可以叠加。这样既有真空预压的作用,又有堆载的作用。其结果是:地基土体由于抽真空而发生向内收缩变形,因而堆载荷重可以迅速施加,而不会引起土体向外挤压破坏,同时由于真空代替一部分荷重,降低了堆载的高度,减少了堆载的工作量。
真空联合堆载预压法具有真空预压法相同的特点,扩大了真空预压法的适用范围,任何要求大于8t/m2预压荷载的地基均适用。对真空预压加固前后的地基应进行下列试验:钻探取土做土工试验,现场做十字板、静力触探试验以及在加固后地基上做载荷试验。
排水板+堆载预压的深层加固法此法可以通过深层处理措施,尽可能在施工期完成地基大部分最终沉降量,以减少工后地基残余沉降量,从而控制工后地基差异沉降,提高地基土的强度。根据固结理论,固结时间与排水距离的平方成正比。要缩短工期,减少排水距离是关键。目前采用的垂直排水法就是以缩短固结时间为目的。在软土中埋设塑料排水板、袋装砂井或普通砂井都会形成固结排水通道。此方法通常配合堆载预压或真空预压。塑料排水板具有施工速度快,造价低等优势。
其实施步骤为:清除表层耕植土,并挖至设计要求的标高;回填55-60cm吹填砂,并压实;回填中、粗砂垫层50cm,并压实;打设塑料排水板,或袋装砂井;回填山皮土50cm,并压实;堆载至设计堆载顶高程;压载到时后卸载,用推土机将多余的堆料推向两侧安全区回填,压实。
(四)粉喷桩法
喷粉桩法的正式名称为粉体深层喷粉搅拌法,是胶结法处理软土地基的一种。它利用水泥或石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,就地在软土中利用压缩空气喷射石灰或水泥干粉,与软土强行搅拌,利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理-化学反应,使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基,以达到提高地基承载力、减少地基沉降量的目的。其地基应视为复合地基,桩土共同承担应力。它具有施工速度快,设备轻便,便于移动,方法容易掌握,处理深度较大等优点,且工后沉降较小,排水固结时间短。