公路工程软土路基的解决
摘要:分析了软土地基的特点,介绍了现阶段软土路基的处理方法,并提出了处理实际工程的思路,为软土路基处理方案的设计和施工提供参考。
1、前言
软土一般指天然含水量大,压缩性高,承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。交通部颁布的《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96),将软土的划分标准采用天然含水量的质量分数≥35%或液限、天然孔隙比≥1.0、十字板剪切强度<35kPa等3项指标。凡符合以上3项指标的粘性土均为软土。随着公路等级及技术标准的提高,路堤高度超过填土极限高度的情况时有发生,我们在近几年的公路建设中均遇到了不同规模、程度的软基问题,由于软土沉降稳定要花费较长时间,此外软土结构在大交通量,重载车辆的作用下,路基容易产生侧向膨胀挤出滑动,基层沉降现象也较严重。因此为了增强压密稳定力度和较短时间达到最终沉降,消除侧向滑动位移,以免路堤向两侧膨胀挤出,确保路基及其外侧建筑物,或其他农田的安全,必须对软基进行浅层或深层处理。
2、软土路基的特点
软土是被水所饱和的土,孔隙中充满着水分,由于粘土颗粒粒径小,土粒间的孔隙直径也小,以致孔隙中所含的水有一部分被吸附在土粒的表面,成为结合水。因此水的自由渗透只能通过结合水以外的更小的孔隙,大大地降低了土的透水性能。软土在压力作用下,随着土的压缩必须有同体积的水被挤出。土的压缩是随着时间的增长而增长,含水量逐渐减少,土的密度和强度亦逐渐增大,这就是土的固结。软土路基天然含水量高,天然孔隙比大,抗剪强度低.压缩系数高,渗透系数小,地基承载力低,地基沉降变形大,而且沉降稳定历时比较长。路堤未修筑前,软土地层的强度很低,若在短时间内修筑路堤.因固结缓慢,地基软土中孔隙水来不及排出,土的抗剪强度仍很低.阻抗不了快速增加的附加应力,土体就会发生剪切破坏,所以软土处理的主要方法就是采取排水措施,增加排水速度,加快软土固结提高其强度。
3、软土路基处理方法
软基处治方法很多,归纳起来有五大类,即置换、排水固结、振动挤密,胶结和加筋等,细分起来约有70多种。在公路工程方面经过多年来的优选和实践,除在一些试验工程还选用一些新的方法外,较多的工程则选用常规的、传统的方法,即置换、固结排水和振动挤密等方法。这些方法的特点是技术可靠,经济适用、施工容易、效果显著且不受时空限制,故值得推广应用。
3.1浅层处治
浅层处治适用于表层软土厚度小于3m的软土路段。
3.1.1砂垫层
用于软土层距地面不深且厚度较薄时,不必采用深层处治或仅用堆载加压即可使其达到沉降稳定的情况。砂垫层的作用是为了加固地基和增强排水,因此砂垫层的质量很重要。它取决于砂粒大小和含泥量多少,一般以中、粗砂和含泥量少于3%(质量分数)为宜,同时又应注意其厚度和设置位置,目前厚度多控制在50~80cm,改变了过去仅用30cm的状况。其原因是地基原地面施工前虽然平整,但不一定理想,如出现凹凸不平,其厚度不尽人意等情况。因此,为了保证处治效果,应适当地增加厚度。同时处理路段地基湿软时,应先在原地面上铺一层山土,经轻压后,再在其上铺砂垫层,以便充分发挥砂垫层的排水作用。当路段采用砂路堤且砂本身粒径和纯净度良好时,不必再专门铺砂垫层。同时原地面有硬壳层时应加以保护,砂垫层可直接铺在硬壳层上。
3.1.2换填
当软土层距地面较近,厚度较薄,甚至地面上有鱼塘、虾池或稻田时,往往表面存在
有淤泥,此时可直接将这些淤泥、软土挖掉,换填以优质砂砾或适宜的选料,以彻底消除其隐患。清除表层淤泥时,可采用高压水泵直接切割,再将泥浆抽掉,当地面凉晒干后,再铺筑路基。
3.1.3抛石挤淤
一般用于当泥沼及软土厚度小于3.0m,且其软层位于水下,更换土壤施工困难或基底直接落在含水量极高的淤泥上的情况。抛石料一般以片石为宜,抛石通常不小于50cm,挤淤的处治深度与抛石路堤自重所产生的地面变形有关。其实质是使土基产生整体剪切滑移破坏
而达到置换软土的目的。抛石挤淤仅适用于极软塑、流塑的软土。为了在排淤中土基产生整体破坏性时,不使路堤的整体性受到大的影响,在抛石挤淤后,还应在路堤底、地表上铺设网状土工织物,为达到排水及隔离的作用,网状材料或土工布应铺在砂或砂垫层下,砂垫层一般为30cm厚。抛石挤淤简便、经济,但淤泥较厚时,选用此法需慎重。
3.2深层处结
对于表层软土厚度大于3m或软土层较厚、距地表较近时,或路基范围内既有较厚软土又有土质良好的山丘从而产生差异沉降时,应进行深层处治。
3.2.1排水固结加固法
其原理是在软基中设置袋装砂井或塑料排水板,利用路堤重量分级加载,使软土中的孔隙水排出后逐渐固结,地基因而产生压密沉降,同时地基强度也逐渐提高的一种方法。常用在人工构造物与路堤相邻的过渡段,以达到控制严格的工后沉降的要求。
(1)塑料排水板是将100mm宽、2~4mm厚的塑料板插入软土层中,由于板中有深沟,土中孔隙水在受压情况下顺沟向上排除于地面以外。塑料板排水功能好坏,取决于本身质量的优劣。因此应用原生塑料制成,以免在施工时拉断或折裂;其次是插入土中时应按设计要求位置和深度垂直而下,不要让其偏斜和减短。
(2)袋装砂井一般用直径70cm塑料编制袋内装粗砂、中砂,装实后直接打入土中。在砂料就地可取的地区,是比较经济的,但应注意其直径变化,也应控制其插入长度,防止长的袋装砂井因重量大发生拉断现象。若根据计算确定需要很长砂井时,可考虑用塑料排水板或类似的复合排水体代替。砂桩中的砂粒要注意粒径粗些、杂质少些,防止堆放场地的泥土污染砂源。采用上述两种材料一般均能起到排水固结作用,且由于其单价低,施工简单,操作容易,效果良好,已成为公路软土地基深层处治的常用方法。
3.2.2土工织物加强法
采用编织土工布和土工格栅,铺设于软基表面,可单独使用,也可以联合使用。更多地是在深层处治后铺设。其在土工中的主要作用有反滤、排水、隔离和补强4种,可以用来有效地解决软土地基加固的难题。施工时应先在地面填以厚度为30cm的中粗砂,以增加土工织物摩阻力,充分发挥其调整应力的作用。一般在铺设时采用张拉施工,并将两端锚固为佳,而且还要注意材料质量和工艺流程,如接头处要衔接平整,材料应检验合格后才能使用。土工织物的作用主要表现在增加软基的稳定性。同时还起着隔离过滤、保持路基填土纯净的作用,而土工格栅的加强度和抗滑性,也有其独到的特点。近年,不少土工织物厂联合研究机构,共同研发了不少新品种。土工织物的发展具有良好的前景。目前,在深圳公路建设中对土工织物持审视和观察态度。
3.2.3复合地基法
(1)粉喷桩、旋喷桩都是用水泥(石灰或粉煤灰等)作为固化剂,通过深层搅拌机械,在地下深层将水泥等浆液或粉体经搅拌后产生的化学固化和物理作用形成的桩体,并与桩固的加强土体形成复合地基,以增加地基承载力、压缩模量和抗剪切力,以承担较大的荷载。粉喷桩是用干粉与湿软土搅拌成桩,其适用的加固范围为天然含水量大于30%的淤泥质土、粘性土和粉性土地基。粉喷桩加固深度不宜大于15m,直径一般为50cm,水泥用量掺入比为15%-20%,但最佳掺入比应根据室内试验确定。旋喷桩是用高压旋喷水泥浆液与软土拌和形成柱体,
旋喷桩直径可喷射成40-200cm的柱体,长度也可深些。复合地基法具有施工速度快、加固深度大、效果好、能有效地解决差异沉降、对周围环境污染少等特点。因而目前较多的用于公路中结构物及结构与路基过渡段地基处治工程,尤其是工期紧迫,要求限期通车的地段。
(2)碎石桩是利用振冲器,在高压水流下边冲边振在软土中成孔,并分批在孔内充填碎石形成桩体,与挤密土体成为复合地基。为了保证桩基质量,在施工前应作好地质勘探并取出当地土样,做室内最佳配合比试验,以确定合理固化剂掺入量。在施工时要加强监视以保证桩基位置、数量、长度,以及材料质量和用量,搅拌次数和冲振情况,同时还要做取芯检查或其他测试手段,如触探、荷载试验以了解其加固效果。
(3)强夯置换法适用于软塑-流塑的粘性土等软弱地基,对于解决差异沉降效果理想。置换材料可用粒径不大于500mm,能配良好的碎石类土及砾砂粗砂等硬质材料,其含量的质量分数不大于5%,当处理不排水抗剪强度小于20kPa的土层时,宜选用直径较大的块石或碎石等。墩位布置对于公路这样的条形基础来说,宜按正方形、矩形或等腰三角形布置,墩的间距一般为3-6m。处理范围应大于基底面积,应在处理地基范围外缘增加一排墩。在墩顶应铺设一层厚度为0.5-1.0倍墩净间距的垫层,最小厚度应大于500mm,垫层材料可采用块石、碎石等,该方法的有效加固深度一般为4-9m。强夯置换法在深圳地区处理建筑地基时应用较为广泛,在公路中应用不多,因为强夯时对周围建筑物的振动影响较大,对于处理地基范围外有较多建筑物时应慎用。复合地基比之前几种方法施工时间快,效果也不错,但由于动用机械多,使用材料贵,相应造价也高。
3结束语
软土地基对于公路造成的危害,主要是使公路产生不均匀的沉降,从而造成道路的坎坷不平而跳车,上述的一些处理方法和措施实际上都是运用渗透固结理论来处理饱和土的固结过程。软土路基处理的主要目的是相同的,即增加地基承载力,增强地基强度,减小沉降量。对于实际工程所采用的处理方法,要根据施工地点的实际条件综合考虑经济、地质、地材、人力物力和机械设备能力等,确定合理的地基处理方案。
参考文献
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