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摘 要:本文从公路路基建设的自身规律出发,简要论述了几种软土地基的处理方法,仅供同行参考。
关键词:公路;软土地基;处理方法
软弱地基的特点是地基承载力较低,荷载或土体自重作用下变形较大,处理不好将直接影响路面的平整度、桥涵结构的稳定和行车的安全。因此,选择合适的软弱路基处理方法是保证建设质量的重要因素。
软弱地基加固或处理方法很多,根据作用机理可概括为换填法、排水固结法、挤密法、化学加固法、土工织物、加筋土法、挖沟晾晒法、调整结构法等。
1.换填法
换填法就是将地基软弱层的全部或部分换填为强度较高、透水性好的材料,可以提高地基承载力,减小沉降量。在工期较紧、优质材料来源充足时是一种有效的方法。可分为挖填法、抛石法、爆破法、垫层法、泡沫聚苯乙烯、陀螺桩地基等。
1.1挖填法
当软弱层较薄时,且位于地表,在排水施工方便的情况下,可采用挖填法。采用此方法就是将软弱层挖除,用粘土或适宜的材料回填并碾压密实。一般挖填深度不宜超过2m。
1.2抛石法
采用不小于30cm的片石,从路堤中部向两侧抛投片石,从而使泥沼或软土挤出,待抛石露出水面之后用重型压路机压实。此种方法适用于排水困难的洼地,软弱层呈流动状态,厚度较薄、表面无硬壳且石料方便的情况。
1.3爆破法
爆破法就是将炸药埋在软弱层中爆炸,把泥沼或软土排除,从而换填入透水性较好的材料。爆破法换填深度较大,工效高。适用于软弱层较厚、稠度大、路堤较宽且工期较紧的情况。
1.4垫层法
在稠度较大的软弱层表面上,垫以砂、砂砾石、碎石等材料,充分碾压密实后形成具有一定稳定性的硬壳层。设置垫层可提高承载力,减少沉降量,加速软弱层的排水固结,防止冻胀,消除膨胀土的胀缩作用。
1.5泡沫聚乙烯块法
泡沫聚乙烯的密度小,是普通砾石或砂的1/50~1/100,每立方米约为20~40kg,属超轻型材料。吸水性极小,耐水性能好。用泡沫聚乙烯块材料代替路基土,可以减少地基应力,强度高,无侧向变形,泡沫聚乙烯块可用于路堤、小桥涵台背回填等。它具有施工方便、不污染环境、能缩短工期的特点。
2.排水固结法
排水固结法是根据固结理论在软土中设置排水通道,通过加压排水促使固结沉降,提高抗剪强度。常用的方法有砂垫层、碎石垫层、砂井、袋装砂井、塑料排水板、降水预压、真空预压、加载预压法等。
2.1砂井
砂井是用钻探、沉入钢管或高压射水法在地基中形成井孔,再灌入粗、中砂,砂井系三向排水固结,在平面上以矩形或梅花形布置。
2.2袋装砂井
袋装砂井是将中、粗砂装入聚丙烯等细长袋内,放入预先成好的井中,与普通的砂井相比,直径小、重量轻、施工机具简单、便于操作。砂袋是一个整体,具有连续性和密实性,质量可靠,并有一定的抗滑能力。
2.3塑料板排水
将预制好的特制塑料板插入软土中,形成类似袋装砂井的竖向排水通道,顶面则铺以砂垫层或土工织物形成排水系统。塑料板重量轻、插板机具简单、操作方便。
排水固结的方法较多,在处理软土时应根据不同的地质土壤条件、软土层厚度、地下水位情况,往往需几种方法同时应用并举进行加固。
3.挤密法
挤密法是通过对地基压实,提高强度和降低收缩性达到加固的目的,或者在地基中用锤击、振冲、爆破等方法成孔,在孔中分别填入砂、碎石、生石灰等材料,压实后形成直径较大的桩体,并与桩间挤密的土共同组成复合地基,提高地基强度。 3.1碾压密实法
根据土体的压实机理和影响压实效果的因素,对于不同的土体应选择不同的压实机具和采用不同的压实方法。通常情况下,在含水量一定时,土基压实功越大,密度越大,压实度越高。
3.2桩基挤密法
桩基挤密法中桩体的种类较多,其加固原理相似,就是应用填料与软土中土体发生反应或者挤密、填料相互嵌挤等机理形成软土与填料的复合地基,提高土体的整体强度,减少沉降。
桩基法根据孔中填入的材料不同,施工工艺及加固机理也有差异。常用的有碎石桩、砂桩、生石灰桩、粉煤灰桩、木排桩、钢筋混凝土桩、水泥搅拌桩等。碎石桩与砂桩作用机理相同,即将地基挤紧,较大地提高了地基的承载力,由于碎石桩或砂桩料源充足易得,施工简单,造价低廉,是常用的加固方法。在成好的孔中填入生石灰块即形成生石灰桩,生石灰桩中加固软土地基的机理是生石灰遇水发生反应,在反应过程中生石灰吸收大量的土体空隙水,使得桩体周围土体含水量降低,同时因吸水石灰体积膨胀将土体挤密,石灰与土体主要发生放热反应、离子交换作用、胶凝作用等使桩体硬化。这样使土体的物理、力学性能和结构都得以改善,从而提高土体的承载力。
4.化学加固法
化学加固法就是利用化学溶液或胶结剂,采用喷射或灌注等措施通过填充土体空隙、离子交换、结硬反应等,使土体与土粒胶结在一块,达到加固土体的目的。
4.1浅层搅拌法
将生石灰、水泥、粉煤灰、水硬性膨胀粉、干氢氧化铝粉等结合料掺入土中,加以拌和,并进行碾压,从而形成硬壳层,一般处理深度不超过1.5m。
4.2深层搅拌法
利用特制的搅拌机械在地层内边搅拌边压送结合料,形成加固桩体或加固墙体,以提高承载力,限制土体的侧向移动及截阻地下的渗透水流。
4.3高压喷射法
用高压脉冲泵将浆液高速喷出,与土体结合,借助浆液的高压冲击力使浆液快速充填于土体空隙中并与土体混合发生胶凝作用,从而形成柱状或壁状加固体,加固后的土体渗水性很差,可以起到截水的作用,常用的浆液有水泥浆、水玻璃为主的浆液、丙烯酸胺为主的浆液、纸浆为主的浆液等。 4.4 Ncs固化剂加固
Ncs是一种复合粘性土的固化材料,它具有较高的吸水性、较好的施工延迟性,对于改善过湿土的路基底基层压实条件效果显著。应用Ncs固化剂时,先将地表淤泥质粘土排除,用农耕梨翻深约20cm,立即按3—6%的固化剂含量均匀撒料,并用旋耕机打碎翻拌。Ncs固化剂与过湿土发生物理化学反应,对土体产生砂化分散作用,土的塑性指数减小,塑限提高,用压路机碾压后可提高地表强度,防止基底剪切变形,使填筑的上层土体能够正常碾压。
4.5生石灰粉加固
在湿土中掺入生石灰粉,使土体产生水化吸水的蒸发固结效应,降低过湿土的含水量,促使土的工程性质发生显著变化。施工时可先挖除表土,在原地基上用轻型压路机碾压1—2遍,在不破坏土体天然结构的情况下,在已备好的适当晾晒的土中掺 入4—6%的生石灰粉采用路拌法拌匀,经碾压密实后可以继续铺筑上一层次,随着层次的增多和厚度的增加,压实密度随之提高。
5.土工织物
土工织物是加固软土路基和治理基层病害常用的一种土工材料,在软土路基或路堤内,铺设一层能够承受一定拉力的塑料膜、化纤无纺布、树脂网、各种格栅、筋条等。土工织物的特点是抗拉强度大,抗断裂和冲击性能好,可以增强路堤强度,防止坍滑和侧向位移,并能沿纵横方向传递荷载,改变软土地基受力状态,使应力分布均匀,增强了路基稳定性,降低路基沉降量。
6.挖沟晾晒法
对于地下水位较低,具有排水条件的路段,可采用挖沟排水法疏干路基范围内浅层地下水,通过晾晒达到降低湿土含水量的目的,便于碾压成型,提高土体的稳定性。
7.调整结构法
软土路堤加固处理时,可以采用改变路堤结构、即调整地基应力的方法。反压护道是一种简单而又常用的处理方法。反压护道就是在路堤两侧填筑适当高度和宽度的护坡道,迫使软土向两侧隆起的趋势减少,在护坡道作用下得以平衡。一般采用单级形式,其高度为路堤高度的0.3~0.5倍。此种方法施工简单,不需要砂石材料,但占地较多。
总之,对于软弱地基处理采用什么方法应根据不同的地质条件、施工条件、土质的物理、力学性能等综合考虑,同时还应考虑其施工的方便性、可行性及经济性。监理工程师应要求承包商首先制定合理的加固或处治方案,经试验验证后才予以批准,并要求严格按加固或处治方案进行施工。加强检测,做好定期观测记录。同时以召开现场观摩会、组织技术协调会等多种形式和手段保证使工程质量达到要求。
关键词:公路;软土地基;处理方法
软弱地基的特点是地基承载力较低,荷载或土体自重作用下变形较大,处理不好将直接影响路面的平整度、桥涵结构的稳定和行车的安全。因此,选择合适的软弱路基处理方法是保证建设质量的重要因素。
软弱地基加固或处理方法很多,根据作用机理可概括为换填法、排水固结法、挤密法、化学加固法、土工织物、加筋土法、挖沟晾晒法、调整结构法等。
1.换填法
换填法就是将地基软弱层的全部或部分换填为强度较高、透水性好的材料,可以提高地基承载力,减小沉降量。在工期较紧、优质材料来源充足时是一种有效的方法。可分为挖填法、抛石法、爆破法、垫层法、泡沫聚苯乙烯、陀螺桩地基等。
1.1挖填法
当软弱层较薄时,且位于地表,在排水施工方便的情况下,可采用挖填法。采用此方法就是将软弱层挖除,用粘土或适宜的材料回填并碾压密实。一般挖填深度不宜超过2m。
1.2抛石法
采用不小于30cm的片石,从路堤中部向两侧抛投片石,从而使泥沼或软土挤出,待抛石露出水面之后用重型压路机压实。此种方法适用于排水困难的洼地,软弱层呈流动状态,厚度较薄、表面无硬壳且石料方便的情况。
1.3爆破法
爆破法就是将炸药埋在软弱层中爆炸,把泥沼或软土排除,从而换填入透水性较好的材料。爆破法换填深度较大,工效高。适用于软弱层较厚、稠度大、路堤较宽且工期较紧的情况。
1.4垫层法
在稠度较大的软弱层表面上,垫以砂、砂砾石、碎石等材料,充分碾压密实后形成具有一定稳定性的硬壳层。设置垫层可提高承载力,减少沉降量,加速软弱层的排水固结,防止冻胀,消除膨胀土的胀缩作用。
1.5泡沫聚乙烯块法
泡沫聚乙烯的密度小,是普通砾石或砂的1/50~1/100,每立方米约为20~40kg,属超轻型材料。吸水性极小,耐水性能好。用泡沫聚乙烯块材料代替路基土,可以减少地基应力,强度高,无侧向变形,泡沫聚乙烯块可用于路堤、小桥涵台背回填等。它具有施工方便、不污染环境、能缩短工期的特点。
2.排水固结法
排水固结法是根据固结理论在软土中设置排水通道,通过加压排水促使固结沉降,提高抗剪强度。常用的方法有砂垫层、碎石垫层、砂井、袋装砂井、塑料排水板、降水预压、真空预压、加载预压法等。
2.1砂井
砂井是用钻探、沉入钢管或高压射水法在地基中形成井孔,再灌入粗、中砂,砂井系三向排水固结,在平面上以矩形或梅花形布置。
2.2袋装砂井
袋装砂井是将中、粗砂装入聚丙烯等细长袋内,放入预先成好的井中,与普通的砂井相比,直径小、重量轻、施工机具简单、便于操作。砂袋是一个整体,具有连续性和密实性,质量可靠,并有一定的抗滑能力。
2.3塑料板排水
将预制好的特制塑料板插入软土中,形成类似袋装砂井的竖向排水通道,顶面则铺以砂垫层或土工织物形成排水系统。塑料板重量轻、插板机具简单、操作方便。
排水固结的方法较多,在处理软土时应根据不同的地质土壤条件、软土层厚度、地下水位情况,往往需几种方法同时应用并举进行加固。
3.挤密法
挤密法是通过对地基压实,提高强度和降低收缩性达到加固的目的,或者在地基中用锤击、振冲、爆破等方法成孔,在孔中分别填入砂、碎石、生石灰等材料,压实后形成直径较大的桩体,并与桩间挤密的土共同组成复合地基,提高地基强度。 3.1碾压密实法
根据土体的压实机理和影响压实效果的因素,对于不同的土体应选择不同的压实机具和采用不同的压实方法。通常情况下,在含水量一定时,土基压实功越大,密度越大,压实度越高。
3.2桩基挤密法
桩基挤密法中桩体的种类较多,其加固原理相似,就是应用填料与软土中土体发生反应或者挤密、填料相互嵌挤等机理形成软土与填料的复合地基,提高土体的整体强度,减少沉降。
桩基法根据孔中填入的材料不同,施工工艺及加固机理也有差异。常用的有碎石桩、砂桩、生石灰桩、粉煤灰桩、木排桩、钢筋混凝土桩、水泥搅拌桩等。碎石桩与砂桩作用机理相同,即将地基挤紧,较大地提高了地基的承载力,由于碎石桩或砂桩料源充足易得,施工简单,造价低廉,是常用的加固方法。在成好的孔中填入生石灰块即形成生石灰桩,生石灰桩中加固软土地基的机理是生石灰遇水发生反应,在反应过程中生石灰吸收大量的土体空隙水,使得桩体周围土体含水量降低,同时因吸水石灰体积膨胀将土体挤密,石灰与土体主要发生放热反应、离子交换作用、胶凝作用等使桩体硬化。这样使土体的物理、力学性能和结构都得以改善,从而提高土体的承载力。
4.化学加固法
化学加固法就是利用化学溶液或胶结剂,采用喷射或灌注等措施通过填充土体空隙、离子交换、结硬反应等,使土体与土粒胶结在一块,达到加固土体的目的。
4.1浅层搅拌法
将生石灰、水泥、粉煤灰、水硬性膨胀粉、干氢氧化铝粉等结合料掺入土中,加以拌和,并进行碾压,从而形成硬壳层,一般处理深度不超过1.5m。
4.2深层搅拌法
利用特制的搅拌机械在地层内边搅拌边压送结合料,形成加固桩体或加固墙体,以提高承载力,限制土体的侧向移动及截阻地下的渗透水流。
4.3高压喷射法
用高压脉冲泵将浆液高速喷出,与土体结合,借助浆液的高压冲击力使浆液快速充填于土体空隙中并与土体混合发生胶凝作用,从而形成柱状或壁状加固体,加固后的土体渗水性很差,可以起到截水的作用,常用的浆液有水泥浆、水玻璃为主的浆液、丙烯酸胺为主的浆液、纸浆为主的浆液等。 4.4 Ncs固化剂加固
Ncs是一种复合粘性土的固化材料,它具有较高的吸水性、较好的施工延迟性,对于改善过湿土的路基底基层压实条件效果显著。应用Ncs固化剂时,先将地表淤泥质粘土排除,用农耕梨翻深约20cm,立即按3—6%的固化剂含量均匀撒料,并用旋耕机打碎翻拌。Ncs固化剂与过湿土发生物理化学反应,对土体产生砂化分散作用,土的塑性指数减小,塑限提高,用压路机碾压后可提高地表强度,防止基底剪切变形,使填筑的上层土体能够正常碾压。
4.5生石灰粉加固
在湿土中掺入生石灰粉,使土体产生水化吸水的蒸发固结效应,降低过湿土的含水量,促使土的工程性质发生显著变化。施工时可先挖除表土,在原地基上用轻型压路机碾压1—2遍,在不破坏土体天然结构的情况下,在已备好的适当晾晒的土中掺 入4—6%的生石灰粉采用路拌法拌匀,经碾压密实后可以继续铺筑上一层次,随着层次的增多和厚度的增加,压实密度随之提高。
5.土工织物
土工织物是加固软土路基和治理基层病害常用的一种土工材料,在软土路基或路堤内,铺设一层能够承受一定拉力的塑料膜、化纤无纺布、树脂网、各种格栅、筋条等。土工织物的特点是抗拉强度大,抗断裂和冲击性能好,可以增强路堤强度,防止坍滑和侧向位移,并能沿纵横方向传递荷载,改变软土地基受力状态,使应力分布均匀,增强了路基稳定性,降低路基沉降量。
6.挖沟晾晒法
对于地下水位较低,具有排水条件的路段,可采用挖沟排水法疏干路基范围内浅层地下水,通过晾晒达到降低湿土含水量的目的,便于碾压成型,提高土体的稳定性。
7.调整结构法
软土路堤加固处理时,可以采用改变路堤结构、即调整地基应力的方法。反压护道是一种简单而又常用的处理方法。反压护道就是在路堤两侧填筑适当高度和宽度的护坡道,迫使软土向两侧隆起的趋势减少,在护坡道作用下得以平衡。一般采用单级形式,其高度为路堤高度的0.3~0.5倍。此种方法施工简单,不需要砂石材料,但占地较多。
总之,对于软弱地基处理采用什么方法应根据不同的地质条件、施工条件、土质的物理、力学性能等综合考虑,同时还应考虑其施工的方便性、可行性及经济性。监理工程师应要求承包商首先制定合理的加固或处治方案,经试验验证后才予以批准,并要求严格按加固或处治方案进行施工。加强检测,做好定期观测记录。同时以召开现场观摩会、组织技术协调会等多种形式和手段保证使工程质量达到要求。