土木建筑网首页 > 陕西建筑 > 地基基础 > 公路软土地基及其工程处理措施

阅读 285 次 公路软土地基及其工程处理措施

摘要:本文总结软土类别和性质,分析软土地基工程特性和影响,介绍软土地基工程处理方法和措施。提出通过方案的比选,选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案,既可以是单一的地基处理方法,也可以是多种方法的综合处理。软基处理方法的选用一定要做到科学合理、综合考虑;要做到因土质而异,因地制宜,因时制宜,不能千篇一律;要做到施工切实可行,工程造价经济合理,技术可靠,才能取得事半功倍的效果。...

 公路软土地基及其工程处理措施

黄震  西安市城区市政养护管理公司

软土,一般是指在静水或缓慢流水环境中沉积而成的、天然含水量大、压缩性高、承载力低、透水性差的一种软塑到流塑状态的饱和粘性土层它主要包括内陆湖塘盆地、江河海洋沿岸和山间洼地沉积的各种淤泥和淤泥质粘性土。从广义上说,软土包括松砂、淤泥、淤泥质土、软弱吹填土和杂填土等。《公路软土地基路堤设计与技术规范》中对软土的定义为:滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。

软土常因生物化学作用含有较多的有机质,分为淤泥和淤泥质土。淤泥和於质泥土是在长期的自然环境变化下沉积(其中有化学作用产生)而形成的,这些土基本是饱和的,有的夹有有机质。淤泥质土和淤泥的区别在于,天然孔隙比大于1.5时称淤泥;天然孔隙比大于1.0而小于1.5的粘土和亚粘土分别称为淤泥质泥粘土和淤泥质亚粘土。

一、软土的工程性质

1、软土的物理力学性质

(1)天然含水量、孔隙比大。软土的孔隙比e>1.0,天然含水量一般都大于30%,有的达70%,甚至高达200%,多呈软塑或潜液状态,一经扰动很容易破坏其结构而流动;山区软土的含水量变化幅度更大。

(2)压缩性高。软土的压缩系数ɑ1-2一般都在0.05×10-5Pa-1以上,最大可达0.3×10-5Pa-1以上。压缩性随天然含水量及液限的增加而增高。软土多属近代沉积,为欠固结土。同时它的矿物成分、粒度成分及结构决定了它具有高亲水性及低透水性,水不易排出,也不易压密。因此,软土在建筑物荷载作用下,土体沉降变形量大,而且沉降不均匀。

(3)抗剪强度低。 软土的φ值大多小于或等于100,最大也不超过200,有的甚至接近于0;C值一般在0.05~0.15×105 Pa,很少超过0.2×105 Pa,有的趋近于0,故其抗剪强度度很低。经排水固结后,软土的抗剪强度虽有所提高,但由于软土孔隙水渗出很慢,其强度增长也很缓慢。因此,要提高软土的强度,必须在建筑物的施工和使用期间控制加荷速度,特别是开始阶段的加荷不能过大,否则土中水分来不及排出,不但土体强度不能提高,反而会由于土中孔隙水压力的急剧曾大而破坏土体结构发生挤出。

(4)水性低。 由于大部分软土地层中存在着带状沙层,所以在垂直方向和水平方向的渗透系数K值不一样,一般垂直方向的要小,其K值约在10-6 ~10-8 cm∕s,几乎是不透水的。因此,软土的排水固结需要相当长的时间,同时,在加载初期,地基中常出现较高的孔隙水压力,影响地基土的强度。

(5)触变性。软土是“海绵状”结构性沉积物,当原状土的结构物未受到破坏时,常具有一定的结构强度,但一经扰动,结构强度便被破坏。如果在含水量不变的条件下静置不动又可恢复原来的强度。这种因受扰动而强度减弱,再静置而又曾强的特性,称为软土的触变性。软土中含亲水性矿物(如蒙脱石)多时其触变性较显著。从力学观点来鉴别触变性的大小,用灵敏度来表示。软土的灵敏度一般在3~4之间,个别情况要达到8~9,属于中高灵敏性土。灵敏度高的土,其触变性也大,所以,软土地基受动荷载后,易产生侧向滑移、沉降或基地面向两侧挤出的现象。我国软土多属中等灵敏度的,个别为高灵敏度土。

(6)流变性。是指在一定荷载的持续作用下土的变形随时间而增长的特性。软土是一种具有典型流变性的土,它在剪力的作用下,土体将发生缓慢而长期的剪切变形,使其长期强度小于瞬时强度。这对边坡、堤岸的稳定性极为不利。因此,用一般剪切试验求得的抗剪强度值,应加适当的安全系数。

2、不同成因软土的物理力学指标

由于软土的沉积环境不同,导致土的结构强度上有所差别,因此,有时土的物理性质指标相差不多,而力学性质往往有很大的不同,这种特性在工程上应给予足够得重视。不同成因软土的物理力学性质如表1-1所示

不同成因软土的物理力学性指标表 表1-1

类  型

天然密度

ρ(g/cm3)

天然含水量

W(%)

天然孔隙比

e

抗 剪 强 度

压缩系数ɑ

0.3×10-5Pa-1

内摩擦角(Φ)

凝聚力(kPa)

滨海淤泥土

1.5~1.8

40~100

1.0~2.3

1~7

2~20

0.12~0.35

河滩淤积土

1.5~1.9

30~60

0.8~1.8

0~10

5~30

0.08~0.3

湖泊淤积土

1.5~1.9

35~70

0.9~1.8

0~11

5~25

0.08~0.3

谷地淤积土

1.4~1.9

40~120

0.2~1.5

0

5~19

﹥0.05

二、软土地基

软土地基是指压缩层主要由淤泥及淤泥质土、吹填土、杂填土或其他高压缩性土层组成的地基。我们认为,只要外荷载加在土基上,有可能出现有害的过大变形和强度不够等问题,使建筑物(路基、桥涵等构造物)出现下沉、裂缝甚至破坏,这种地基都应该视为软土地基。当前道路建设迅速发展,由于软土地基引起了几个大的问题:

1、由于道路等级高,路堤填土高,引起路基的沉降,路堤的失稳。

2、桥头路堤与桥台的沉降差,在高速行驶的情况下,引起跳车。

3、软基沉降量超出工后允许范围。

4、软基构造物的沉降、涵管弯曲。

5、软基上各类路面结构的设计与施工存在的问题。

从软基加固的角度来说,一般砂类土地基承载力比粘质土地基承载力高,沉降也比粘质土小,并且由于砂类土易透水,它在外荷载作用下产生的沉降在短时间完成,不像粘质土那样有一个漫长的过程。但是砂类土,特别是松散的细砂或粉砂,在地震力作用下会发生液化,所以砂类土加固如何防止液化是一项重要内容。

三、软土地基的施工方法及适用范围

软土地基对公路的危害,早已引起我国公路部门各方面的高度重视,科研、设计、施工等单位全力以赴。协同作战,经过多年努力,已摸索了不少对策,并取得了可喜的成绩。近年来为集设计、科研与施工为一体专门服务于软基,也兼作其它特殊性岩土处治工程而纷纷出现了一些新型的岩土公司,给软基处理带来新的生机。

1、软土地基施工方法及适用范围

进行软土地基处理,要分别对待,有针对性地采取措施。首先要搞好前期勘察设计工作。根据软土岩性特征和物理力学指标,通过比较分析,选取合适的软土路基处理方法。当软土地基不能满足承载力或稳定要求时,对地基加固是有效的措施。加固的方法很多,大体上可分为2类。第1类方法原理:减少土体中的孔隙,使土颗粒尽量靠拢,从而减少压缩性,提高强度。第2类方法原理:用各种胶结剂把土颗粒胶结起来。工程中常用的软土地基处理方法有以下几种。

(1)换填法。换填法就是将地基软弱层的全部或部分换填强度较高、透水性好的材料,可以提高地基承载力降低沉降量。在软土厚度不大于2m,工期较紧、优质材料来源充足时,利用透水性材料进行置换填土可降低压缩性,提高承载力,提高抗剪强度,减少沉降量,改善动力特性,加速土层的排水固结。换填材料为中粗砂、砂砾、片石、开山石等渗水性材料。砂的质量很重要,它取决于砂粒大小和含泥量多少,一般中粗砂含泥量少于3%为宜。同时还应注意其厚度和设置位置。

(2)砂砾垫层。当路堤高度小于极限高度的2倍、软土层较薄或雨季施工时,采用砂砾(砂)垫层,使填土与基底之间设一排水层,从而使路基在受到填土荷载后,迅速地将软弱路基土中的孔隙水排出,加快固结速度,提高路基的承载力,减少沉降,防止地基局部剪切变形。

(3)抛石挤淤法。可以使用不易风化石料挤淤,片石大小随泥炭稠度而定,对于容易流动的泥炭或淤泥,片石宜小些,但不宜小于30cm,且小于30cm粒径含量不得超过20%。当软土地层平坦时,应沿路中线向前抛填,再渐次向两侧扩展。当软土地层横坡陡于1:10时,应自高侧向低侧抛投,并在低侧部多抛投,使低侧边部约有2cm的平台顶面。片石抛出软土上面后,应该用较小石头填塞垫平,用重型机械碾压紧密,然后在其上设反虑层,再行填高。当软土层不是很深,而且地质条件不是很差可以采用这种方法。运用这种方法施工简单、周期短。

(4)强夯法。对于砂土路基及含水量在一定范围内的软弱粘性土路基,可采用重锤夯实或强夯。它的特点是工艺简单、效果好、速度快、费用比较低、节省材料、不需要预压、适用土层范围广,但对于饱和的淤泥质粘土和淤泥则要慎重选用。

(5)搅拌桩法。运用这类方法,就是在软土地基上中渗入水泥、石灰等,用粉喷、搅拌等方法使之充分混合和固化;或把一些能固化的化学浆液(水泥浆、水玻璃、氯化钙溶液等)注入地基上孔隙,以改善地基上的物理学性质,达到加固目的,因此又统称为化学加固法。所用化学加固材料可分为粉体类(水泥、石灰粉)、浆液类(水泥浆及其他化学浆液)。这样加固的类型有搅拌桩法(粉体喷射搅拌桩、水泥浆搅拌桩、高压旋喷桩统称深层搅拌桩)及胶结法(硅化法、水泥灌注法)两类。

(6)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。此法通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等,以提高路基承载力、减小沉降和维持建筑物的稳定。

(7)加筋路堤。加筋土有着独特的优点和性能,在处治软土地基中可以发挥作用。把加筋土结构与其他处治软土的方法恰当地结合起来会取得更好的效果。在许多情况下,加筋土是避免深基础处理的有效方法,节约了大量的工程费用,而且能够保证路堤和结构物之间沉降的连续性。常用的加筋土处理方法为:直接填筑法、分阶段施工法、加筋土与换土相结合、加筋土与竖向排水相结合、加筋土与石柱相结合、轻质材料加筋土等。

2 、软土地基的处理方法实例分析

湖南某高速公路有13座跨线桥位于软土地基路段,其土层状态基本是表层1—3m厚硬塑层,下8—10m厚软、流塑层,再下为硬塑层(或基岩),采用粉喷桩(粉体喷射搅拌桩)处理软土地基,即以水泥作为固化剂,利用深层搅拌机械将水泥与原位软土进行强制搅拌、压缩,并吸收周围水分,经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体,它对提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量及保证桥头高填土路基稳定性具有明显的效果。

(1)设计简介。本工程粉喷桩设计桩径为50cm,间距1—2m,按梅花型布置,桩长以穿透软、流塑层进入硬塑层不少于50cm为原则,通常为8—12m,用于粉喷桩的水泥(425#普通硅酸盐水泥)为干粉。根据地基含水量的大小,采用水泥喷入量为45—60kg/m。含水量在40%以下时,水泥用量为45kg/m;含水量在40—60%之间,水泥用量为50kg/m;含水量在60—70%之间,水泥用量为55kg/m;含水量>70%时,水泥用量为60kg/m。设计要求水泥土28天无侧限抗压强度≥1.2MPa。

(2)施工准备。粉喷桩施工前应准备下列施工技术资料:施工场地的工程地质报告,土工试验报告,室内配比试验报告,粉喷桩设计桩位图,原地面高程数据表,加固深度与停灰面高程以及测量资料等。场地平整、清除障碍。如场地低洼,应回填粘性土;施工场地不能满足机械行走要求时,应铺设砂土或碎石垫层。若地表过软,则应采取防止机械失稳措施。施工机具准备,进行机械组装和试运转。粉喷桩的施工工艺根据设计要求的配比和实测的各项施工参数通过试桩来确定。试桩一般为5根,通过试桩来确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷粉量等。粉喷桩所用的水泥(425#普通硅酸盐水泥)应符合设计要求,并有产品合格证,并经室内检验合格才能使用,严禁使用受潮、结块变质的加固料。

(3)施工工艺流程。深层搅拌机械就位→预搅下沉(至设计标高)→搅拌提升,同时喷干水泥粉至地面以下0.5m处(设计桩顶)→在桩上部的5m长范围内重复搅拌一次(1/3—1/2)桩长、桩上部强度要求较高→重复搅拌提升,直到离地面下0.5m,上部回填5%灰土(或水泥土)并压实→关闭搅拌机械移位至下一桩位。

(4)施工注意事项。应注意以下几点:

1)控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面,确保粉喷桩长度;

2)严禁没有粉体计量装置的喷粉机投入使用;

3)定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度,对使用的钻头定期复核检查,其直径磨耗量不得大于2cm;

4)当钻头提升至地面以下0.5m时,喷粉机应停止喷粉;

5)当喷粉成桩过程中遇有故障而停止喷粉,在第二次喷粉接桩时,其喷粉重叠长度不得小于1m;

6)粉喷桩施工时,泵送水泥必须连续,固化材料的用量以及泵送固化材料的时间应有专人记录,其用量误差不得大于±1%;

7)为保证搅拌机的垂直度,应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度,每工作班检查不少于2次,使垂直度偏差不超过1%;

8)搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺要求,搅拌机每次下沉或提升的时间应有专人记录,深度应达到设计要求,时间误差不得大于5秒,施工前应丈量钻杆长度,并标上明显标志,以便掌握钻入深度,复搅深度。施工中出现问题应及时处理、做好记录;

9)储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg,如储量不足时,不得对下一根桩开钻施工;

10)粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施工,操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间等,监理人员应随时检查记录情况。

(5)质量检测。

1)粉喷桩属地下隐蔽工程,施工质量受机具、施工工艺、施工人员的责任心等多种因素的影响,因而其质量控制要贯穿于施工的全过程,并坚持全方位的施工监理;

2)施工过程中必须随时检查加固料用量、桩长、复搅长度及施工中有无异常情况,记录其处理方法及措施;

3)成桩7天内浅部开挖桩头,其深度宜为0.5m,目测检查搅拌的均匀性,测量成桩直径,检查频率为10%;

4)在成桩7天内采用轻便触探仪检查桩的质量,触探点应在桩径方向1/4处,抽检频率为2%;

5)成桩28天后在桩体上部(桩顶以下0.5m、1.0m、1.5m)分别截取3段桩体进行现场足尺桩身无侧限抗压强度试验,检查频率为2%,每一工点不少2根;

6)成桩28天后,按1%频率或每一工点不少于2根采用钻孔取芯法对其进行终检。

经检测并参照湖南省《粉喷桩施工质量的检验与评判方法》进行评分,本工程4.2万根粉喷桩共计41.8万延米均达优良级。

四、结论

在公路建设中软土地基带来不同程度的危害,如路堤的滑移、开裂,路面起伏不平以及桥涵通道等人工构造物跳车颠簸,因而,需要花费大量的人力、物力、财力和时间,去进行勘察、测试、设计、科研、施工。目的是为了整治好,处理好软土地基,使来往车辆司乘人员安全、快速、舒适的形式在公路上。

由于软土地基成因类型不同,厚度不一,性质各异,因此在施工过程中不能一律对待,应首先查明地质特点和土质条件,对每一个道路工程具体分析,从路基条件、处理要求、施工工艺工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑,以确定合适的路基处理方法。同时在确定路基处理方法时,还要注意节约能源,注意保护环境,避免因路基处理对地面水和地下水产生污染,以及振动噪音对周围环境产生不良影响。

软基处理是一项复杂且技术性较高的工作,在工程建设中有着重要的作用和地位。软基处理方法的选用一定要做到科学合理、综合考虑;要做到因土质而异,因地制宜,因时制宜,不能千篇一律;要做到施工切实可行,工程造价经济合理,技术可靠,才能取得事半功倍的效果。作为我们新一代的青年既要继承前人,又要突破陈规,不断探索,不断创新,在以后的工作道路上,勤于发现,善于思考,力求研究出处理软土地基的既简便、又可靠的新兴方法,研制出既经济、又无污染的新型材料,以自己的浅薄所学来为人民服务。

(本文来源:陕西省土木建筑学会    文径网络工程项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑   刘真 文径 审核)

关于 公路 软土 地基 工程 处理 措施 的相关文章