公路軟基常用處治方法及評(píng)價(jià)

　　1　前言

　　軟土一般指天然含水量大, 壓縮性高, 承載力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的粘性土。交通部頒布的《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 017296), 將軟土的劃分標(biāo)準(zhǔn)采用天然含水量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥35% 或液限、天然孔隙比≥1. 0、十字板剪切強(qiáng)度< 35 kPa 等3 項(xiàng)指標(biāo)。凡符合以上3 項(xiàng)指標(biāo)的粘性土均為軟土。

　　珠江三角洲地區(qū)為典型的平原地貌, 其間偶有個(gè)別殘丘。地勢平坦開闊, 區(qū)內(nèi)河渠縱橫交錯(cuò), 水網(wǎng)密布。由于河流沖積和海潮的進(jìn)退作用, 在該區(qū)廣泛沉積了厚層的海陸交互軟土。隨著公路等級(jí)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提高, 路堤高度超過填土極限高度的情況時(shí)有發(fā)生, 我們?cè)诮鼛啄甑墓方ㄔO(shè)中均遇到了不同規(guī)模、程度的軟基問題, 由于軟土沉降穩(wěn)定要花費(fèi)較長時(shí)間, 此外軟土結(jié)構(gòu)在大交通量, 重載車輛的作用下, 路基容易產(chǎn)生側(cè)向膨脹擠出滑動(dòng), 基層沉降現(xiàn)象也較嚴(yán)重。因此為了增強(qiáng)壓密穩(wěn)定力度和較短時(shí)間達(dá)到最終沉降, 消除側(cè)向滑動(dòng)位移, 以免路堤向兩側(cè)膨脹擠出, 確保路基及其外側(cè)建筑物, 或其他農(nóng)田的安全, 必須對(duì)軟基進(jìn)行淺層或深層處理。

　　2　軟基處治方法

　　軟基處治方法很多, 歸納起來有五大類, 即置換、排水固結(jié)、振動(dòng)擠密, 膠結(jié)和加筋等, 細(xì)分起來約有70 多種。在公路工程方面經(jīng)過多年來的優(yōu)選和實(shí)踐, 除在一些試驗(yàn)工程還選用一些新的方法外, 較多的工程則選用常規(guī)的、傳統(tǒng)的方法, 即置換、固結(jié)排水和振動(dòng)擠密等方法。這些方法的特點(diǎn)是技術(shù)可靠, 經(jīng)濟(jì)適用、施工容易、效果顯著且不受時(shí)空限制, 故值得推廣應(yīng)用。

　　2. 1　淺層處治

　　淺層處治適用于表層軟土厚度小于3m 的軟土路段。

　　2. 1. 1　砂墊層　用于軟土層距地面不深且厚度較薄時(shí), 不必采用深層處治或僅用堆載加壓即可使其達(dá)到沉降穩(wěn)定的情況。

　　砂墊層的作用是為了加固地基和增強(qiáng)排水, 因此砂墊層的質(zhì)量很重要。它取決于砂粒大小和含泥量多少, 一般以中、粗砂和含泥量少于3% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 為宜, 同時(shí)又應(yīng)注意其厚度和設(shè)置位置, 目前厚度多控制在50～80 cm , 改變了過去僅用30 cm 的狀況。其原因是地基原地面施工前雖然平整, 但不一定理想, 如出現(xiàn)凹凸不平, 其厚度不盡人意等情況。因此, 為了保證處治效果, 應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾雍穸?。同時(shí)處理路段地基濕軟時(shí), 應(yīng)先在原地面上鋪一層山土, 經(jīng)輕壓后, 再在其上鋪砂墊層, 以便充分發(fā)揮砂墊層的排水作用。

　　當(dāng)路段采用砂路堤且砂本身粒徑和純凈度良好時(shí), 不必再專門鋪砂墊層。同時(shí)原地面有硬殼層時(shí)應(yīng)加以保護(hù), 砂墊層可直接鋪在硬殼層上。

　　2. 1. 2　換填　當(dāng)軟土層距地面較近, 厚度較薄, 甚至地面上有魚塘、蝦池或稻田時(shí), 往往表面存在有淤泥, 此時(shí)可直接將這些淤泥、軟土挖掉, 換填以優(yōu)質(zhì)砂礫或適宜的選料, 以徹底消除其隱患。清除表層淤泥時(shí), 可采用高壓水泵直接切割, 再將泥漿抽掉, 當(dāng)?shù)孛鏇鰰窀珊? 再鋪筑路基。

　　2. 1. 3　拋石擠淤　一般用于當(dāng)泥沼及軟土厚度小于3. 0m, 且其軟層位于水下, 更換土壤施工困難或基底直接落在含水量極高的淤泥上的情況。拋石料一般以片石為宜, 拋石通常不小于50 cm , 擠淤的處治深度與拋石路堤自重所產(chǎn)生的地面變形有關(guān)。其實(shí)質(zhì)是使土基產(chǎn)生整體剪切滑移破壞而達(dá)到置換軟土的目的。拋石擠淤僅適用于極軟塑、流塑的軟土。為了在排淤中土基產(chǎn)生整體破壞性時(shí), 不使路堤的整體性受到大的影響, 在拋石擠淤后, 還應(yīng)在路堤底、地表上鋪設(shè)網(wǎng)狀土工織物, 為達(dá)到排水及隔離的作用, 網(wǎng)狀材料或土工布應(yīng)鋪在砂或砂墊層下, 砂墊層一般為30 cm 厚。拋石擠淤簡便、經(jīng)濟(jì), 但淤泥較厚時(shí), 選用此法需慎重。

　　2. 2　深層處結(jié)

　　對(duì)于表層軟土厚度大于3m 或軟土層較厚、距地表較近時(shí), 或路基范圍內(nèi)既有較厚軟土又有土質(zhì)良好的山丘從而產(chǎn)生差異沉降時(shí), 應(yīng)進(jìn)行深層處治。

　　2. 2. 1　排水固結(jié)加固法　其原理是在軟基中設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板, 利用路堤重量分級(jí)加載, 使軟土中的孔隙水排出后逐漸固結(jié), 地基因而產(chǎn)生壓密沉降, 同時(shí)地基強(qiáng)度也逐漸提高的一種方法。常用在人工構(gòu)造物與路堤相鄰的過渡段, 以達(dá)到控制嚴(yán)格的工后沉降的要求。

　　(1) 塑料排水板　是將100 mm 寬、2～4mm 厚的塑料板插入軟土層中, 由于板中有深溝, 土中孔隙水在受壓情況下順溝向上排除于地面以外。

　　塑料板排水功能好壞, 取決于本身質(zhì)量的優(yōu)劣。因此應(yīng)用原生塑料制成, 以免在施工時(shí)拉斷或折裂; 其次是插入土中時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求位置和深度垂直而下, 不要讓其偏斜和減短。

　　(2) 袋裝砂井　一般用直徑70 cm 塑料編制袋內(nèi)裝粗砂、中砂, 裝實(shí)后直接打入土中。在砂料就地可取的地區(qū), 是比較經(jīng)濟(jì)的, 但應(yīng)注意其直徑變化, 也應(yīng)控制其插入長度, 防止長的袋裝砂井因重量大發(fā)生拉斷現(xiàn)象。若根據(jù)計(jì)算確定需要很長砂井時(shí), 可考慮用塑料排水板或類似的復(fù)合排水體代替。砂樁中的砂粒要注意粒徑粗些、雜質(zhì)少些, 防止堆放場地的泥土污染砂源。

　　采用上述兩種材料一般均能起到排水固結(jié)作用, 且由于其單價(jià)低, 施工簡單, 操作容易, 效果良好, 已成為公路軟土地基深層處治的常用方法。

　　2. 2. 2　土工織物加強(qiáng)法　采用編織土工布和土工格柵, 鋪設(shè)于軟基表面, 可單獨(dú)使用, 也可以聯(lián)合使用。更多地是在深層處治后鋪設(shè)。其在土工中的主要作用有反濾、排水、隔離和補(bǔ)強(qiáng)4 種, 可以用來有效地解決軟土地基加固的難題。施工時(shí)應(yīng)先在地面填以厚度為30 cm 的中粗砂, 以增加土工織物摩阻力, 充分發(fā)揮其調(diào)整應(yīng)力的作用。一般在鋪設(shè)時(shí)采用張拉施工, 并將兩端錨固為佳, 而且還要注意材料質(zhì)量和工藝流程, 如接頭處要銜接平整, 材料應(yīng)檢驗(yàn)合格后才能使用。土工織物的作用主要表現(xiàn)在增加軟基的穩(wěn)定性。同時(shí)還起著隔離過濾、保持路基填土純凈的作用, 而土工格柵的加強(qiáng)度和抗滑性, 也有其獨(dú)到的特點(diǎn)。

　　近年, 不少土工織物廠聯(lián)合研究機(jī)構(gòu), 共同研發(fā)了不少新品種。土工織物的發(fā)展具有良好的前景。目前, 在深圳公路建設(shè)中對(duì)土工織物持審視和觀察態(tài)度。

　　2. 2. 3　復(fù)合地基法

　　(1) 粉噴樁、旋噴樁都是用水泥(石灰或粉煤灰等) 作為固化劑, 通過深層攪拌機(jī)械, 在地下深層將水泥等漿液或粉體經(jīng)攪拌后產(chǎn)生的化學(xué)固化和物理作用形成的樁體, 并與樁固的加強(qiáng)土體形成復(fù)合地基, 以增加地基承載力、壓縮模量和抗剪切力, 以承擔(dān)較大的荷載。

　　粉噴樁是用干粉與濕軟土攪拌成樁, 其適用的加固范圍為天然含水量大于30% 的淤泥質(zhì)土、粘性土和粉性土地基。

　　粉噴樁加固深度不宜大于15 m , 直徑一般為50 cm , 水泥用量摻入比為15% ～20% , 但最佳摻入比應(yīng)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定。旋噴樁是用高壓旋噴水泥漿液與軟土拌和形成柱體,

　　旋噴樁直徑可噴射成40～200 cm 的柱體, 長度也可深些。

　　復(fù)合地基法具有施工速度快、加固深度大、效果好、能有效地解決差異沉降、對(duì)周圍環(huán)境污染少等特點(diǎn)。因而目前較多的用于公路中結(jié)構(gòu)物及結(jié)構(gòu)與路基過渡段地基處治工程, 尤其是工期緊迫, 要求限期通車的地段。

　　(2) 碎石樁是利用振沖器, 在高壓水流下邊沖邊振在軟土中成孔, 并分批在孔內(nèi)充填碎石形成樁體, 與擠密土體成為復(fù)合地基。

　　為了保證樁基質(zhì)量, 在施工前應(yīng)作好地質(zhì)勘探并取出當(dāng)?shù)赝翗? 做室內(nèi)最佳配合比試驗(yàn), 以確定合理固化劑摻入量。在施工時(shí)要加強(qiáng)監(jiān)視以保證樁基位置、數(shù)量、長度, 以及材料質(zhì)量和用量, 攪拌次數(shù)和沖振情況, 同時(shí)還要做取芯檢查或其他測試手段, 如觸探、荷載試驗(yàn)以了解其加固效果。

　　(3) 強(qiáng)夯置換法適用于軟塑2流塑的粘性土等軟弱地基, 對(duì)于解決差異沉降效果理想。置換材料可用粒徑不大于500 mm , 能配良好的碎石類土及礫砂粗砂等硬質(zhì)材料, 其含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于5% , 當(dāng)處理不排水抗剪強(qiáng)度小于20 kPa 的土層時(shí), 宜選用直徑較大的塊石或碎石等。墩位布置對(duì)于公路這樣的條形基礎(chǔ)來說, 宜按正方形、矩形或等腰三角形布置, 墩的間距一般為3～6m。處理范圍應(yīng)大于基底面積, 應(yīng)在處理地基范圍外緣增加一排墩。在墩頂應(yīng)鋪設(shè)一層厚度為0. 5～1. 0倍墩凈間距的墊層, 最小厚度應(yīng)大于500 mm , 墊層材料可采用塊石、碎石等, 該方法的有效加固深度一般為4～9m。

　　強(qiáng)夯置換法在深圳地區(qū)處理建筑地基時(shí)應(yīng)用較為廣泛, 在公路中應(yīng)用不多, 因?yàn)閺?qiáng)夯時(shí)對(duì)周圍建筑物的振動(dòng)影響較大, 對(duì)于處理地基范圍外有較多建筑物時(shí)應(yīng)慎用。

　　復(fù)合地基比之前幾種方法施工時(shí)間快, 效果也不錯(cuò), 但由于動(dòng)用機(jī)械多, 使用材料貴, 相應(yīng)造價(jià)也高。

　　3　結(jié)語

　　由于軟基成因類型不同, 厚度不一, 性質(zhì)各異, 因此實(shí)際處治中應(yīng)查明軟基的地區(qū)特點(diǎn)和地質(zhì)、土質(zhì)條件, 采用針對(duì)性的有效對(duì)策。另外, 一種處治措施的效果與作用是有局限性的, 有時(shí)可能既要解決變形問題, 又要解決強(qiáng)度問題, 就必須采用一種以上的措施綜合處治。此外, 在可行的處治方案中, 進(jìn)行方案比選時(shí), 還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、工期的比較, 以便選擇最佳方案。

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