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摘要：随着我国公路事业的蓬勃发展，尤其是高等级公路的普遍应用，对公路软土地基提出了较高的要求。而公路工程不可避免的要经过大量的软土地区，所以软土地基的处理与防治就成为影响工程质量与投资效益的关键一环。笔者对软土地基的成因与防治措施作了简要探讨。
关键词：软土地基；下沉；防治措施；加固方法
中图分类号：TU471.8文献标识码：A文章编号：
前言
软土在我国沿海、内陆都有广泛分布,在沿海地区为厚数米至数十米的滨海相、泻湖相、三角洲相沉积。内陆软土大多属湖泊沉积或河滩沉积,厚度一般不超过20m。 其主要特点是地基承载力较低,荷载作用下变形较大,这给公路修建带来了许多工程问题。不同地区的软土形成机理则不同,特点和性质各异,对于公路的作用也有所差别。另一方面,正在修建或者已经修好的高等级公路由于种种原因使得路基强度较低,发生路基沉陷、路面脱空或路面变形过大等病害,特别是桥头、通道台背等与路基接头处两者沉降量不同,直接影响路面的平整度、线型的平顺和路面结构的稳定。对于高速行驶的车辆来说,其安全性、经济性、舒适性均受到影响, 降低了高速公路的实用性,同时,给养护部门带来了诸多不便。因此选择合适的软弱路基处理方法已成为保证公路质量的重要因素。
1 软土路基的性质与类型
1)软土是指软弱黏性土或淤泥为主的土,有时也夹有少量的腐泥或泥层。泥沼土是以泥炭沉积为主的软弱地基。软土与泥沼相比形成年代较早,表面有一层高液限黏性土,软土地区地表不再为水所浸漫,但地下水位很浅,反而泥沼土形成时间短,沉积厚度薄,颜色深。2)软土地区分为滨海、湖泊、河滩、谷地四大类型。泥沼地区分为低地泥沼和高地泥沼。
2 软土路基下沉原因分析
2.1 地质原因
在工程地质不良、泥沼软基丰富的地段填筑路堤，当路堤填料不断增加时，路基产生压缩沉降或挤压位移，致使路堤随之沉降。
2.2 路基填料
在《公路路基施工技术规范》（JTGF10－2006）中，对路基填料有以下规定：1)含草皮、生活垃圾、树根，腐殖质的土严禁作为路基填料；2)泥炭、淤泥、冻土、強膨胀土、有机质土及易溶盐超过允许含量的土，不得直接用于填筑路基；3)液限大于50%，塑性指数大于26，含水量不适宜直接压实的细粒土，不得直接作为路基填料；4)粉质土不宜直接填筑于路床，不得直接填筑于浸水部分的路堤及冰冻地区的路床。
2.3 地下水和地表水
水是公路的天敌，对路基更是危害无穷，当水进入路基后导致路基填料含水量增大，强度稳定性降低，造成路基沉陷等一系列公路病害。
2.4 设计方面
由于工程前期地质勘测资料不全、不细，未能真实反映出软土地基，或者由于设计部门设计不完善甚至未做任何地基处理措施导致填筑起的路基在施工过程中或者工程完工后出现不同程度的沉陷。
2.5 施工方面
首先进行软地基处理时，由于加载过快，未能及时进行沉降位移速率观测，当接近或超过临界填土高度时，仍快速填筑，当荷载超过地基承载能力，导致路堤失稳。其次，软土地区路堤施工计划中未考虑地基固结工期以及在施工过程中，对质量把关不严，未能达到软基处理的设计要求，都会直接导致路基下沉。
3 软土路基处理、加固原理浅析
土体是由不同尺寸和不同成份的土粒组成的多相分散体系。就构成强度而言,土体属于分散介质,土体的强度由土粒之间的连接强度所决定。从构成土体的整体强度来讲,起决定作用的是土粒之间的粘聚力和土粒之间的内摩阻力。通常情况下,土中矿物都具有不同程度的亲水性,水的浸入使土体与水发生强烈的相互作用,致使土粒周围的结合水膜加厚,特别是扩散层松弛结构水的增多而引起土体的膨胀。水的存在又起到润滑作用,降低了土粒之间的内摩擦阻力。大量水浸入土体使土体离散,形成湿坍和水化现象,降低了土体的稳定性。
影响土体稳定性的因素较多,主要有分散度、土的成分、土中天然胶质的性质以及土体的密实性。土体的密实度越大,则孔隙率越小,水不易浸入土体,因而水稳定性较好。从土体的特性可知,含水量和密实度对于土体的强度、稳定性影响较大,也是加固处理的关键。
加固土的方法有多种,按其技术措施可分为:机械方法、物理方法、外加剂法、热处理、电化学方法等。
4 软土地基的加固方法
软土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、加筋晾晒法、调整结构法等。
4.1 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,降低沉降量。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、垫层法等。
4.2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。
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。
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。
4.3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、灰土、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。
4.4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。
4.5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,铺设一层能够随一定拉力的塑料膜、化纤无纺布、树脂网 、各种格栅、筋条等,其特点是抗拉强度大,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,降低了路基沉降量。
4.6加筋土处理软土
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。
4.7排沟晾晒法
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由内浅层地下水,通过晾晒达到降低湿土含量的目的,便于碾压成型,提南土体的稳定性。
4.8调整结构法
软土路堤加固处理时可以采用改变路堤结构的方法。改变结构即调整了地基应力。反压护道就是一种简单而又常用的一种处理方法。此种方法施工简单,不需要砂石材料,但占地较多。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。
5 结语
对于软土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。
分期修建的建设思路在许多情况下对于处理软土路基还是一种成功的办法。一方面,它可以将复杂的加固处理方法改换为简单方法处理,另一方面,延长了工期,使得固结沉降大部分完成,在修筑路面后路基变形很小,甚至不再变形。因此,分期修筑是一种较为经济的处理方法。
随着科学技术的不断发展,新材料、新工艺的开发,对于软土地基处理的方法会越来越多,越来越经济、方便、更有效,将更有利于高等级公路路基的处理,充分发挥出高速公路的优越性。
关键词：软土地基；下沉；防治措施；加固方法
中图分类号：TU471.8文献标识码：A文章编号：
前言
软土在我国沿海、内陆都有广泛分布,在沿海地区为厚数米至数十米的滨海相、泻湖相、三角洲相沉积。内陆软土大多属湖泊沉积或河滩沉积,厚度一般不超过20m。 其主要特点是地基承载力较低,荷载作用下变形较大,这给公路修建带来了许多工程问题。不同地区的软土形成机理则不同,特点和性质各异,对于公路的作用也有所差别。另一方面,正在修建或者已经修好的高等级公路由于种种原因使得路基强度较低,发生路基沉陷、路面脱空或路面变形过大等病害,特别是桥头、通道台背等与路基接头处两者沉降量不同,直接影响路面的平整度、线型的平顺和路面结构的稳定。对于高速行驶的车辆来说,其安全性、经济性、舒适性均受到影响, 降低了高速公路的实用性,同时,给养护部门带来了诸多不便。因此选择合适的软弱路基处理方法已成为保证公路质量的重要因素。
1 软土路基的性质与类型
1)软土是指软弱黏性土或淤泥为主的土,有时也夹有少量的腐泥或泥层。泥沼土是以泥炭沉积为主的软弱地基。软土与泥沼相比形成年代较早,表面有一层高液限黏性土,软土地区地表不再为水所浸漫,但地下水位很浅,反而泥沼土形成时间短,沉积厚度薄,颜色深。2)软土地区分为滨海、湖泊、河滩、谷地四大类型。泥沼地区分为低地泥沼和高地泥沼。
2 软土路基下沉原因分析
2.1 地质原因
在工程地质不良、泥沼软基丰富的地段填筑路堤，当路堤填料不断增加时，路基产生压缩沉降或挤压位移，致使路堤随之沉降。
2.2 路基填料
在《公路路基施工技术规范》（JTGF10－2006）中，对路基填料有以下规定：1)含草皮、生活垃圾、树根，腐殖质的土严禁作为路基填料；2)泥炭、淤泥、冻土、強膨胀土、有机质土及易溶盐超过允许含量的土，不得直接用于填筑路基；3)液限大于50%，塑性指数大于26，含水量不适宜直接压实的细粒土，不得直接作为路基填料；4)粉质土不宜直接填筑于路床，不得直接填筑于浸水部分的路堤及冰冻地区的路床。
2.3 地下水和地表水
水是公路的天敌，对路基更是危害无穷，当水进入路基后导致路基填料含水量增大，强度稳定性降低，造成路基沉陷等一系列公路病害。
2.4 设计方面
由于工程前期地质勘测资料不全、不细，未能真实反映出软土地基，或者由于设计部门设计不完善甚至未做任何地基处理措施导致填筑起的路基在施工过程中或者工程完工后出现不同程度的沉陷。
2.5 施工方面
首先进行软地基处理时，由于加载过快，未能及时进行沉降位移速率观测，当接近或超过临界填土高度时，仍快速填筑，当荷载超过地基承载能力，导致路堤失稳。其次，软土地区路堤施工计划中未考虑地基固结工期以及在施工过程中，对质量把关不严，未能达到软基处理的设计要求，都会直接导致路基下沉。
3 软土路基处理、加固原理浅析
土体是由不同尺寸和不同成份的土粒组成的多相分散体系。就构成强度而言,土体属于分散介质,土体的强度由土粒之间的连接强度所决定。从构成土体的整体强度来讲,起决定作用的是土粒之间的粘聚力和土粒之间的内摩阻力。通常情况下,土中矿物都具有不同程度的亲水性,水的浸入使土体与水发生强烈的相互作用,致使土粒周围的结合水膜加厚,特别是扩散层松弛结构水的增多而引起土体的膨胀。水的存在又起到润滑作用,降低了土粒之间的内摩擦阻力。大量水浸入土体使土体离散,形成湿坍和水化现象,降低了土体的稳定性。
影响土体稳定性的因素较多,主要有分散度、土的成分、土中天然胶质的性质以及土体的密实性。土体的密实度越大,则孔隙率越小,水不易浸入土体,因而水稳定性较好。从土体的特性可知,含水量和密实度对于土体的强度、稳定性影响较大,也是加固处理的关键。
加固土的方法有多种,按其技术措施可分为:机械方法、物理方法、外加剂法、热处理、电化学方法等。
4 软土地基的加固方法
软土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、加筋晾晒法、调整结构法等。
4.1 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,降低沉降量。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、垫层法等。
4.2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。
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。
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。
4.3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、灰土、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。
4.4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。
4.5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,铺设一层能够随一定拉力的塑料膜、化纤无纺布、树脂网 、各种格栅、筋条等,其特点是抗拉强度大,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,降低了路基沉降量。
4.6加筋土处理软土
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。
4.7排沟晾晒法
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由内浅层地下水,通过晾晒达到降低湿土含量的目的,便于碾压成型,提南土体的稳定性。
4.8调整结构法
软土路堤加固处理时可以采用改变路堤结构的方法。改变结构即调整了地基应力。反压护道就是一种简单而又常用的一种处理方法。此种方法施工简单,不需要砂石材料,但占地较多。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。
5 结语
对于软土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。
分期修建的建设思路在许多情况下对于处理软土路基还是一种成功的办法。一方面,它可以将复杂的加固处理方法改换为简单方法处理,另一方面,延长了工期,使得固结沉降大部分完成,在修筑路面后路基变形很小,甚至不再变形。因此,分期修筑是一种较为经济的处理方法。
随着科学技术的不断发展,新材料、新工艺的开发,对于软土地基处理的方法会越来越多,越来越经济、方便、更有效,将更有利于高等级公路路基的处理,充分发挥出高速公路的优越性。