软土路基处理

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  我国幅员辽阔,从南到北,由东向西,地质构造复杂多变,加之受到所处自然地理环境和气候多变等因素及人类活动的影响,更加剧了工程地质的复杂性。因此在公路工程建设中,会遇到各种类型的地质地基情况,在此地质地区路基工程会出现很多问题,软土路基只是其中一种情况,给公路工程建设带来很大困难,为了解决软土路基对施工的影响,必须对软土路基性质、处理方法加以了解。
  一、前言
  软土对公路的危害,引起我国公路方面各具部门的重视,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。
  (一)勘察设计部门利用他们勘察单位的优势,采用多种勘探,测试手段,尤其近年来不仅用单一的钻探方法而且更广泛采用静力触探、十字板剪、旁压等原位测试仪具以及多种土工仪器进行原状土和扰动土的物理、力学、水理试验项目,为设计提供了可靠的地质资料和各种必需的土工试验数据,大大提高设计成果的可靠度。在设计方法方面更有大的突破,过去对软土的沉降、稳定计算,多用手算,现在采用计算辅助设计,不仅加快了设计进度,而且便于优化设计,且能迅速提供设计成果,也无形中减轻了设计人员的劳动强度。
  (二)施工部门由于目前软土部门趋向专业化。公路部门有,航务、铁道、市政、水电……等部门也有。它们拥有专门的施工机械,可使用多种材料进行软基处理施工,并能埋置检测观察仪具体进行监测,从而也保证了施工质量和施工安全。
  (三)其他部门在学术活动方面,不少学会或有关情报单位,不时地举行软土地基经验次序或专题研究会,以提高科技人员素质并收到取长补短加快信息传递的多方面的效果。
  二、路基处理
  (一)勘察、设计和施工
  1.软土地区的地质情况首先要弄清楚,工程地质条件复杂,还应进行工程地质分区,以便按分区不同在区别地予以处理。在勘察设计时如地质工作做的不够深,在施工时一旦发现,可作些补充勘察及勘探工作,对地质情况作进一步了解。
  2.设计方案要经济又要合理切合当地实际情况。
  3.所用材料数量要够、质量要保证;施工机械数量、规格、性能均要满足要求。
  4.施工时要严格遵守施工技术规范和操作规程办事,以保证良好的质量,软土地段特别要注意控制填土速率,避免和产生路堤滑移或发生其它意外事情。
  5.监理工作要跟上,观测仪具事先要埋置好,及时进行监理和记录。以保证施工的质量和安全。
  如能树立质量第一的思想,严格将上述几项工作做好,应该说软土路基施工,可以达到安全、优质的目的。
  (二)软土地基处理施工技术
  淤泥、淤泥质土及天然强度低、压缩性高、透水性小低一般黏性土统称为软土。大部分软土的天然含水量30%~70%,孔隙比1.0~1.9,渗透系数为10-8~10-7cm/s,压缩性系数为0.005~0.02,抗剪强度低,具有触变性,流变性显著。对于高速公路、一级公路,标准贯击次数小于4,无侧限抗压强度小于50kpa,含水量大于50%的黏性土和标准贯击次数小于4,且含水量大于30%的砂性土统称为软土。修建在软土地区的路基,主要是路堤填筑荷载引起软基滑动破坏的稳定问题和量大且时间长的沉降问题。
  处理软土地基常用的方法在公路方面是基底开挖换土法、砂垫层、反压护道、土工聚合物处治、抛石挤淤法、爆破排淤法、堆载预压法等。
  1、 基层开挖换土法
  (1) 软基在开挖时要注意解决渗水和雨水两个问题,可采用边挖边填,也可全部或局部清除后进行全部或局部回填,尽可能换填渗水性材料,并注意及时抽水。
  (2) 碎石土及粉煤灰等工业废渣常作为换填材料,如果当地条件许可,可用这些材料回填至原地面。压实时,由于非土方填料分层厚度不宜过小,为达到较好的压实效果,常采用振动压路机和重型静力压路机。
  2、 砂垫层
  在软土层顶面铺砂垫层,主要起浅层水平排水作用,使软土中的水分在路堤自重的压力作用下,加速沉降发展,缩短固结时间。但对基底应力分布和沉降量的大小无显著影响。适用于路堤高度小于两倍极限高度,软土层及其硬壳较薄,或软土表面渗透性很低的硬壳等情况。亦适用于软土层稍厚但具有双面排水条件的地基。其形式有排水砂垫层、换土砂垫层、砂垫层和土工布混合使用等形式。
  3、 反压护道
  在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道,以改善路堤荷载方式来增加抗滑力,使路堤下的软基向两侧隆起的趋势得到平衡,从而保证路堤的稳定性。适用于路堤高度不大于1.5~2倍的极限高度,非耕作区和取土不太困难的地区。
  4、土工聚合物处治
  土工布铺设于路堤底部,在路基自重作用下手拉产生抗滑力矩,提高路基稳定性。土工布在软土地基加固中的作用包括排水、隔离、应力分散和加筋补强。土工布连接一般采用搭接法或缝接法。目前缝接法有一般缝法、丁缝法和蝶形法。
  土工格栅加固土的机理存在于格栅与土的相互作用之中。一般可归纳为格栅表面与土的摩擦作用;格栅孔眼对土的锁定作用和格栅肋的被动抗阻作用。三种作用均能充分约束土的颗粒侧向位移,从而大大地增加了土体的自身稳定性,对土的加固效果明显高于其他土工织物。
  5、抛石挤淤法
   在路基底部抛投一定数量片石,将淤泥挤出基底范围,以提高地基的强度。这种方法施工简单、迅速、方便。适用常年积水的洼地,排水困难,泥炭呈流动状态,厚度较薄,表面无硬壳,片石能沉达底部的泥沼或厚度为3~4m的软土;在特别软弱的地面上施工由于机械无法进入,或是表面存在大量积水无法排除时;适用于石料丰富、运距较短的情况。
  6、爆破排淤法
  将炸药放在软土或泥沼中爆炸,利用爆炸时的张力作用,把淤泥或泥沼扬弃,然后回填强度较高的渗水性土壤,如砂砾,碎石等。爆破排淤是换土的一种施工方法,较一般方法换填深度大、工效较高,软土、泥沼均可采用。
  爆破排淤分为两种,一种方法是先在原地面上填筑低于极限高度的路堤,再在基底下爆破,适用于稠度较大的软土或泥沼。另一种方法是先爆后填,适用于稠度较小,回淤较慢的软土。
  7、堆载预压法
  在软基上修筑路堤,通过填土堆载预压,是地基土压密、沉降、固结,从而提高地基强度,减少路堤建成后的沉降量。堆载预压法对各类软弱地基均有效;使用材料、机具简单,施工操作方便。但堆载预压需要一定的时间,适合工期要求不紧的项目。对于深厚的饱和软土,排水固结所需要的时间很长,同时需要大量的堆载材料,在使用上会受限。
  其他方式有超载预压(进行预压的荷载超過设计的道路工程荷载)和等载预压(预压荷载等于道路工程荷载)两种。
  三、桥涵通道处的处理
  在软土地区的桥梁,由于基础埋置较深,已穿过软土层,故一般无大沉降。而在桥头与路堤接合处由于沉降差异较大,往往出现台阶在车辆通道处多出现纵坡突变,在车速过快时出现车辆“切线抛出”感觉很不舒适,人、车安全受到影响。
  在此接合处处理的方法一般有:
  1.涵洞、通道处与路堤一样同时填筑施工,后期再开槽做基础;在桥台处最好前后都填土,或在桥台后背填以渗水性好的砂砾材料。
  2.在这些人工构造物处采用超载预压,桥头两侧引道80~100m范围也宜如此,以加速固结,减小通车后过大的沉降。
  3.路堤如过高,下部软土层厚、沉降量过大,沉降期过长、如处理地基费用过高,且效果不一定好时就不如改用桥梁跨过,路堤如超过6.0m,就用桥跨通过。
  4.桥台处路堤处理:为了加快地基固结,提高地基承载力,减轻路堤与桥台间沉降差,在桥台处的一定距离内采用砂桩,粉喷桩、旋喷桩等加固地基。
  5.涵洞和通道可采用钢筋砼箱形整体式结构,并同时扩大基础,它施工简便造价比桩基础可省些。
  6.真空预压:这个方法,在港工方面采用较多,主要用于桥头路堤,在工期紧迫,为了争取时间时不失为一种应急对策。因为它可使软土路堤迅速沉降,且提高地基承载力,效果较佳,但由于造价较高,且在北方冰冻季节使用受限,所以采用时,要权衡这些边界条件。
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