山区公路低凹湿软地基处治技术及质量通病防治.doc
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1、山区公路低凹湿软地基处治技术及质量通病防治1、概述岩土工程勘察规范中规定:天然孔隙比大于或等于1.0,且天然含水量大于液限的细粒土应鉴定为软土,涉及淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭土等,其压缩系数大于0.5Mpa-1,不排水抗剪强度小于 30kPa。软土具有下述基本特性:高含水量、低密度、低强度、高压缩性、低透水性和中档灵敏度的特点。地基的软土对象分类有:软土、淤泥及淤泥质土、冲填土、较软弱土和动力失稳土。本项目区软土重要为淤泥、淤泥质土和冲填土呈零星透镜体状分布于冲积平地和丘间洼地。顶面埋深0m,底面埋深1.5m4.1m,厚度一般为13m,局部深达4.1m,分布于浅表。2、软基处治方法软基处治方法
2、很多, 归纳起来有五大类, 即置换、排水固结、振动挤密, 胶结和加筋等。在公路工程方面通过数年来的优选和实践,除在一些实验工程还选用一些新的方法外, 较多的工程则选用常规的、传统的方法, 即置换、固结排水和振动挤密等方法。这些方法的特点是技术可靠, 经济合用、施工容易、效果显著且不受时空限制, 故值得推广应用。2. 1浅层处治浅层处治合用于表层软土厚度小于3m 的软土路段。2. 1. 1砂垫层用于软土层距地面不深且厚度较薄时, 不必采用深层处治或仅用堆载加压即可使其达成沉降稳定的情况。砂垫层的作用是为了加固地基和增强排水, 因此砂垫层的质量很重要。它取决于砂粒大小和含泥量多少, 一般以中、粗砂
3、和含泥量少于3% (质量分数) 为宜, 同时又应注意其厚度和设立位置, 目前厚度多控制在5080 cm , 改变了过去仅用30 cm 的状况。其因素是地基原地面施工前虽然平整, 但不一定抱负, 如出现凹凸不平, 其厚度不尽人意等情况。因此, 为了保证处治效果, 应适本地增长厚度。同时解决路段地基湿软时, 应先在原地面上铺一层山土, 经轻压后, 再在其上铺砂垫层, 以便充足发挥砂垫层的排水作用。当路段采用砂路堤且砂自身粒径和纯净度良好时, 不必再专门铺砂垫层。同时原地面有硬壳层时应加以保护, 砂垫层可直接铺在硬壳层上。2. 1. 2换填当软土层距地面较近, 厚度较薄, 甚至地面上有鱼塘、虾池或稻
4、田时, 往往表面存在有淤泥, 此时可直接将这些淤泥、软土挖掉, 换填以优质砂砾或适宜的选料, 以彻底消除其隐患。2. 1. 3抛石挤淤一般用于当泥沼及软土厚度小于3. 0m, 且其软层位于水下, 更换土壤施工困难或基底直接落在含水量极高的淤泥上的情况。抛石料一般以片石为宜, 所用片石一般不小于30cm , 挤淤的处治深度与抛石路堤自重所产生的地面变形有关。其实质是使土基产生整体剪切滑移破坏而达成置换软土的目的。抛石挤淤仅合用于极软塑、流塑的软土。为了在排淤中土基产生整体破坏性时, 不使路堤的整体性受到大的影响, 在抛石挤淤后, 还应在路堤底、地表上铺设网状土工织物, 为达成排水及隔离的作用,
5、网状材料或土工布应铺在砂或砂垫层下, 砂垫层一般为30 cm 厚。抛石挤淤简便、经济, 但淤泥较厚时, 选用此法需慎重。2. 2深层处治对于表层软土厚度大于3m 或软土层较厚、距地表较近时, 或路基范围内既有较厚软土又有土质良好的山丘从而产生差异沉降时, 应进行深层处治。2. 2. 1排水固结加固法其原理是在软基中设立袋装砂井或塑料排水板, 运用路堤重量分级加载, 使软土中的孔隙水排出后逐渐固结, 地基因而产生压密沉降, 同时地基强度也逐渐提高的一种方法。常用在人工构造物与路堤相邻的过渡段, 以达成控制严格的工后沉降的规定。(1) 塑料排水板是将带状塑料排水带用插带机将其插入软土中,然后在地基
6、面上填土预压,土中水沿塑料排水带的通道逸出,从而使地基土得到加固的方法。塑料排水带应具有良好的透水性和强度,其排水功能的好坏, 取决于自身质量的优劣。因此应用原生塑料制成, 以免在施工时拉断或折裂; 另一方面是插入土中时应按设计规定位置和深度垂直而下, 不要让其偏斜和减短。(2) 袋装砂井一般用直径70 cm 塑料编制袋内装粗砂、中砂, 装实后直接打入土中。在砂料就地可取的地区, 是比较经济的, 但应注意其直径变化, 也应控制其插入长度, 防止长的袋装砂井因重量大发生拉断现象。若根据计算拟定需要很长砂井时, 可考虑用塑料排水板或类似的复合排水体代替。砂桩中的砂粒要注意粒径粗些、杂质少些, 防止
7、堆放场地的泥土污染砂源。采用上述两种材料一般均能起到排水固结作用, 且由于其单价低, 施工简朴, 操作容易, 效果良好, 已成为公路软土地基深层处治的常用方法。2. 2. 2土工织物加强法采用编织土工布和土工格栅, 铺设于软基表面, 可单独使用, 也可以联合使用。更多地是在深层处治后铺设。其在土工中的重要作用有反滤、排水、隔离和补强4 种, 可以用来有效地解决软土地基加固的难题。施工时应先在地面填以厚度为30 cm 的中粗砂, 以增长土工织物摩阻力, 充足发挥其调整应力的作用。一般在铺设时采用张拉施工, 并将两端锚固为佳, 并且还要注意材料质量和工艺流程, 如接头处要衔接平整, 材料应检查合格
8、后才干使用。土工织物的作用重要表现在增长软基的稳定性。同时还起着隔离过滤、保持路基填土纯净的作用, 而土工格栅的加强度和抗滑性, 也有其独到的特点。2. 2. 3复合地基法(1) 粉喷桩、旋喷桩都是用水泥(石灰或粉煤灰等) 作为固化剂, 通过深层搅拌机械, 在地下深层将水泥等浆液或粉体经搅拌后产生的化学固化和物理作用形成的桩体, 并与桩固的加强土体形成复合地基, 以增长地基承载力、压缩模量和抗剪切力, 以承担较大的荷载,以减少地基沉降量为目的。粉喷桩是用干粉与湿软土搅拌成桩, 其合用的加固范围为天然含水量大于30% 的淤泥质土、粘性土和粉性土地基。粉喷桩加固深度一般在1520m , 直径一般为
9、50 cm , 水泥用量掺入比为15% 20% ,石灰粉用量掺入比为1215%,但最佳掺入比应根据室内实验拟定。旋喷桩是用高压旋喷水泥浆液与软土拌和形成柱体, 旋喷桩直径可喷射成40200 cm 的柱体, 长度也可深些。复合地基法具有施工速度快、加固深度大、效果好、能有效地解决差异沉降、对周边环境污染少等特点。因而目前较多的用于公路中结构物及结构与路基过渡段地基处治工程, 特别是工期紧迫, 规定限期通车的地段。(2) 碎石桩是运用振冲器, 在高压水流下边冲边振在软土中成孔, 并分批在孔内充填碎石形成桩体, 与挤密土体成为复合地基。为了保证桩基质量, 在施工前应作好地质勘探并取出本地土样, 做室
10、内最佳配合比实验, 以拟定合理固化剂掺入量。在施工时要加强监视以保证桩基位置、数量、长度, 以及材料质量和用量, 搅拌次数和冲振情况, 同时还要做取芯检查或其他测试手段, 如触探、荷载实验以了解其加固效果。(3) 强夯置换法合用于软塑至流塑的粘性土等软弱地基, 对于解决差异沉降效果抱负。置换材料可用粒径不大于500 mm , 能配良好的碎石类土及砾砂粗砂等硬质材料, 其含量的质量分数不大于5% , 当解决不排水抗剪强度小于20 kPa 的土层时, 宜选用直径较大的块石或碎石等。墩位布置对于公路这样的条形基础来说, 宜按正方形、矩形或等腰三角形布置, 墩的间距一般为36m。解决范围应大于基底面积
11、, 应在解决地基范围外缘增长一排墩。在墩顶应铺设一层厚度为0. 51. 0倍墩净间距的垫层, 最小厚度应大于500 mm , 垫层材料可采用块石、碎石等, 该方法的有效加固深度一般为49m。复合地基比之前几种方法施工时间快, 效果也不错, 但由于动用机械多, 使用材料贵, 相应造价也高。本文结合目前项目的实际情况仅对于常用的路基浅层软基解决中的换填垫层法来展开说明。3、换填垫层法的原理换填法是浅层软土地基的一种解决方法。其方法是将基础地面以下一定深度范围内的软弱土层挖去, 然后以质地坚硬、强度较高、压缩性较小、料源丰富、性能稳定好、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土矿渣等材料分层换填,
12、同时用人工或机械方法进行表层压、夯、振动等密实解决至满足工程规定的全过程。通过换填解决后, 地基可以满足结构物的基底规定。垫层起的作用至关重大, 其重要表现在以下几点:1) 提高基底承载力。通过换填解决后的垫层, 上部荷载被扩散至垫层下的下卧层, 从而达成上部建筑所需的地基承载力。同时,承载力与地基下土层的抗剪强度有关,垫层材料的抗剪强度较软弱土层的要大得多, 换填后, 可以提高地基承载力, 避免地基破坏。2) 减少沉降量。一般而言, 地基浅层部分的沉降量在总沉降量中所占比例较大( 50 %左右) 。通过垫层置换软弱土层后, 可明显减少地基的沉降量。同时, 通过垫层的扩散作用, 使下卧层土上的
13、压力较小, 这样又可减少下卧层土的沉降量。3) 加速软弱土层的排水固结。不透水基础或透水性差的路堤直接与软弱土层相接触,在荷载作用下, 软弱土层中的水被迫绕基础两侧排除, 从而使基底下的软弱土不易固结, 形成较大的孔隙水压力, 严重者还能导致塑性破坏的危险。当用渗透系数大的垫层材料置换后, 可形成良好的排水通道, 使基础下面的空隙水压力迅速消散, 加速了软弱土层的排水固结和强度的提高。4) 调整不均匀地基的刚度。当基底地质变化明显时, 因各地质层刚度不一, 容易导致不均匀沉降而破坏结构物。通过同一材料的垫层换填后, 运用其自身的刚度条件, 可以很好地改善地基刚度的不均匀性。5) 防止冻胀。寒冷
14、地区的冻胀破坏历来是工程重视的现象之一。通过选用粗颗粒的垫层材料, 运用其孔隙大的优点, 不易产生毛细管现象, 因此可以有效防止寒冷地区土中结冰导致破坏。6) 消除膨胀土的胀缩作用。因垫层能起到不同作用( 可起换土作用, 排水固结作用等) , 并且可根据所换土层性质不同而相应地变化。所以, 垫层可起到消除膨胀土的胀缩作用。4、换填垫层材料的选用按换填材料的不同,垫层可分为素土垫层、砂和砂石垫层、灰土垫层、碎石垫层和废渣垫层等。4.1 素土垫层材料素土垫层的施工顺序是先挖去基础下的部分或所有软土,然后回填素土,分层压实。不宜用于回填地下水位以下土层。素土垫层土料一般宜粘性土为宜,但土料中有机质含
15、量不得超过5%,也不应具有冻土或膨胀土;不应采用地表耕植土、淤泥、淤泥质土或杂填土。施工中基槽内不得地下水,夯(压)实行工时控制土料含水量使之接近最优含水量。分层填筑时,虚铺厚度为150mm300mm。施工中长根据压实系数来控制填土密实度。4.2 砂和砂石垫层材料砂垫层比较土有较大的强度和变形模量,基础底面的压力通过砂垫层的扩散作用分布到较大的面积上,以满足地基稳定和变形的规定。砂垫层的选用一般应选择强度高、稳定性较好的中砂、粗砂和砂砾等。宜选用级配良好、质地坚硬的粒料,使其不均匀系数大于10,材料含泥量不应大于5%,对于用作排水固结的垫层,含泥量不应大于3%,且不宜夹杂过大的石块,否则会导致
16、垫层的不均匀压缩。但施工时,砂垫层中不得具有植物残体、垃圾等有机杂质;砂垫层较其他材料造价较高,应进行比较来使用。5、软土地区换填设计5.1 软土的判别方法高速公路软土一般采用荷兰式轻型动力触探仪以贯入20cm的锤击数小于表一所规定的锤击数进行判别,当采用此法有争议时,应取样进行含水量和孔隙比实验,当实验结果同时符合天然含水量大于或等于液限和天然孔隙比大于或等于1.0时,则判别为软土。高速公路填筑路堤地基承载力规定表 表一路堤高度(m)022668812121616地基承载力规定fo(kPa)130125130145155170标准轻型动力触探击数N30(击)181718202123荷兰轻型动
17、力触探击数N20(击)109101112145.2 软土换填深度的拟定荷兰式轻型动力触探仪对软土的判别及其范围和深度的调查。贯入深度为h时所相应的锤击数N20(击次/20cm)大于或等于表一中所规定的软土锤击次数标准时,则此时的贯入深度h即为软土深度。荷兰动力触探实验应在开挖纵、横排水沟后至少连续三个晴天后进行。考虑到荷兰动力触探判断软土深度的误差,假如按规定深度清楚软土后目测仍有软土存在,则必须继续触探以拟定重新清楚软土的深度。5.3 软土路基换填解决方案1)、当软土深度在3m以内,且分布范围较小时,作为一般软土地基对待,可采用清除所有软土,回填监理工程师认可的材料(砂砾或碎石土、碎石等)进
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