公路軟土地基處理的幾種方法

李丹濤

摘要:在高等級公路建設(shè)中,不可避免地會遇到軟土地基問題。軟土地基是具有含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、滲透性小、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小等不利的工程性質(zhì),導(dǎo)致地基承載力往往不能滿足工程設(shè)計的要求,因此,需要對地基進(jìn)行人工加固處理。處理軟土地基有多種方法,如果處理不當(dāng),就會直接影響路基失穩(wěn)或過量沉降,出現(xiàn)路基縱、橫向斷裂等病害。本文通過結(jié)合施工實(shí)踐,介紹公路軟土地基常用地基處理的幾種方法,以供同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞:軟土路基;工程性質(zhì);技術(shù)要求;處理方法

1 軟土及其特證

1.1 軟土的概念

國內(nèi)外對軟土均無統(tǒng)一定義,不同的專業(yè)技術(shù)部門的解釋也不盡相同。有的把軟土視為軟粘土的簡稱,有的把軟土視為整個軟弱土層的簡稱,有的把軟土視為軟弱土基的簡稱。

我國交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ017-96)將軟土定義為“濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土”。

我國鐵道部門建議下列物理力學(xué)指標(biāo)作為區(qū)分軟土的界限,具體描述為:天然含水量w接近或大于液限?？紫侗萫>1。壓縮模量Es<4000kpa。標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N63.5<2。靜力觸探貫入阻力Ps<700kpa。不排水強(qiáng)度Cu<25 kpa。

我國建設(shè)部頒布的《軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JGJ83-91)規(guī)定,凡符合以下三項(xiàng)特征即為軟土:外觀以灰色為主的細(xì)粘土。天然含水量不小于液限。天然孔隙比不小于1.0。

其實(shí)無論軟土還是軟土地基,它的軟硬都是相對的,在工程設(shè)計和施工時,不要拘泥于它們的定義,只要路堤或其他荷載在土基上有可能出現(xiàn)過大有害的變形與強(qiáng)度不足的問題,都應(yīng)進(jìn)行沉降、隱定驗(yàn)算,凡不能滿足設(shè)計指標(biāo)時均應(yīng)進(jìn)行處理。當(dāng)穩(wěn)定安全系數(shù)小于容許值,或在路面設(shè)計使用年限內(nèi)殘余沉降不滿足要求時,均需進(jìn)行軟基處理。

1.2 軟土的工程性質(zhì)

軟土無論按成因還是按土質(zhì)劃分,種類較多,但它們都具有下列特性:

顏色以深色為主,粒度成分以細(xì)粒為主,有機(jī)質(zhì)含量高;天然含水量高,容重小,天然含水量大于液限,一般在50%～70%之間,液限一般為40%～60%。天然孔隙比大,一般大于1.0。滲透系數(shù)小,一般在1×10ˉ4～1×10ˉ8cm/s之間。沉降速度慢,固結(jié)完成所需時間長。而大部分淤泥和淤泥質(zhì)土地區(qū),由于該土層中夾有數(shù)量不等的薄層或極薄層粉砂、細(xì)砂、粉土等,故在垂直方向的滲透性比水平方向要小。壓縮性高,淤泥和淤泥質(zhì)的壓縮系數(shù)a1-2一般為0.7～1.5MPaˉ1,最大達(dá)4.5MPaˉ1,且隨著土的液限和天然含水量的增大而增高。

抗剪強(qiáng)度低,軟土的快剪粘聚力小于10kPa,快剪內(nèi)摩擦角小于5°,固結(jié)快剪的強(qiáng)度略高,凝聚力小于15kPa,內(nèi)摩擦角小于10°。

軟土的靈敏度高,靈敏度一般在2～10之間,有時大于10,并具有顯著的流變特性。

1.3 軟土地基的技術(shù)要求

地基處理超載預(yù)壓10個月后沉降速率不大于0.168mm/d,才能進(jìn)行二次填筑,隨后才能進(jìn)行橋涵構(gòu)造物和路基精加工、路面施工。位移邊樁控制每天不大于3mm。斜移管控制在每天不大于5mm。地基處理后剩余沉降量不大于8cm,地基處理后地基承載力不小于100kPa。

2 軟土地基常用處理的幾種方法

軟土地基處治的方法很多,各種方法都有它的適應(yīng)范圍。具體工程的地質(zhì)條件千變?nèi)f化,對地基處理的要求不盡一致,而且施工部位采用的機(jī)具、當(dāng)?shù)氐牟牧隙紩煌?因此必須具體分析,從地基條件、處理要求、處理范圍、工程進(jìn)度、材料機(jī)具等方面進(jìn)行綜合考慮,以確定合適的自治方法。

本文以某一級公路K0+000～K4+680段為例,該區(qū)段基本為水稻田或魚塘,地基承載力低,地下水位20cm～70cm,若不加處理或處理不當(dāng),往往會發(fā)生路基失穩(wěn)或過量沉陷,導(dǎo)致公路破壞或不能使用。為此,我們采用以下幾種方法處理軟土地基,效果很好。

2.1 砂墊層

對于一般地段,軟土層分布廣,地下水位高,路基設(shè)計為:自下而上:50cm土墊層+60cm砂墊層+粉煤灰路基(填土路基)+粘土封層。

其中土墊層主要是將原地物地貌調(diào)平,砂墊層主要就是將軟基中地下水排至路基兩側(cè),以利地基穩(wěn)定,并且有效防止彈簧現(xiàn)象向上反射。施工時,首先恢復(fù)中線,劃好路基底面邊緣線,進(jìn)行清理掘除工作(對于小的溝渠,應(yīng)清除淤泥,回填砂),碾壓后即可填筑土墊層,土墊層可分兩層填筑,土墊層頂面一定要做好2%～3%的路拱以利排水。

砂墊層最主要的目的是排水,所以宜選用中粗砂,砂的含泥量(小于0.074mm砂粒)不宜大于15%。填筑前,先由測量組精確放出砂墊層的邊線,邊線寬度應(yīng)預(yù)留路基沉降量,做預(yù)寬處理,否則路基沉降后寬度不足,用裝滿砂的編織袋沿邊線排好做成擋砂堤,高度與砂墊層厚同,外側(cè)坡度與設(shè)計邊坡相同,然后采用自卸汽車按一定間距卸砂,人工配合推土機(jī)整平,每2～3m設(shè)一檢查點(diǎn)測量砂層厚度,松鋪系數(shù)采用1.10左右,砂墊層一次全幅全厚上齊,頂面設(shè)置2%路拱,砂墊層要用水密實(shí),當(dāng)路基荷載作用在砂墊層上后,砂墊層自動密實(shí)并將地下水?dāng)D出排走。

2.2 粉噴樁處理

在大中小橋橋頭、涵洞及通道處,對地基沉陷有嚴(yán)格要求的部位采用粉噴樁來加固地基,對于粉噴樁鉆機(jī)來說,鉆桿鉆頭形式優(yōu)劣關(guān)系到成樁質(zhì)量的好壞以及成樁效率的高低,同時也影響鉆盤轉(zhuǎn)矩的大小,所以對鉆頭應(yīng)優(yōu)化設(shè)計,使其滿足鉆速快、噴粉攪拌均勻的要求,此外鉆頭葉片的形式還應(yīng)保證反向旋轉(zhuǎn)提升時,對樁體混合土有壓密作用,而不使灰土地面翻升而降低樁體質(zhì)量,影響其密實(shí)度。

施工前,首先要施工場地大致整平,根據(jù)圖紙由測量人員精確放出要處理的軟基范圍,然后用小竹簽等按照梅花型放出每根樁的樁位,間距控制在1.2～1.5m,調(diào)試好各種機(jī)構(gòu)設(shè)備,并在鉆架上標(biāo)好測深標(biāo)記。

將鉆機(jī)對中調(diào)平,開動鉆機(jī)進(jìn)鉆,一般軟基或控制每分鐘進(jìn)盡1.5～2.0m,遇到部分稍硬地層可放慢速度并加度后提鉆并開支氣泵、噴粉攪拌(為增加固化劑沿樁截面分布均勻性,可采用管口噴與葉片相結(jié)合的方式施工),同時適當(dāng)調(diào)整噴粉壓力,以防堵管或噴粉困難,利用自動稱量裝置控制供灰量,樁徑50cm時,每延米樁長控制供灰不小于45g(不計損耗)。

粉噴樁分為端承樁和摩擦樁,該段施工的大多數(shù)是摩擦類樁,摩擦類樁的樁軸力自上而下逐漸減少,最大樁軸力在樁的上部,這類樁由于地表覆蓋層缺少必要的壓力而易出現(xiàn)不密實(shí)或攪拌不均,以致影響樁的整體承載力,所以在鉆頭施噴完后要對樁上部1/3段重新噴灰復(fù)攪,以提高樁上部的承載力。

2.3 塑料排水板

塑料排水板處理軟基的原理是利用深插軟基的排水板,避免路基外側(cè)地表及地下水進(jìn)入路基范圍,當(dāng)填筑路基時,荷載作用于軟基,地下水由于受擠壓和毛細(xì)作用沿塑料排水板上升至砂墊層內(nèi),由砂墊層向兩側(cè)排出,從而提高基底承載力。

塑料排水板要在砂墊層完成后施工,由測量人員測量出需處理的范圍,也用小竹簽定出每根排水板的具體位置,插板機(jī)對中調(diào)平,把排水板在鉆頭安放好,開動打樁機(jī)錘打鉆桿,將塑料排水板送入設(shè)計深度,把鉆桿提上來,將地面上的塑料排水板截斷,并留有一定富余長度,在塑料排水板四周填砂后即完成本根施工。施工中,一定注意“回帶”現(xiàn)象,即雖然鉆頭打至設(shè)計深度,但提升鉆桿時,塑料排水板隨鉆桿提升而上升的現(xiàn)象,此時要采用在鉆頭用短鋼筋頭等辦法防止“回帶”現(xiàn)象。

2.4 換填砂

換填砂墊層是最簡單、最古老的軟基處理方法,是淺層軟土地基的處理方法之一,對于軟基面面積少,而且土層薄,比如有些淤泥質(zhì)土,可利用換填砂(土)排淤,分層換填,同時用人工或機(jī)械方法進(jìn)行壓、夯、振動等密實(shí)處理。來提高基底承載力。

結(jié)束語:

軟基處理施工技術(shù)難度較大,質(zhì)量要求高,如掌握不好,極易出現(xiàn)偏差且因其為隱蔽工程。以上介紹的幾種公路常用的處理軟土地基的方法,還要根據(jù)工程施工環(huán)境與地質(zhì)情況、項(xiàng)目等級與工期要求、成本控制等等因素采取不同的處理方案,有時幾種方法可以交替或一起使用。目的主要是要保證工程質(zhì)量,保證工期。

參考文獻(xiàn)

[1]陸遙.軟土地基處理方法概述[M].2005,2.

[2]李上紅.公路工程施工常見地質(zhì)病害處治.人民交通出版社.2004.4.