淺談高速公路的不良地基處理方法

孫豫慶

摘要:在當(dāng)代的高速公路建設(shè)中,由于地質(zhì)成因、水文條件、氣候因素等地域差異,造成的不良地基的危害是十分嚴(yán)重的。近年來(lái)人們加大了對(duì)于不良地基的處理方法的研究,也取得了顯著的成效。文章以對(duì)高速公路不良地基的處理方法的研究為目的,通過(guò)介紹高速公路不良地基的類型,然后研究了不同的類型具有的不同處理方法,同時(shí)文章中重點(diǎn)突出了軟土地基的處理方法,并且還介紹了實(shí)際應(yīng)用中的幾種新技術(shù),最后認(rèn)識(shí)到研究不良地基處理方法的必要性。只有加大研究,才能減少不良地基的危害。

關(guān)鍵字:高速公路 不良地基 膨脹土 黃土 軟土 處理方法

公路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),也是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。我國(guó)幅員遼闊,東西距離長(zhǎng),南北跨度大,公路建設(shè)特別是高速公路建設(shè)中,因地質(zhì)問(wèn)題,特別是地質(zhì)災(zāi)害和特殊不良地基引起的公路病害、路基失穩(wěn)等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,給國(guó)家造成了巨大的損失。因此,必須采取必要的工程技術(shù)措施,甚至使用新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)才能滿足工程的質(zhì)量要求和運(yùn)營(yíng)要求。

一、高速公路的不良地基

不良地基由于環(huán)境的因素,導(dǎo)致地質(zhì)問(wèn)題有很多種。以下簡(jiǎn)單介紹幾種不良地基,如膨脹土地基、黃土地基、軟土地基等。

(一)膨脹土地基

膨脹土是一種吸水膨脹、失水收縮開(kāi)裂的特種粘性土;其礦物質(zhì)成分以強(qiáng)親水性的礦石為主;在自然條件下,多成硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài),并具有反復(fù)脹縮的特性。主要特征有脹縮性、裂隙性和超固結(jié)性。

(二)黃土地基

黃土是在第四季干燥氣候條件下,形成的具有多孔性有垂直節(jié)理的黃色粉末性土,有濕陷性,即黃土受水浸濕后會(huì)產(chǎn)生較大的沉陷,屬低液限粘土ωL<40%。其主要特征有肉眼可見(jiàn)性、無(wú)層理、富含碳酸鈣成分。

(三)軟土地基

軟土是濱海、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。其主要特征是灰色的細(xì)粒土、天然含水量不小于液限、天然孔隙比不小于1.0。

二、各種不良地基的處理方法

高速公路各種不良地基的處理方法,也是不同的。下面就不同的地基進(jìn)行其處理方法的研究。

(一)膨脹土地基

膨脹土因?yàn)槠湮淖冃涡再|(zhì),使其強(qiáng)度急劇衰減,從而引起比一般粘性土嚴(yán)重得多的一系列不良地質(zhì)現(xiàn)象。如使路基出現(xiàn)龜裂、彈簧與邊坡失穩(wěn)等,危及告訴公路工程的安全。因此在膨脹土地區(qū)新建高速公里,必須采取必要的防治措施加以處理,特別是交通量大的告訴公路應(yīng)給予高度重視。

應(yīng)對(duì)措施:

1.預(yù)濕泡水:如果在施工前使土加水變濕而膨脹,并在途中維持高含水量,則土將基本上保持體積不變,從而不發(fā)生較大體積變形。

2.機(jī)械方法:在最佳含水量下,將土基壓實(shí)到規(guī)定的壓實(shí)度,或在土基上采用加載的方法以限制土的膨脹,但是路面結(jié)構(gòu)對(duì)于重量有限制,通常不足以抵消膨脹壓力。

3.化學(xué)方法:國(guó)內(nèi)外普遍采用石灰、粉煤灰、水泥等進(jìn)行處理,亦可用其中的兩種或三種進(jìn)行綜合處治,效果良好。有些還會(huì)采用一些化學(xué)外摻劑,如氫氧化鈉、碳酸鈉、硅酸鈉等。通常在加入外摻劑后,土的性能可得到較大改善,膨脹量與膨脹壓力有不同程度的減小,并且在強(qiáng)度上會(huì)有所提高。

4.換土法:利用非膨脹性土來(lái)進(jìn)行換土,主要考慮所換土的性能,決定更換深度和更換范圍。此法適用于小面積的高速公路換土。

據(jù)試驗(yàn)表明土體具有膨脹性是路基含水量增大、壓實(shí)度降低的原因。含水量變化是改善膨脹土遇水膨脹失水收縮的關(guān)鍵,在連徐高速公路的施工中采用了摻石灰改善取土場(chǎng)含水量的方法來(lái)處理膨脹土的問(wèn)題,每摻入1%的石灰,可降低水含水量0.68%～1.29%。

(二)黃土地基

高速公路濕陷性黃土地基的處治方法根據(jù)公路構(gòu)造部位、地基處理的厚度、施工環(huán)境條件、施工工期和當(dāng)?shù)夭牧蟻?lái)源,并經(jīng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較厚確定。近幾年在濕陷性黃土地基處理方面,傳統(tǒng)的都采用土墊層法、重夯法等仍在廣泛采用;而新興的地基處理技術(shù)如強(qiáng)夯法、沖擊輾壓、DDC法等也開(kāi)始大規(guī)模使用,并取得良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。

沖擊壓實(shí)是用三角形或者五角形“輪子”來(lái)產(chǎn)生集中的沖擊能量達(dá)到壓實(shí)土石填料的目的。沖擊壓實(shí)技術(shù)應(yīng)用于大面積濕陷性黃土地基淺層加固處理和黃土路基的補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí)具有快速高效的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

強(qiáng)夯法沖擊能量巨大,它能使深層土體產(chǎn)生沖切變形,從而達(dá)到動(dòng)力密實(shí)的目的。它屬于深層動(dòng)力密實(shí)法的一種,可以消除較深層黃土的濕陷性并提高地基承載能力。強(qiáng)夯法主要用于Ⅲ級(jí)以上厚層自重濕陷性黃土地基、非飽和高壓縮性新近堆積黃土地基和人工松填黃土地基的加固處理,有效處理深度一般不大于8m。

DDC法,即孔內(nèi)深層強(qiáng)夯技術(shù),它綜合秉承了重錘夯實(shí)、強(qiáng)夯、土樁等地基處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì),集中動(dòng)能、高壓強(qiáng)、強(qiáng)擠密各效應(yīng)用于一體,完成對(duì)厚層濕陷性黃土地基及其它軟弱地基的加固處理。DDC法主要應(yīng)用于加固較大面積的厚層高壓縮性濕陷性黃土或厚層飽和濕軟黃土地基以及深層有采空洞穴或軟弱下臥層的不良地基。

(三)軟土地基

高速公路的軟土地基處理的方法有很多種,各種方法都有其獨(dú)特的適用范圍。具體工程的地質(zhì)條件變化多樣,對(duì)地基處理的要求也不盡一致,所以我們必須具體問(wèn)題具體分析,從地基條件、處理要求、處理范圍、工程進(jìn)度、材料急劇等方面進(jìn)行綜合考慮,確定合適的方法,從而達(dá)到控制剪切變形、促進(jìn)強(qiáng)度增長(zhǎng)和增加抗滑能力的目的。處理軟土地基的方法以下列舉了幾種,并做簡(jiǎn)要介紹。

排水固結(jié)法,其原理是在軟土地基中設(shè)置豎向排水系統(tǒng)和水平向排水系統(tǒng),在逐級(jí)填筑路堤載荷作用下使地基土體排水固結(jié),產(chǎn)生固結(jié)沉降使土體的強(qiáng)度增長(zhǎng),地基承載能力提高,有效減小工后沉降。排水固結(jié)法主要適用于軟粘土、淤泥和淤泥質(zhì)土地基。

深層攪拌法,就是利用深層攪拌機(jī)將水泥或石灰和地基上原位攪拌形成圓柱狀、格柵狀或連續(xù)墻水泥土增強(qiáng)體,形成水泥土樁的復(fù)合地基,以提高地基承載力,減小沉降。深層攪拌法分為噴漿攪拌法和噴粉攪拌法兩種。深層攪拌法主要用于淤泥、淤泥質(zhì)土和含水量較高的地基容許承載力不大于120kPa的粘性土、粉土之類的軟土地基。

預(yù)壓法,是為了防止路基上或相鄰的路面或構(gòu)造物,或者埋設(shè)在路基內(nèi)的構(gòu)造物產(chǎn)生有害的沉降及破壞,預(yù)先在軟土地基上施加載荷,使軟土地基發(fā)生沉降,同時(shí)提高地基強(qiáng)度的一種地基處理方法。根據(jù)預(yù)壓載荷的不同,可以分為等載預(yù)壓、超載預(yù)壓和欠載預(yù)壓三種方式。在高速公路的實(shí)際施工中,我們一般采用的是等在預(yù)壓的方法。

當(dāng)今社會(huì)中,對(duì)于高速公路地基的要求也是越來(lái)越高了,按變形控制的地基處理設(shè)計(jì)理論和方法正在形成和發(fā)展,控制工后沉降,是許多重要工程的主要目標(biāo)。在淮鹽高速公路的建設(shè)中,就遇到了軟土類的不良地基,當(dāng)時(shí)采取了幾種先進(jìn)的新技術(shù)。

1.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟基技術(shù):真空預(yù)壓是一種用真空抽氣機(jī)導(dǎo)致地基排水加固的軟基處理方法。由于加固機(jī)理清楚,設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法比較成熟,施工工藝比較完善,且具有安全、經(jīng)濟(jì)、適用等特點(diǎn)。

2.CFG樁復(fù)合地基加固橋頭深厚軟基技術(shù):CFG樁復(fù)合地基的優(yōu)點(diǎn)是能夠很較好的發(fā)揮地基土體和CFG樁體兩部分共同承擔(dān)載荷,從而提高地基承載能力,減小地基沉降。這就是采用CFG樁復(fù)合地基的目的。

3.高含水量軟基水泥拌和樁聯(lián)合排水固結(jié)加固技術(shù)。

4.高含水量軟基水泥拌和樁施工技術(shù)。

三、綜述

在環(huán)境中各種不良地基的存在,給高速公路的施工帶來(lái)了很多技術(shù)上的難題,在對(duì)不良地基的處治過(guò)程中,設(shè)計(jì)、研究人員結(jié)合工程的實(shí)際情況開(kāi)展了大量的科研工作。正是這種研究,使高速公路建設(shè)中的具體問(wèn)題都得到了相應(yīng)的解決,而且這種研究還在不斷地發(fā)展,不斷地研究更好的、更經(jīng)濟(jì)方法來(lái)處理高速公路不良地基。

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(作者單位:河南高速公路發(fā)展有限責(zé)任公司商丘分公司)