淺談高速公路軟土地基危害及處理方法

唐 鈺 李海峰

1 概述

軟土地基因地而異、因?qū)佣?不可預(yù)見性的特點(diǎn)給公路工程設(shè)計(jì)施工帶來了相當(dāng)大的困難甚至帶來不同程度的危害。如路基的滑移、開裂,路面起伏不平,橋涵通道等引起的跳車顛簸等而使公路建設(shè)者感到非常棘手,要花大量人力、物力、財(cái)力和時(shí)間,去進(jìn)行勘察、測(cè)試、設(shè)計(jì)和施工。若處理不好還將會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量事故帶來極大的資源浪費(fèi)。

2 軟土及軟土地基

2.1 軟土

軟土是自然歷史的產(chǎn)物,是隨著古地理、氣候、沉積環(huán)境的變化而形成的。國(guó)內(nèi)外研究成果普遍認(rèn)為,軟土具有高含水量、大孔隙、低密度、高壓縮性、低透水性以及中等靈敏度等特點(diǎn)[1]。有的把軟土視為整個(gè)軟弱土質(zhì)的簡(jiǎn)稱,有的則把軟土視為軟弱土基的簡(jiǎn)稱。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)軟土沒有統(tǒng)一的分類判別標(biāo)準(zhǔn),國(guó)內(nèi)各部門之間的標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同,JTJ 017-96公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[2]提出應(yīng)按表1的特征指標(biāo)綜合地鑒別軟土。

表1 軟土鑒別表

2.2 軟土的分類和主要工程性質(zhì)

我國(guó)軟土按照淤泥和淤泥質(zhì)土的形成和分布分成三大類,見表2。

表2 軟土的分類

3 高速公路軟土地基常見事故發(fā)生原因

1)勘察設(shè)計(jì)不詳細(xì)或不準(zhǔn)確,導(dǎo)致對(duì)應(yīng)該作軟基處理的地段未作處理設(shè)計(jì)。2)已知是軟土地基,但是未做好軟土地基處理,造成路堤失穩(wěn)或危及線外建筑物。汕頭磊口大橋引道,由于高填土引起線外土地隆起,民房受損,路基難以穩(wěn)定,只好增加橋梁長(zhǎng)度改建新橋。中山縣附近的獅窖口橋,原設(shè)計(jì)是拱式橋跨,臺(tái)背填土較高。由于高填土的推力作用和地基嚴(yán)重下沉,拱體破壞,路旁的老公路被擠移,迫不得已改變橋型。3)雖作了軟土地基處理,但因施工不當(dāng)造成路堤失穩(wěn)。珠海南屏橋引道,采用分級(jí)加載預(yù)壓處理,南岸砂井施工中第一級(jí)加載時(shí)就發(fā)生破壞,北岸在第三級(jí)填土?xí)r發(fā)生破壞。經(jīng)分析,原因是地質(zhì)資料不準(zhǔn)確,填土速度過快,后加的反壓護(hù)道又阻塞了砂墊層的排水通道。最后采取了挖深邊溝排水,用袋裝砂和鋪土工布進(jìn)行修復(fù)。4)堆料不當(dāng),未按規(guī)定分層填筑,填土過快,碾壓不當(dāng),造成路堤失穩(wěn)。新會(huì)虎坑、大洞橋的引道,原設(shè)計(jì)軟基采用砂袋并結(jié)合砂墊層加固處理,由于投資限制,大部分處理被取消。在施工過程中,未按規(guī)定分層填筑,填土過快,碾壓不當(dāng),有幾處路堤發(fā)生滑塌現(xiàn)象,通車后整個(gè)路段不均勻沉降明顯。5)擾動(dòng)“硬殼層”[3]或填筑不當(dāng),使“硬殼層”遭受破壞,導(dǎo)致路堤失穩(wěn)。軟土地基上往往有一層強(qiáng)度比軟土高的土層,被稱為“硬殼層”。“硬殼層”可以起到承重和擴(kuò)散應(yīng)力作用。有的地區(qū)認(rèn)為,有“硬殼層”存在的軟土地基,利用“硬殼層”的擴(kuò)散應(yīng)力作用可不作軟土地基特殊處理。但若對(duì)“硬殼層”的勘察、利用工作做得不好,則達(dá)不到預(yù)想的效果。6)由于臺(tái)背填土使地基對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生負(fù)摩阻力和縱向推擠作用,引起橋臺(tái)發(fā)生變位破壞。在軟土地基上的橋臺(tái),基礎(chǔ)不論是用支承樁或是摩擦樁,由于臺(tái)背填土引起軟土層發(fā)生較大的沉降,對(duì)橋臺(tái)及樁基礎(chǔ)產(chǎn)生縱向推擠和負(fù)摩擦力作用,輕則使橋臺(tái)發(fā)生位移或下沉,重則損壞橋臺(tái)危及橋墩,這種現(xiàn)象尤以輕型橋臺(tái)為甚。

4 目前高速公路軟土地基常用處理方法及原理

1)排水固結(jié)法。在軟土地基中設(shè)置豎向、水平排水系統(tǒng),在逐級(jí)填筑路堤荷載作用下固結(jié)排水,從而提高地基承載力,減小工后沉降。若采用大于路堤及工作荷載的預(yù)壓荷載則稱為超載預(yù)壓,適用于軟泥質(zhì)土地基。2)強(qiáng)夯法。碎石土、砂土、低飽和度的粉土、黏土、濕陷性黃土、雜填土和素填土地基通常采用質(zhì)量為10 t～40 t的夯錘自由下落振實(shí),擠密,提高地基承載力,減小沉降。若用碎石邊強(qiáng)夯邊置換,形成由碎石墩、墩間土以及碎石墊層組成的復(fù)合地基來提高地基承載力的稱為強(qiáng)夯置換法。3)深層攪拌法。利用深層攪拌機(jī)將水泥或石灰和地基土原位攪拌形成圓柱狀、柵格狀或連續(xù)墻水泥土增強(qiáng)體,形成復(fù)合地基。深層攪拌法稱粉噴法和粉攪拌法,適用于淤泥和含水量較高、地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120 kPa的黏性土、粉土等軟土地基。4)振沖置換法。利用振沖器在高壓水流作用下邊振邊沖在地基中成孔,并填入碎石、卵石等粗粒料振密成碎石樁,碎石樁與樁間土形成復(fù)合地基。適用于不排水抗剪強(qiáng)度不小于20 kPa的黏土、粉土、飽和黃土和人工填土地基。5)沉管碎石樁法。與振沖置換法不同的是,沉管碎石樁采用沉管法在地基中成孔,填入碎石、卵石等粗粒料振密碎石樁。6)石灰樁法。通過機(jī)械或人工成孔,填入生石灰吸水膨脹、放熱以及離子交換作用改善樁周土的物理力學(xué)性質(zhì),形成石灰樁復(fù)合地基來提高地基承載力,適用于雜填土、軟黏土地基。7)低強(qiáng)度混凝土復(fù)合地基法。在地基中設(shè)置低強(qiáng)度混凝土樁,與樁間土形成復(fù)合地基,適用于各類深厚軟弱地基。8)EPS超輕質(zhì)料填土法。聚苯乙烯板塊(EPS)[4]容重只有土的1/50～1/100,具有較好的強(qiáng)度和壓縮性能,作為一般軟弱地基填土料,可有效地減小作用在地基上的荷載,需要時(shí)也可置換部分地基土。9)加筋土法。在土體中埋置土工織物、土工格柵等土工合成材料,金屬板條等形成加筋土墊層,增大壓力擴(kuò)散角,提高地基承載力,減少沉降,適用于各種軟弱地基。

5 結(jié)語(yǔ)

新的加固技術(shù)和新型材料不斷發(fā)展,軟土地基處理的方法也多種多樣,高速公路軟土地基的不可預(yù)見性和復(fù)雜性給監(jiān)測(cè)和地基處理工程施工帶來極大的不便。本文對(duì)常見的幾種軟土地基提出了應(yīng)對(duì)的處理方法,同時(shí)結(jié)合工程自身的特征,選擇兩種或兩種以上的處理方法,在一定程度上為施工提供了工程應(yīng)用方案和規(guī)避了安全隱患。

[1] 王曉謀,袁懷宇.高等級(jí)公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2001:1-11,84-151.

[2] 交通部第一公路勘察設(shè)計(jì)院.公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,1997.

[3] 徐勇夫,陳冠軍.高速公路軟土路基處理方法的研究[J].華東公路,1998(3):1-45.

[4] 張誠(chéng)厚,袁文明,戴濟(jì)群.高速公路軟基處理[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.

[5] 張曉青.淺談幾種軟土地基處理的方法[J].山西建筑,2009,35(6):153-154.