練健雄
摘要:本文通過對軟土路基各種處理方法的工作原理介紹,同時對清淤換填、塑料排水板+堆載預(yù)壓、袋裝砂井、水泥攪拌樁、高強度預(yù)應(yīng)力砼管樁、強夯法、拋石擠淤等處理方法的適用性、工期長短、經(jīng)濟性進行對比分析,并結(jié)合某在建高速公路軟土路基處理實例,綜合論述了高速公路軟土路基各種處理方法。在高速公路軟土路基處理過程中,應(yīng)當根據(jù)工程特點,選擇合適、經(jīng)濟的處理方法。
關(guān)鍵詞:高速公路;軟土路基;處理方法
1 引言
1.1軟土路基工程特點
軟土路基主要表現(xiàn)為淤泥及淤泥質(zhì)土,主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構(gòu)成的地基。軟土具有壓縮性高、含水量大、孔隙比大、透水性較差、抗剪切強度極低等特點,由于地基需要承受土方及車輛荷載作用,軟土的工程特性不能滿足承載能力要求,由于軟土需要長時間進行固結(jié),且軟土路基沉降穩(wěn)定的時間較長,多條位于軟土區(qū)的高速建設(shè)及通車運營情況表明,如果軟基處理不當,通車后將會帶來橋臺跳車、路基失穩(wěn)、橋臺破壞、路面開裂等病害。
在高速公路路網(wǎng)體系布局中,常需經(jīng)過軟土地區(qū),因此,在不同地區(qū),根據(jù)工程特點選擇合適的軟基處理方法。必須以實用、經(jīng)濟的方法對軟土進行處理,才能夠滿足要求,選擇合適的處理方法至關(guān)重要,
1.2軟土路基處理原則
1.處理方法適應(yīng)工期要求的原則
常規(guī)方法如堆載預(yù)壓、清淤換填、真空預(yù)壓等方法受時間與氣候條件限制較大,在考慮軟基處理方法時,必須結(jié)合擬建項目的工期綜合考慮,選擇適應(yīng)工期要求的處理方法。
2.經(jīng)濟適用原則
工程技術(shù)措施不但要體現(xiàn)技術(shù)先進性,同時也需要考慮技術(shù)措施的經(jīng)濟性,軟土地基的不同處理方法造價也不盡相同,有些地區(qū)軟土深度較深,有些地區(qū)軟土深度較淺,技術(shù)方案選擇時需要結(jié)合工程實際情況進行考慮,避免閉門空想。要結(jié)合實際地質(zhì)勘探情況進行計算分析決策。應(yīng)當選擇技術(shù)先進、經(jīng)濟適用的技術(shù)措施。
3.方便實施的原則
在設(shè)計單位選擇軟土地基處理方案,需要結(jié)合項目周邊環(huán)境進行考慮,比如碎石材料緊缺地區(qū),避免采用碎石樁進行軟基處理?;蛘咴谑媳容^豐富的地區(qū),如條件合適,可以考慮拋石擠淤的方案進行處理。如軟土路基處理方案不能結(jié)合項目條件,后期實施過程會出現(xiàn)很多困難,從而降低處理方案的效果。
2 軟土路基處理
1.清淤換填
顧名思義,清淤換填就是清除路基范圍內(nèi)的淤泥,再換填透水性好,強度高的材料,一般采用砂或者石屑進行換填。也可以采用石灰土等材料進行換填。該方法的主要特點是施工速度相對較快,對工期影響較小,但是如果軟土分布較深,采用該方法則不經(jīng)濟,因為換填深度過深,則容易塌方和積水,一般清淤換填處理軟土深度在3m以內(nèi)則相對經(jīng)濟。
2.塑料排水板+堆載預(yù)壓
將帶狀塑料排水板用插板機將其插入軟弱土層中,組成垂直和水平排水體系,然后在地基表面堆載,土中孔隙水沿塑料板的溝槽上升逸出地面,從而可加速軟土的沉降,使地基得到壓密。其特點是:板單孔過水面積大,排水暢通;質(zhì)量輕,強度高,耐入性好;其排水溝橫截面不易因受土壓力作用而壓縮變形;用機械埋設(shè),效率高,運輸省,管理簡單;特別用于大面積超軟弱地基土上進行機械化施工,可縮短地基加固周期,加固效果與袋裝砂井相同,承載力可提高70%~100%,經(jīng)100d,固結(jié)度可達到80%;加固費用比袋裝砂井節(jié)省10%左右。但相對工期要求較緊的項目,塑料排水板堆載預(yù)壓時間過長,不利于控制工期。
3.袋裝砂井
袋裝砂井是用透水型土工織物長袋裝砂礫石,設(shè)置在軟土地基中形成排水砂柱,以加速軟土排水固結(jié)的地基處理方法,其原理與塑料排水板類似,通過上部堆載,擠壓土體,土中空隙水通過砂井排出路基,同時達到固結(jié)土體的目的。工期也同樣要求較長,相對需要嚴格控制工期的項目,則不建議采用。
4.水泥攪拌樁
水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑,是軟基處理的一種有效形式,利用攪拌樁機將水泥噴入土體并充分攪拌,使水泥與土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)而提高基礎(chǔ)強度。軟土基礎(chǔ)經(jīng)處理后,加固效果顯著,可很快投入使用。適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土和粉土土。水泥攪拌樁按材料噴射狀態(tài)可分為濕法和干法兩種。濕法以水泥漿為主,攪拌均勻,易于復(fù)攪,水泥土硬化時間較長;干法以水泥干粉為主,水泥土硬化時間較短,能提高樁間的強度,但攪拌均勻性欠佳,很難全程復(fù)攪。
5.高強度預(yù)應(yīng)力砼管樁
管樁復(fù)合地基在豎向荷載的作用下,加載初期褥墊層發(fā)生一定的彈性變形,為管樁提供一向上刺入量,將荷載分別傳給管樁和樁間土。由于樁間土較管樁變形模量小,首先產(chǎn)生一定的壓縮對樁間土產(chǎn)生壓應(yīng)力,而壓應(yīng)力通過樁體四周的土體對樁產(chǎn)生側(cè)摩擦力。按照力的相互作用原理可知,該側(cè)摩擦力對樁體四周的土體產(chǎn)生了一個向上的反作用力,使得樁間土的承載力得到提高,隨著荷載的逐步增加,墊層材料不斷調(diào)整,將所傳來的大部分荷載傳至管樁上,將小部分荷載傳給樁間土,使管樁與樁間土永遠共同參與工作在加載過程中,樁土應(yīng)力比其實并不是一個常數(shù),而是隨著荷載的增加,樁土應(yīng)力比也逐漸增大 這是因為管樁的變形模量大,沉降小,樁間土變形模量小,變形較大,而這中間正是褥墊層的存在,使荷載逐步向樁體集中。此外,由于管樁的擠密效應(yīng)以及管樁在軟土中架構(gòu)起骨骼的作用,使土體側(cè)向位移得到一定控制,這些都將提高土體的承載力。
6.強夯法
強夯法指的是為提高軟弱地基的承載力,用重錘自一定高度下落夯擊土層使地基迅速固結(jié)的方法。利用起吊設(shè)備,將10~40噸的重錘提升至10~40米高處使其自由下落,依靠強大的夯擊能和沖擊波作用夯實土層。強夯法主要用于砂性土、非飽和粘性土與雜填土地基。對非飽和的粘性土地基,一般采用連續(xù)夯擊或分遍間歇夯擊的方法;并根據(jù)工程需要通過現(xiàn)場試驗以確定夯實次數(shù)和有效夯實深度?,F(xiàn)有經(jīng)驗表明:在100~200噸米夯實能量下,一般可獲得3~6米的有效夯實深度。
7.拋石擠淤
拋石擠淤是軟弱地基處理的一種方法,在路基底從中部向兩側(cè)拋投一定數(shù)量的碎石,將淤泥擠出路基范圍,以提高路基強度。所用碎石宜采用不易風化的大石塊兒,尺寸一般不小于0.3m。
拋石擠淤法施工簡單、迅速、方便。適用于常年積水的洼地,排水困難,泥炭呈流動狀態(tài),厚度較薄,表層無硬殼,片石能沉達底部的泥沼或厚度為3-4m的軟土;在特別軟的地面上施工由于機械無法進入,或是表面存在大量積水無法排出時;適用于石料豐富,運距較短的情況。
3 軟基路基處理工程實例
3.1新臺高速南延線工程簡介
廣東新臺高速公路南延伸線工程T合同段位于臺山市斗山鎮(zhèn),起點樁號K60+110,終點樁號K65+827.504,路線全長5.717公里,主要施工內(nèi)容為軟土路基約3.45公里,大橋410米/2座,中橋504.8米/8座,涵洞23道,斗山、中和(樞紐)互通式立交2處,瀝青混凝土路面工程等。全線采用設(shè)計時速100公里/小時的雙向四車道高速公路技術(shù)標準,路基寬度24.5米。橋梁與路基同寬。
3.2新臺高速南延線軟基處理方法
本項目軟土主要分布在農(nóng)田、魚塘等路段,軟土分布較集中且埋深淺、厚度小。為了不遺漏可能存在的軟土盲區(qū),進場平整場地后在詳勘的基礎(chǔ)上進行補充勘察,以探明軟土層的空間分布情況。根據(jù)地質(zhì)勘探資料顯示,軟土路基路線內(nèi)的不良地質(zhì)主要為砂土液化,特殊性巖土主要有軟土。由于本工程路基段處于軟土和局部處于可砂土液化之上,從路基穩(wěn)定考慮,軟土對本項目的影響是從建設(shè)一開始就存在的,而可液化砂土是一種潛在的可能,是在震動條件下產(chǎn)生的,是偶然的,軟土是影響路基安全穩(wěn)定的主要因素,因此,在選擇設(shè)計方案時,優(yōu)先考慮對軟土的處理,處理方案及措施以處理軟土為主,兼顧砂土液化。
1.軟基換填
換填深度及換填材料按設(shè)計要求施工,換填采用機械振動碾壓,并盡可能利用石屑、碎石土、碎石、中粗砂等水穩(wěn)性好的材料作為換填材料。換填徹底,不得留有軟土或軟弱土層,當縱向上與其它處理區(qū)銜接時,應(yīng)設(shè)置過渡區(qū),過渡區(qū)先進行打樁處理,然后進行換填處理。換填區(qū)的地下水位較高時,應(yīng)加強排水措施。挖除的軟土和泥炭土將用于綠化用土和復(fù)耕,閑置時棄于指定的臨時棄土場,并做好防護。
對于魚塘區(qū)施工,應(yīng)先在用地范圍內(nèi)修好臨時圍堰,并將圍堰內(nèi)的水抽干,清除表層淤泥并曬干后填土。臨時圍堰采用粘性土修筑。
2.塑料排水板
塑料排水板采用插板機打設(shè),采用振動法施工。放樣時按路線橫向S、縱向0.866S布置塑料排水板(S為砂井間距),并注意按等三角形布置。如圖4-4。
(1)施工步驟:整平原地面→攤鋪下層砂墊層→機具就位→塑料排水板穿靴→插人套管→打入至設(shè)計標高→拔出套管→割斷塑料排水板(檢查、記錄驗收合格后)→機具移位→攤鋪上層砂墊層。
(2)塑料排水板不可搭接。
3.高強度預(yù)應(yīng)力管樁
(1)管樁施工采用錘擊法和靜壓法施工;
(2)施工順序原則:從中間向外側(cè)施打;在橋臺處時,由靠近橋臺的一側(cè)開始由近及遠的施打;間隔跳打。
(3)靜壓樁控制標準:采用終壓值和樁長進行雙控,以標高控制為主,送樁壓力為輔。
(4)錘擊樁控制標準:采用終壓值和樁長進行雙控,以進入樁端持力層2m,最后貫入度小于20mm/10擊為控制標準。當貫入度未能達到設(shè)計要求,而樁底標高已達到設(shè)計標高,繼續(xù)送樁,直至貫入度滿足設(shè)計要求。
4 結(jié)語
本文通過對軟土路基處理方法的綜合論述,對比了不同軟土路基處理方法的特點,并說明不同處理方法的局限性。工程技術(shù)發(fā)展日新月異,新材料與新技術(shù)將不斷涌現(xiàn),工程技術(shù)是處于不斷進步和發(fā)展中的。
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