馮存卿
(淇縣農(nóng)村公路管理所,河南 鶴壁 456750)
作為一種天然含水量較高的細(xì)粒土,軟土具有透水性差、抗剪強(qiáng)度小、壓縮性高等特性,若處治不當(dāng)極易影響工程質(zhì)量。為此,在路基設(shè)計(jì)中,必須重視軟基處理方法的合理選擇,根據(jù)工程實(shí)際情況,采取行之有效的處理方案,從而提高路基的承載力和穩(wěn)定性。
軟土是一種以灰色為主,天然孔隙比在1.0以上,天然含水量高于液限的細(xì)粒土。常見土質(zhì)包括泥炭、淤泥、淤泥質(zhì)黏性土、粉土等。軟土地基具有透水性差、抗剪強(qiáng)度小、高壓縮性等特點(diǎn),若在軟土地基上修建公路工程,勢必會影響路基的穩(wěn)定性和承載力。因地質(zhì)條件不同、地層不同,均會影響軟土地基性質(zhì)。在設(shè)計(jì)、施工等環(huán)節(jié),稍有疏忽將會產(chǎn)生質(zhì)量事故。如軟土地基處理不當(dāng),將會造成路堤失穩(wěn),沉降量過大,最終影響施工質(zhì)量,甚至威脅行車安全和舒適性。
當(dāng)前,在軟弱地基段修建公路工程極為常見,為提高路基承載能力,往往需要根據(jù)工程所在地實(shí)際情況,合理選擇軟基處理方法。
當(dāng)軟土層厚度較薄時(shí),可挖除部分或所有路基面以下的軟弱土層,并采用高強(qiáng)度土或礫料換填,相比其他軟基處理方法,換填墊層法具有良好經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。若軟土層厚度太大,將會大幅增加棄方和取土方量,導(dǎo)致工程施工成本增加,因此不宜采用此方法。
堆載預(yù)壓法是指在工程建設(shè)施工前,通過大于或等于設(shè)計(jì)荷載的填土荷載,促使地基提前固結(jié)、沉降,從而提升地基強(qiáng)度,降低工后沉降。待強(qiáng)度指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求之后,將荷載卸除,并進(jìn)行路面施工。通過堆載預(yù)壓施工,地基沉降量不會太大。施工中,堆載一般可采用路堤填土,從而降低施工成本。填筑過程中,荷載可分級施加,以便進(jìn)行加荷速率有效控制,防止地基出現(xiàn)剪切破壞,最終提升地基強(qiáng)度。相比其他處理方法,堆載預(yù)壓法施工原理較為成熟,施工簡單、操作方便,無需采用特殊機(jī)械設(shè)備。若施工路段軟土固結(jié)系數(shù)偏小,軟土排水固結(jié)時(shí)間將會有所增加,這種情況下,工期較長。工期不緊張的情況下,可單獨(dú)使用堆載預(yù)壓法;若工期緊張,則可與其他處理方法共同使用,提高軟基處理效果。
作為膠結(jié)法軟基處理的一種有效方式,水泥土攪拌樁的固化劑材料為水泥、石灰等材料,利用專門的深層攪拌設(shè)備,將軟土和固化劑強(qiáng)制在地基深處進(jìn)行攪拌,從而產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)軟土固結(jié),并形成整體性良好的地基,最終達(dá)到提升地基承載力的目的。水泥土攪拌樁的特點(diǎn)為施工方便、速度快、易于操作,處理深度大等。
強(qiáng)夯法多用于較大孔隙,或較大含水量的軟弱黏性土地基。其加固原理為在強(qiáng)裂沖擊能作用下,土層可產(chǎn)生巨大壓力和沖擊波,從而壓縮土體孔隙,在一定深度范圍內(nèi),夯擊點(diǎn)周圍將形成裂隙良好的排水通道,以此順利排出土內(nèi)孔隙水,保證土體快速固結(jié)。軟土地基強(qiáng)夯處理后,將大幅提升地基承載力。
某公路工程全長13.2 km,經(jīng)地質(zhì)勘查可知,本路段存在素填土、粉質(zhì)黏土、淤泥及土質(zhì)較好的粉質(zhì)黏土和強(qiáng) (中) 風(fēng)化礫巖。具體情況如下。
1)素填土:本工程存在大面積填土段,2015年回填,經(jīng)分層碾壓處理,0.50~4.70 m為回填厚度,顏色以褐黃色、棕紅色為主,多為黏性土、碎石,1~4 cm為粒徑范圍,以稍濕、稍密狀態(tài)呈現(xiàn),局部為松散狀。
2)粉質(zhì)黏土:顏色以灰色、灰黃色或褐黃色為主,含有少量粉粒和砂,局部存在黏土,以濕、可塑狀態(tài)呈現(xiàn),在大部分鉆孔中該層均有揭露,0.70~7.10 m厚。
3)淤泥:顏色以深灰色、灰黑色為主,含有有機(jī)質(zhì),混雜一定量貝殼碎片,局部存在粉砂及夾粉砂薄層。以飽和、流塑狀呈現(xiàn),局部為軟塑狀,1.80~18.90 m為層厚。
根據(jù)工程實(shí)際情況,存有深厚淤泥土層,可采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法?;诠こ烫匦?,對于淤泥土層而言,回填土層便是堆載,因此,淤泥土層可通過深厚的上覆回填土層作為堆載進(jìn)行軟基處理。根據(jù)上述分析,上覆回填砂層平均厚度大于8 m,回填施工中,施工工藝較為簡單,僅需進(jìn)行推平、碾壓施工即可。針對土層松散部位,必須在淤泥土層堆載預(yù)壓處理后,固結(jié)度達(dá)到70%~80%,再進(jìn)行強(qiáng)夯施工。具體設(shè)計(jì)要求如下。
1)采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法進(jìn)行淤泥土層施工,先將塑料排水板設(shè)置于淤泥土層,在回填土層堆載作用下促使淤泥土層排水固結(jié);處理后保證平均固結(jié)度Ut'≥95%,承載力特征值≥80 kPa。
2)強(qiáng)夯加固處理松散的回填砂土層,保證砂土層承載力特征值為fa≥120 kPa,Es≥8.0 MPa。
在工程堆載預(yù)壓區(qū)域,由于無法有效處理回填土料問題,最終決定采用吹砂。加之淤泥土屬于強(qiáng)度偏低的軟土,其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求,可采用分級堆載方案。即根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果,按照分級間歇吹填設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工。施工后,檢測吹填砂料排水后的質(zhì)量密度,從而獲取每級堆砂總厚度。
在吹砂預(yù)壓施工中,為避免地基失穩(wěn),嚴(yán)禁作用于地基上的荷載大于地基土極限荷載,若超過極限荷載,加荷需分級完成,并做好加荷速率控制。在前一級荷載作用下,地基達(dá)到一定固定度后,才能進(jìn)行下一級荷載施加。
考慮到按理論計(jì)算的分級加荷施工工期過長,可利用監(jiān)測方法,根據(jù)實(shí)際監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行加荷速率的調(diào)整。一般情況下,可在10~20 mm/d控制沉降速率,在4~6 mm控制邊樁測斜位移。
堆載過程中,進(jìn)料和推平作業(yè)可同時(shí)進(jìn)行,直至推平到預(yù)定高度。按照監(jiān)測數(shù)據(jù),對堆載高度、加載速率進(jìn)行嚴(yán)格控制,確保各級荷載作用下地基具有良好穩(wěn)定性。
為避免堆載太高影響地基穩(wěn)定性,地基最大豎向變形≯10 mm/d,邊樁水平位移≯5 mm/d。通過監(jiān)測可知,堆載預(yù)壓可達(dá)到預(yù)期效果,經(jīng)固結(jié)計(jì)算,固結(jié)度為80.2%,可滿足設(shè)計(jì)要求,說明淤泥土層具有良好排水固結(jié)效果,堆載預(yù)壓具有較為理想的施工效果。
在堆載預(yù)壓過程中,軟土固結(jié)度達(dá)到70%之后,便可進(jìn)行強(qiáng)夯施工。點(diǎn)夯夯擊能第1遍為3 500~4 000 kN·m,第2遍夯擊能為3 000 kN·m,第3遍夯擊能為2 000 kN·m,第4遍為滿夯,1 000 kN·m為單點(diǎn)夯擊能。經(jīng)監(jiān)測可知,通過強(qiáng)夯加固處理,地基承載力可達(dá)到設(shè)計(jì)要求,說明軟基處理設(shè)計(jì)效果較為理想。
作為一種特殊性細(xì)粒土,軟基若處治不當(dāng),將嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。目前,常采用強(qiáng)夯法、堆載預(yù)壓法、攪拌樁法等處治軟土路基。堆載預(yù)壓法是最理想的一種處治方法,根據(jù)工程實(shí)際情況,在設(shè)計(jì)中將其與強(qiáng)夯法結(jié)合使用,可達(dá)到良好處治效果和經(jīng)濟(jì)效益。