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软土对公路的危害,引起我国公路方面各具部门的重视,科研、设计、施工等单位全力以赴,协同作战,经过多年努力,已摸索了不少对策,并取得了可喜的成绩。
(一)科研部门成立了专门机构,组织机关。交通部下属科研院、所有之,为了承担软土科研及试验工程临时组成科研小组也有之。近年来为集设计、科研与施工为一体专门服务于软基,也兼作其它特殊性岩土处治工程而纷纷出现一些新型的岩土公司,在广东、湖南、辽宁、陕西等省均有,这样的联合配套公司,给软基处理带来新的生机。
(二)勘察设计部门利用他们勘察单位的优势,采用多种勘探,测试手段,尤其近年来不仅用单一的钻探方法而且更广泛采用静力触探、十字板剪、旁压等原位测试仪具以及多种土工仪器进行原状土和扰动土的物理、力学、水理试验项目,为设计提供了可靠的地质资料和各种必需的土工试验数据,大大提高设计成果的可靠度。在设计方法方面更有大的突破,过去对软土的沉降、稳定计算,多用手算,现在采用计算辅助设计,不仅加快了设计进度,而且便于优化设计,且能迅速提供设计成果,也元形中减轻了设计人员的劳动强度。
(三)施工部门由于目前软土部门趋向专业化。公路部门有,航务、铁道、市政、水电……等部门也有。它们拥有专门的施工机械,可使用多种材料进行软基处理施工,并能埋置检测观察仪具体进行监测,从而也保证了施工质量和施工安全。
(四)其他部门在学术活动方面,不少学会或有关情报单位,不时地举行软土地基经验次序或专题研究会,以提高科技人员素质并收到取长补短加快信息传递的多方面的效果。
在管理工作方面:交通部急生产单位之所急,最近正组织几个单位,经过三年努力,编制出交通行业标准《公路软土地基路堤设计施工技术规范》,它的即将颁布与出版,将使我国公路软基无论在设计方面或施工方面,出现了有章可循的局面。
二、路基处理
(一)处理的一般原则
1.以时间换金钱,早在10年前,日本著名换金钱处理软土路堤的方法。即尽早用堆载预压不作深层处理软基的方法,这种以自然沉降逐渐达到路基稳定,是一种最经济也简单的方法。但我国公路基本建设的程序不能尽早拔款、征地、从容施工,而一旦工程项目付诸实施时,又往往限于工期,一般情况用自然沉降法将难以实现。
2.以金钱赢得时间:即在施工工期紧迫,时间有限的情况下,除非个别低路堤地段高度在临界高度以下,可不作地基处理。桥梁采用基础处,其余软土都需采用不同方法处理,只不过可用多种方案进行优选。
(二)勘察、设计和施工
1.软土地区的地质情况首先要弄清楚,工程地质条件复杂,还应进行工程地质分区,以便按分区不同在区别地予以处理。在勘察设计时如地质工作做的不够深,在施工时一旦发现,可作些补充勘察及勘探工作,对地质情况作进一步了解。
2.设计方案要经济又要合理切合当地实际情况。
3.所用材料数量要够、质量要保证;施工机械数量、规格、性能均要满足要求。
4.施工时要严格遵守施工技术规范和操作规程办事,以保证良好的质量,软土地段特别要注意控制填土速率,避免和产生路堤滑移或发生其它意外事情。
5.监理工作要跟上,观测仪具事先要埋置好,及时进行监理和记录。以保证施工的质量和安全。
如能树立质量第一的思想,严格将上述几项工作做好,应该说软土路基施工,可以达到安全、优质的目的。
(三)处理方案的评价
1.处理软土地基常用的方法在公路方面是排水固结,多用各种不同长度和间距的袋装砂井(直径7~10cm)或塑料排水板(宽10nm,厚4.5~6.0)与砂垫层(厚30~80cm)相结合,虽然这些方法是一般的,但却是有效的经济的。
为了加快固结而且可提高地基承载力,也可用直径30~50cm或更小一些的砂桩或碎石桩,但造价比上述常用方法要增加至少3~5倍。
2.轻质路堤:我国轻质路堤采用的材料一般是粉煤灰,国外也有用大块型硬质泡沫塑料。粉煤路堤有三种类型,即单一的、土和粉煤灰互层的和土砂及粉煤灰等混合的。
轻质路堤的作用是减轻路堤自重,减小或加速软土沉降提高土体抗剪强度,同时它作为填料还有节约投资、减少占地等效益。
3.其他辅助方法:土工布(分有纺和无纺的两种,一般多用编织的,个别的也有两种类型组合的,可以达到优点互补)还有一材料是塑料加劲格栅,实际上类似“柴排压枝”的作用,这些材料可提高地基整体性,减少地基不均匀的沉降,对防止滑移尽快施工也有好处。
此处还有浅层拌合和换填优质材料及抛石排淤等处理浅层软土。有的为深层还设有反压护道。
三、桥涵通道处的处理
在软土地区的桥梁,由于基础埋置较深,已穿过软土层,故一般无大沉降。而在桥头与路堤接合处由于沉降差异较大,往往出现台阶在车辆通道处多出现纵坡突变,在车速过快时出现车辆“切线抛出”感觉很不舒适,人、车安全受到影响。
在此接合处处理的方法一般有:
1.涵洞、通道处与路堤一样同时填筑施工,后期再开槽做基础;在桥台处最好前后都填土,或在桥台后背填以渗水性好的砂砾材料。
2.在这些人工构造物处采用超载预压,桥头两侧引道80~100m范围也宜如此,以加速固结,减小通车后过大的沉降。
3.路堤如过高,下部软土层厚、沉降量过大,沉降期过长、如处理地基费用过高,且效果不一定好时就不如改用桥梁跨过,京津塘高速公路软土地区,路堤如超过6.0m,就用桥跨通过。广深高速公路也将不少高路堤设计路段,改用了高架桥方案。
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2.1置换填土法置换填土法不失为一种较好的软土地基处理方法,处理效果较为明显持久,但由于对客观条件要求较高,实际操作起来难度较大。具体操作方法是利用灰土、水泥等硬度较高的土质、材料取代软土,操作过程中注意做到均匀散落于地基之上,目的是保证洒落后土质有更高的承载能力,使其满足进一步的水利工程施工要求。该种软土地基处理方法,存在的问题在于其工程量较大,成本较高,不够经济,操作实施过程中为了有效控制工程成本,尽量就地取材。为了提高工程地基的防渗透性和地基承载能力,需要对替换后的填土进行再次夯实处理,必要时可以采用分层夯实方法。
2.2排水固结法软土地基处理,主要是通过各种技术方法来降低地基土质中的水分含量,达到增强土体强度的目的,可以尝试使用排水固结法处理。通过引入专门的排水设备(如塑料水管、沙井)排出软土地基内部的水分,以此来减小软土地基的土孔隙率,促使地基固结发生变形,从而有效提高地基牢固度。排水固结法较适用于那些饱和、软弱土层;如果是渗透性较低的泥炭土,由于可能导致最终的排水效果较差,应当慎重使用该方法。
2.3夯锤强夯法软土地基处理方法选择与地基内部土体性质密切相关,如果是沙土、黄土构成的软土地基,可以考虑使用夯锤来对软土进行夯实处理。一般情况下,用于夯实土体夯锤的夯力要求在80kN及以上,以此保证土体牢固,从而保证软土地基较高的牢固度和稳定性。以南水北调中线一期工程中某河段施工为例,该河段渠道地基为黏砂多层结构,且半挖半填,挖方深度为7.0~10.5m;渠道底板土质为细砂、重砂壤土和中壤土,渠坡由细砂、重砂壤土和中壤土构成,且重砂壤土、细砂土质分布不均,具有中等偏弱的透水性,而重砂壤土有明显的地震液化潜势。面对该特点的软土地基,在水利工程施工过程中可以考虑使用强夯法处理,单击夯击能3000kN•m时击四遍;其中前三遍夯锤落距可以保持在15m,第四遍满夯过程中落距可以降为5m。使用该技术方法处理完成后,需要对强夯区进行必要的标贯检测、土样室内化验分析,一般情况下都能够明显消除重砂壤土的地震液化问题,使处理后质量能够满足工程设计要求。如果由于地下水位较高,导致强夯后软土地基仍然不合格,可以考虑进行垫土辅助处理。
2.4水泥旋喷法水泥旋喷法是一种通过专用旋喷设备形成水泥旋喷桩来提高软土地基承载能力的方法。该方法较适用于冲填土、软黏土等土质软土地基加固。该方法的基本原理是通过在旋喷桩上设置一个能够发挥特别功能的注浆管,将这个注浆管放入到一定深度的软土层中,然后缓慢向上提升,这时喷嘴会以一定速度转动,而注浆管会在强压力作用下喷出水泥浆液,其与土体接触融合,在水泥浆液凝固后形成所谓的旋喷桩,达到牢固软土地基、防止渗水的目的。旋喷桩的强度、牢固度较高,且不容易被压缩,能够起到很好的土质改良作用。但是水泥旋喷方法也不是万能的,在使用该方法之前需要准确核查土体的成分,如果土体中含有较多的有机质成分,如塘泥土、泥炭土,建议不要使用该方法。
2.5管桩桩基法桩基法是当前水利工程施工建设中应用较为广泛的软土地基加固方法。由于其具有良好的牢固性质,被广泛应用于含水量较大的软土地基处理,其中以钢筋混凝土管桩和预应力管桩使用居多。仍然以前边所述的南水北调中线一期工程某河段为例,鉴于该河段地基土质,经研究后决定采用挤密砂石桩方法处理渠道地基;挤密砂石桩桩位布置为三角形,桩距为200cm、桩径为60cm。挤密桩施工前,先复核每根桩的桩位放线,成桩后再次检查桩位位置是否有偏差,如果发现存在偏差或者漏桩现象要及时纠偏和进行补桩。施工过程中挤密砂石桩跳打进行,由两侧向中间方向试验成桩,均匀分布、逐步加密,及时进行夯填。如果施工是在既有建筑物附近,该桩位是背离建筑物方向。
2.6高压灌浆法高压灌浆法是水利工程软土地基处理的主要方法之一,一般采用液压或者气压的方式,向软土地基内部灌入有凝固功能的浆液,或使用注浆管将水泥浆液均匀注入到软土层中,目的是赶走原有软土层中的水分、空气,促使软土层发生变形。浆液的凝固作用在于使原有软土层中的松散颗粒、裂隙进一步胶结成新的结合体,从而提高原有软土层的承载力、压缩模量,起到加固软土地基的作用。灌注浆液一般选择水泥浆、黏土浆等。
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1.2沉降量大软土地基所含有的天然水量大,其松散程度也就随之增加,施工中因为压力失水就会导致沉降,如果处理不当出现的沉降呈现不规则的情况,就会导致后续施工的困难,严重的时候会导致路面出现倾斜甚至塌方,尤其对桥梁施工的影响最大。
1.3压缩性大软土的特征是孔隙大,呈现松散的状态,其可以被大范围的压缩,如果在市政施工中不能进行妥善处理,其在后续施工中容易出现基坑边坡失稳、边坡错位、路基塌方等情况,导致施工的安全性降低,也会影响周边建筑的稳定。
2市政路桥施工中出现软土地基的基本思路
2.1因地制宜各个地区的土质特征不同其选择的处理技术也就存在差异,因此在市政路桥施工中应对软土地基的具体情况进行考察,如粘性土可以采用压实技术为主,在施工中尽量减少对地基的扰动,以此保证整体性;砂性土质则可以利用挤压技术为主,进行压实,包括砂桩或者震动压实等,改善地基的流动性,这样的选择主要是因为粘土已经扰动就会降低强度。再如,应根据软土地基的深度和厚度选择处理技术,如果土层浅则选择表层处理技术,即换填技术。而软土厚且无砂层,则应采取固结技术为主加以处理。
2.2根据市政道路要求处理市政道路建设中对道路的要求不同其稳定性和平整度要求也就不同,等级高则应选择强力的软土地基处理措施,将沉降降至最低。如果等级低则应进行加载等技术待沉降结束后进行施工。如果先铺设简易路面沉降结束在铺设常规路面。还可根据道路形状选择不同的处理方式,设计宽度与高度也会影响软土地基的处理技术。通常采用换填技术的时候,对于宽且低的路堤而言就容易出现破坏的情况,设计高度大且不够稳定的路堤时应考虑加载的措施来增加地基承载的极限强度。
2.3考虑周边情况市政路基施工对周边的建筑会产生影响,如果震动、噪声、地下水、环境污染等都应考虑在技术选择中,因此在软土地基的处理中应综合诸多因素进行确定。对路堤高而地基软弱的情况更应注意对周边建筑的影响。因此如果路堤坡脚附近有建筑的时候,应考虑减少总体沉降的技术,以此保证周边建筑的稳定。
3市政路桥施工中软土地基的处理技术
3.1排水技术软土地基的突出特征就是含水量高,因此在处理中如果可排除过多的水分则可以提高地基的承载能力。因此排水技术是一种有效的软土地基处理技术,如表层排水技术。表层排水处理是提高土体固结性能和稳定性的重要技术措施。具体的做法就是在软土基上设置砂垫层,这样改善软土地基的含水量,通过砂垫层的压力和排水实施配合,排除地基中大量的水分,以此促进软土层固结沉降,保证施工后续作业的稳定和安全。
3.2粉喷桩技术该技术在市政路桥工程中经常被纳入到软土地基的处理中。所谓的粉喷桩处理技术就是利用设备在软土地基上钻孔,并利用压力将固化剂压入软土中利用固化剂与土层中的水发生化学反应而促进软土地基失水,从而达到固结软土地基的作用。固化剂通常为石灰和水泥,多数工程选择的是水泥,在实际的应用中应考虑掺入比的选择。其标准为桩的强度,如高于1.5MPa则选择425号以上水泥,如低于这个标准则选择325号水泥。这样可以增加掺入比,提高桩体的性能。为了保证固化剂的流动性,可以掺入减水剂或者硫酸钠、石膏等材料,这样可以增加固化剂的处理效果。同时喷粉桩在加固中还形成多个相对稳定的隐形桩,这样可以增加地基的承载能力,为后续的施工打下基础。当然其必须在场地整洁且作业空间较大的场地上进行施工。在粉喷桩技术应用前还应对地质土质进行检测,尤其是土质、含水量等技术参数都会影响喷粉桩的固化效果。所以应按照技术要求对其进行采集和分析,并利用工程实验室进行试验保证固化剂的适应性。
3.3深层排水技术排水是软土地基处理的核心思路之一,排水固结技术与表层排水技术不同,其主要是利用挤密技术对软土基的深层水分进行排除,通常需要配合排水井来完成对软土地基的排水措施。该技术利用向软土地基中打入挤密装置的方式来挤压软土层,促进其水分排除,然后利用排水井抽出多余水分,促进地基失水固结。该技术的选择应考虑地基含水量、软土厚度等情况,按照技术流程进行操作,这样才能保证处理效果最佳。但是此类方法不能单独使用,应配合其他方式促进水分排出,增加地基的稳定性。
3.4加载压实处理加载压实技术是一种静态固结技术,在软土地基上施加一个外表载荷,人为的促进土体的压缩,出现超载沉降,以此达到处理软土地基的目的,但是单纯的加载不能保证地基的承载能力提升,因此该技术也必须与其他技术配合使用。在使用加载压实前应对软土层的厚度和含水量进行分析,计算加载的重量,如果超过范围则不能采取该项技术。技术的核心就是降低地下水位,在加载的过程中可以打入钢板来保证施工中地基的稳定性。主要是防止其对周围的建筑和土体产生影响。应注意的是填土加载的技术主要是保证路面铺装后的残余应力被提前释放。如果加载过大反而会导致地基的稳定性丧失,因此应缓慢的增加加载速度,每一次加载都应保证地基稳定后进行。并在施工中做好观测工作,控制沉降的速度和范围等。
3.5挤密技术挤密技术就是通过外力对软土地基进行挤压,在市政桥梁施工中较为常见。通过挤密桩间的土体来提高地基强度。将桩孔用灰土、素土等回填并夯实。因为土质的类型不同其方法也存在差异。如果使用素土则称之为土桩挤密法,使用灰土则为灰土挤密法。这两种技术措施对于厚度较大的地基作用较好,其中湿陷性黄土的处理效果最佳,应在具体的工程中合理选择。
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一.引言
交通是经济发展的先行官,国家也越来越重视道路的建设。伴随着我国公路建设的飞速发展,也有越来越多的公路投入使用。但是调查显示桥头跳车的现象已经十分的普遍,高速公路尤为突出。特别是软土地基处显得格外严重,已经严重的影响到道路的行车舒适度,也存在安全隐患。这不仅仅增加了交通管理部门的道路维护成本,由于其频繁的修理施工,还严重影响到了道路的正常运营。在我国南方,软土地基路很多,所以桥头跳车更为严重。车辆行驶到桥头时会有明显的颠簸,由于其冲击力大所以对桥的损坏十分严重,不仅如此对车辆本身的损坏也十分明显,这就不仅仅直接缩减了公路的使用年限而且损害了公共效益。
二.桥头跳车的危害性
桥头行车受到很多因素的影响,其行车机理比较复杂。桥头搭板的长度不同对道路及车辆的影响度会不同,还有车辆的类型,重量不同也会有不同的影响,当然车速也是一个很重要的因素。如果发生桥头跳车现象,车辆在通过桥头时会发生跳动以及冲击.由于其冲击力又可以形成对桥梁及道路的附加衙载,对路面以及桥头搭板都有很大的损坏作用,与此同时对车辆的损坏也是很大的,严重影响大车辆的使用寿命。除此之外,桥头跳车导致车辆突然发生颠簸,会影响驾驶员的正常驾驶,也会导致乘客身体及心理的不适,严重的甚至有可能造成交通事故。由此可见桥头跳车的危害是十分大的,必须引起有关部门的高度重视,驾驶员也必须重视这一问题,在行驶至桥头时要适当减速。
三.桥头跳车的原因分析
桥头跳车不仅仅是一种安全隐患,而且还无形之中增加了有关交通管理部门的维修费用。桥头跳车不仅仅降低了行车的速度,而且还对桥梁的路面造成了巨大的冲击荷载力,严重的可以造成桥面搭板的脱落。其形成原因是多方面的,影响因素也是多方面的,包括自然环境的因素,也包括人为的原因。比如路基下沉,路堤变形、桥台的形式、搭板的长度等等都会对其有很大的影响。我们在此主要介绍以下几种较为重要的影响因素。
1. 桥头跳车的一个重要原因是由于其土质不良而产生的路基下沉。通常来说低洼地带的地下水位都比较高,而桥基往往位于这些低洼沟壑地带,其土质酥软,桥基填料物质量不高,当这些填料物在受到较大压力是极易被压缩变形,导致路基的下沉。再加之桥头路基填筑的高度一般都较高,会承受较大的压力,在车辆及桥身的长久负荷下,极容易引起桥头地基的下沉。就从施工的角度而言,由于桥头一般处于河道或沟壑带,其施工空间的限制比较大,大型机械无法使用,所以在这种条件下桥头路基的压制工作质量会大打折扣,一般而言很难使桥头地基的坚实度达到标准的要求,正是因为如此在桥梁通车以后,经过长时间的辗压,以及维护期的加长,很容易出现桥头路基下沉,这样就形成了桥头跳车。
2.我们知道任何物体都具有其固有的压缩徐变性质,理所当然路基填筑物也具有这种性质。就是因为这个原因,即使桥头路基已经得到了很充分辗压,其坚实度也达到了应有的标准。但是在桥梁通车以后,随着时间的不断推移,桥梁长时间的承受巨大的压力,这种压力最终也是通过桥梁传递到了桥头路基,这时物体的固有压缩徐变性质就会显现出来,路基因为受到长时间的压缩变形下沉,最后形成桥头跳车。这也是形成桥头跳车的不可忽视的重要原因。
3.在施工时桥涵和路堤的结合部位会不可避免的存在一定的缝隙,正是因为如此雨水会源源不断的沿这这个缝隙向下渗透,下渗的雨水会对桥头路基产生巨大的破坏作用,其主要的破坏作用表现在对路基填充物产生侵蚀和软化作用,特别是那些辗压不够的部位侵蚀作用更明显,长时间的侵蚀最后导致填方体的变形。再加之外部强大的车辆荷载冲击力,就会极容易造成桥头路基的下沉,形成桥头跳车现象。
4.施工时其施工程序不对,施工质量不达标,是形成桥头跳车的最直接的原因,比如桥梁的台背填筑速度过快,缺乏相应的辗压,其台背下沉的速度也会比较快。再如桥头台前护坡墙砌筑不合格或是时间不及时,那么就极容易以引起整个土体滑移的问题出现,这样的滑移就会直接危害桥梁的基础。一般而言再给台背进行填土时,由于在这个阶段一般施工时间都会比较紧,再加之施工空间受到严重的限制,自然其施工质量很容易出现问题,这种问题出现后极易引起桥身变形,形成桥头跳车。
5.软土路基十分常见,再加之桥头路基一般位于河道沟壑低洼带,地下水位高,桥基承受能力有限,极容易出现软土下沉,最终形成桥头跳车。
四.防止桥头跳车的有效措施
1.软土地基处理方法
我们在施工的过程中经常会碰到软土地基,软土地基由于其固有的软弱性,使得其地基不够坚固,如果处理不恰当那么地基的局部承载力不足,导致地基的沉降,引起桥头跳车现象。再者软土地基土壤含水量过高,正是由于局部地段含水量过大,极易造成地基软弹,甚至出现翻浆等现象。所以为了防止桥头地基下沉拉裂而造成桥头跳车现象的出现,就需要采用有效的措施对软地基进行适当的处理,使其变得足够坚固,通过提高软地基的固结度和稳定性,来减少桥头跳车。在此我们需要根据施工地软土的具体性质及施工期限的要求采用不同的软土地基处理方法,其主要方法有以下几点:
(1)真空预压结合塑料排水板处理软土地基,这种方法主要适用于淤泥土质,因为淤泥土质强度极低,淤泥的可压缩性高,极易导致自己下沉,在这种地段采用真空预压结合塑料排水板处理方法,使排水板低端穿过淤泥层,梅花形的布置,这样施工后再通过沉降观测,采取相应的措施可以取得良好效果。
(2)堆载预压处理软土地基,这种方法主要适宜我国东南沿海分布比较广泛的海相,湖相等深厚软粘土层,这种土层压缩性大,强度低,空隙大,渗透性大,采取这种方法可增加土层密实度,减低压缩性,这种方法是工程上应用比较广泛的,效果明显。
(3)水泥搅拌桩处理软土地基,适用于处理粉土,黄土以及固结的淤泥这类土质,这种方法主要是在冬季施工,低温对处理效果具较大的影响。
(4)预应力管桩处理软土地基,采用这种方法,通过在桩顶浇灌妆帽等方法形成桩网结构,使上部压力比较均匀的传到持力部位,可以有效的提高地基的承载力,控制沉降。
2.减轻桥坡堆土质量,控制桥坡沉降。桥的质量过大也是桥基沉降的一个重要原因,为此我们要尽可能的减轻桥坡的堆土质量,以减轻桥的整体质量,减少桥自身对桥基的压力,其最主要的方法是使用轻质土来堆填桥坡,可以有效减轻桥的质量。
3.控制回填土施工质量,减轻桥坡沉降,回填土的施工质量对桥有直接的影响,其桥基回填土的施工质量直接关系到桥基的沉降问题,我们在施工时必须注意的是要合理的选择回填土的材料以及配料,选择合适的压实机械,并且按照科学的施工方法施工,来提高压实度,保证施工的高质量。
五.结束语
软土路段施工难度较大,再加之软土自身的特性以经决定了其不稳定性的存在,所以在这种路段出现桥头跳车的现象较多。我们要解决跳车这一问题,不仅仅要认真分析对待施工地的自然环境,在理论上做好准备工作,认真对待,从设计着手,考虑周全之后定出完整的设计方案。与此同时施工的监理单位以及施工单位要不断的加强提高高质量的意识,严格照图要求来施工,监理要严格履行监理工作的程序,努力控制好每道工序,保证每一道工序的质量能够过关,只有这样才能从根本上解决桥头跳车的问题,其各方责任重大且意义深远。
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Keywords: soft soil foundation treatment construction method
中图分类号:TU471.8文献标识码:A 文章编号:
在现代道路设计中,软土地基因其自身特点:含水量高,孔缝隙大,导致渗透性差,强度低,于是在外力的作用下通常会产生不均匀沉降或沉陷等现象,因此,软土地基处理问题已受到各界的广泛关注。
1.1软土地区的概念
软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细颗粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高、透水性差、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、各层之间物理力学性质相差较大等特点。
软土地基上的建筑通常沉降量较大且沉降稳定需要的时间较长,所以处理是否合理,将关系到工程质量、进度。因此,科学、合理、有效地选择合适的地基处理方法对工程建设具有重要的意义。
1.2软土地基处理的意义
在过去的一段时间里,公路经过软土地区时,由于线路等级标准不高,路基宽度窄、立交少、纵坡要求不严,且低路堤多,因此对路基大部分地段处理工程少,仅重视桥头高路堤部位的处理。出现高速公路之后,因要求全立交、桥涵通道多,路堤高度多超过软土填土极限高度。加之软土中含有大量亲水胶体微粒,土体多呈海棉状结构,因其孔与孔的缝隙大、含水量多、透水性差、抗剪强度低、压缩性强在路堤高填土的自重作用下,要经过较长时间才能趋于压密稳定,因此其沉降稳定要花费较长时间。此外软土结构在超负荷交通量的作用下,路基容易产生侧向膨胀挤出滑动,基底沉降现象也会更严重。为了增强压密稳定力度和较短时间达到最终沉降,消除侧向滑动位移,以免路堤向两侧膨胀挤出,确保路基及其外侧建筑物安全,因此必须对软基进行处理。
1.3软土地基处理主要工程特性
软土工程的特性主要有以下几点:
不稳定性。当软土受到扰动时会变成稀释流动状态;
b、高压缩及不均匀沉降。由于软土的压缩系数很大,当垂直压力达到一定值时,软土会发生压缩变形,导致道路沉降量较大及沉降不均匀;
c、低渗漏性。软土渗透系数小,固结所需时间较长;
d、沉降速度快。
软土地基有极大的危害性,如果不处理或处理不当,就会造成地基失稳,使构造物沉降过大或不均匀沉降,对构造物造成不同程度的危害。接下来了解软土地基处理常用的几种方法。
软土地基处理方法
2.1排水固结法
排水固结法是目前我国公路软土地基处理的首选方法之一。排水固结法不仅施工简便,而且经济适用、可行性强。软土地基处理排水固结法,主要是通过在软土地基中设置竖向排水体,使原有地基的边界条件发生改变,孔隙水的排除途径增加,如此一来,在很大程度上缩短了固结时间。一般情况下,为了达到上述目的,常采用袋装砂井和塑料排水板配合砂垫层。
2.2粉体搅拌法
粉体搅拌法(简称粉喷法),是用特制的设备和机具,将加固剂粉体材料(水泥或石灰)通过压缩空气的传送,与地基土强行拌和,使之产生充分的物理、化学反应后,形成一定强度的桩体(简称粉喷桩)。粉体搅拌法是一种改善土质,提高地基强度的软土地基加固方法,可以广泛地适用于淤泥质土,杂填土,软粘土等地基加固。
2.3添加剂法
添加剂法是在软土层处理过程中加入生石灰、水泥等等物料以改良土壤的结构成分。使软土变为可凝固土或者是高强度土,最终加固路基的整体强度。在这个阶段中最主要的掌握好添加剂的成分和与土壤的配比度,不能使土壤过于干燥也不能是土壤里的水分含量太高否则将起不到最初的设想效果。此外对于混合土的搅拌过程和凝结的时间上也应该进行很好的把握。
2.4强夯法
强夯法主要是针对软土地基的强度问题。通过将重锤升到一定高度,使其自由落下,靠冲力夯击地基,如此反复,以提高地基的强度、降低地基压缩性。因此,软土地基处理强夯法更适用于处理碎石土、砂土、粉土、杂填土和素填土等地基,除了能达到提高地基的强度、降低地基压缩性的目的之外,还能有效提高软土地基抗振动液化的能力、消除软土的湿陷性。
这里需要指出的是,强夯法在处理饱和度较高的粘性土时,处理效果并不显著,尤其是对淤泥和淤泥质土地基的处理效果更差。因此,为了取得更好的效果,在采用强夯法时,我们要充分结合软土的物理力学性质,与综合加固方法同时进行,但是这种方法费用较高。
2.5加筋法
加筋法也是处理软土地基常用方法之一。加筋法主要是针对软土地基整体变形问题。通过将抗拉能力很强的土人工合成材料埋置于土层中,利用土颗粒位移与拉筋产生摩擦力,使土与加筋材料形成整体,减少整体变形和增强整体稳定。
2.6碎石桩法
碎石桩法是对软土采取震动钻孔的形式然后在孔内注入碎石块,已形成碎石桩网络分布的形式,从而加固路基的过程。这种方法由于有了震动装置的广泛应用以及机械化的操作已经被推广开来而应用的比较广泛,同时这种操作方法只是置换小部分的软土就能达到坚固路基的作用。在高等级公路的施工中经常被采用。况且它还有一个主要的优点就是较少受地下水位的影响,相较高架桥的方式又节省了不少的资源和劳力。
三、加强和改善软土路基施工技术的措施以及建议
3.1创建自己的理论知识体系作为明确的指导
要加强和改善软土路基施工技术,首先要创建自己的理论知识体系作为明确的指导。这就要求我们根据我国的公路建设基本国情来制定公路软土地基建设的理论框架和知识体系,成为指导软土地基处理技术的有力措施和重要方法。
3.2公路工程施工中现代化设备的购进与研发
改善软土路基施工技术就要求我们提高公路工程施工的专业性和技术性,要求我们必须加强施工中的现代化机器设备的使用。主要途径可以从购买和研发新设备两个方面着手。
3.3严格控制施工质量
施工质量是可以人为控制的工程指标。加强对工程施工的监管是有效的防止因为施工错误或者是疏忽给软基处理技术造成效果下降的现象。因此在施工过程中,要指派专业人员常驻工地监督每道工序的质量,可委托监理单位负责该项工作。
四、结束语
综上所述,软土地基的处理质量直接影响到我国路基的基础承载能力,也是保证道路安全、高效运营的关键,我们必须给予高度重视。在选择软土地基处理方法时,由于方法很多,我国各地区的环境,土质皆有不同,我们一定要结合实际情况,力求用简单经济的施工方法完成任务!
参考文献:
[1]李俊平. 浅析高速公路软土路基的施工处理[J]. 科技资讯. 2010.(03)
篇6
我国珠江三角洲沿海地区为典型的冲积平原地貌,地势平坦,水网密布,由于河流冲积和海潮的进退作用,在该地区广泛分布着海相、湖相及河相深厚软粘土层,这种软粘土具有工程上所谓的“三高三低”的特性,即高含水量、高孔隙比、高压缩性和低粘聚力、低渗透性、低固结系数。软土主要为淤泥和淤泥质土,一般分布于地表硬壳层之下,软土层间常夹薄层粉细砂。一般而言,在此类软土地基上建造建筑物,会产生很大的沉降和差异沉降,且沉降持续的时间长。务必注意在建造建筑物之前要对软土地基采取处理措施进行地基处理,来增加密实度,提高抗剪强度,降低压缩性。处理软土地基有诸如强夯和振冲等多种方法,本文谈及的堆载预压法也是工程上应用广泛,技术经济合理,行之有效的处理方法之一。
2.关于堆载预压法加固软土的机理简介
堆载预压过程分析实际是加载预压过程中加载荷载与孔隙比之间关系。其中关键的设置排水系统可以改变地基原有的排水边界条件,增加孔隙水排出的路径,缩短排水的路程。对深厚软土地基进行堆载预压处理时,通常要在地基中打设塑料排水板(或砂井)作为竖向排水通道,缩短排水距离,加速土层固结;在表层设置一层砂垫层作为横向排水通道及工作垫层,然后利用堆填作为荷重进行堆载预压。
3.在深水港软基的应用分析
3.1工程概况
某港口工程区域属山丘陵河口堆积平原,广泛分布着海相沉积的软弱粘土层,从上到下地基土依次为淤泥、淤泥粉砂互层、海相淤积土层、淤泥质粘土,这些基地压缩和含水量高、抗剪强度和渗透性低的显著特点,并且埋藏深厚达数十米。海涂持力层主要为全新世滨海相上段的冲海积青灰色中细砂,粉细砂、粉土与粘土互层以及海积的青灰色淤泥,底部为中段的冲海积青灰色淤泥质粘土及粉质粘土,天然地基往往不能满足大型工程对地基变形和稳定性的要求。从而要建港口前期必须要对这些深厚软土地基进行处理、加固。
经相关地质勘查和设计施工单位紧密讨论,该港区陆域形成采用吹填砂与回填开山石方案;陆域天然软土地基加固采用塑料排水板加堆载预压方案;吹填砂层加固采用振冲或强夯法进行处理。软基处理的技术要求为:场区填筑后沉降6MPa,标准贯入注砂面以下l-2m的范围>12击,2m以下>15击;设计要求强夯加固后吹填砂距砂面0.5m范围内压实度应达到0.93,0.5-1.5m范围内压实度应达到0.9。另外,本文主要针对堆载预压进行讨论。
3.2堆载预压设计和施工简述
文章讨论的施工隔堤为沙被斜坡堤结构,北部泥面低,水深大。堤顶标高+5.9m,坐落于淤泥和淤泥质软土地基上。设计初步采用塑料排水板固结法对地基进行处理,主要处理对象为地质图(文中无法给出)中的①-1层也即黄灰色淤泥层、①-2灰色淤泥层再加上①-3的灰色淤泥质粘土层,处理深度10m到28m。C型排水板正方形布置,间距为1m。
施工顺序:铺设2层冲灌袋装中粗砂垫层塑料排水板的打设覆盖针刺编织无纺复合土工布及袋装碎石层在等了1个月之后第一级砂被棱体至+0.0m、堤前护面陆域吹填至-0.5m+1.5m平台护面、第二级砂被棱体至+1.8m、铺设反滤土工布、袋装碎石、片石垫层、斜坡面护面陆域分级吹填至+l.9m,每级吹填厚度不超过2m+3.6m平台护面施工第三级砂被棱体至+4.lm、坡面护面陆域吹填至+3.5m等到1个月后第四级砂被棱体护面至5.8m、棱体内侧铺设反滤土工布、袋装碎石压层后方吹填至巧0.5m地基稳定后防汛墙分级施工、铺设+5.9m平台与防汛墙间隙处护面。
整个工程施工时需要布置监测仪器,限于篇幅未对监测过程进行详细阐述。但是在隔堤填筑施工过程中,地基的变形较大,地基以及堤身结构的稳定是本次监测的重点。所以从打设塑料排水板到覆盖针刺编织无纺复合土工布及袋装碎石层完成后要开始埋设监测仪器。
3.3隔堤固结沉降计算
固结计算是堆载预压设计中必须要进行的,软土地基最终沉降量可以通过固结沉降量乘以经验沉降修正系数求得。塑料排水板或砂井软土地基固结度的计算是建立在太沙基固结理论和巴伦固结理论基础上的。工程采用了CONSOL软件,算得压缩土层固结度达到93.3%,接近于常规的三点法计算的95.53%的固结度,从而表明施工隔堤的基本己经达到稳定。而固结沉降的1029mm基本在控制范围。实测数据和理论计算结果表明采用基于固结理论的计算结果满足本工程的计算。
4.堆载预压法的施工应注意的问题
本工程对于堆载预压法处理软基也只是方案的一种,工程还进行了振冲和强夯等方案的分析和局部试验,限于篇幅和讨论侧重点,笔者在文章只对堆载预压进行较为详细的说明。但是不管怎么样,工程人员必须知道软土地基的固结沉降变形与施工方法和施工质量关系密切。比如堆载预压法,笔者认为在施工中应注意:首先,软土地基路堤施工季节应适宜,建议在旱或冬季作业;其次相比其他软土地基加固方法,堆载预压法是软土地基固结沉降较慢的一种,施工计划应妥善安排,尽量提前施工以使得软土地基有充分的时间完成固结沉降,达到港口或者其它类似港口工程的要求;最后要知道地表硬壳层对软土地基固结沉降是一个有利点,施工过程中避免对地表硬壳层结构的进行损坏,充分发挥硬壳层的板体效应。
参考文献
[1]周健,叶建忠.大面积浅层地基处理新方法研究及其工程应用[C].中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文,北京,2003.
[2]潘林有,谢新宇,罗听等.软土地基实测沉降的拟合和预测[J].哈尔滨工业大学学报,2004,36(11).
篇7
1.软弱地基加固处理方法
软弱地基的加固处理[1],按其原理和作法的不同,可分为以下四类:
1.1排水固结法
排水固结法又称预压法,其包括堆载预压法、超载预压法、真空预压法、真空与堆载联合作用法、降低地下水位法和电渗法等多种方法;通过在预压荷载作用下使软粘土地基土体中孔隙水排出,土体发生固结 ,土中孔隙体积减小,土体强度提高,达到减少地基施工后沉降和提高地基承载力的目的。
1.2振密、挤密法
振密、挤密法有表层原位压实法、强夯法、振冲密实法、挤密密实法、爆破挤密法和土桩、灰土桩等多种方法;采用一定措施,通过振动和挤密使深层土密实,使地基土孔隙比减小,强度提高。
1.3置换及拌入法
置换及拌入法有换填垫层法、振冲置换法、高压喷射浆法、深层搅拌法、褥垫法等多种方法;采用砂、碎石等材料置换软弱土地基中部分软弱土体或在部分软弱土地基中掺入水泥、石灰或砂浆等形成加固体,与未被加固部分的土体一起形成复合地基,从而达到提高地基承载力减少沉降量的目的。
1.4加筋法
加筋法有加筋土法、锚固法、树根桩法、低强度砼桩复合地基法、钢筋砼桩复合地基法等多种方法。通过在土层埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等达到提高地基承载力,减小沉降,维持建筑物稳定。
以上方法的原理、适用范围及工程实例可参考殷宗泽、龚晓南主编的《地基处理工程实例》[2]一书。
2.软弱地基处理方法的选择
在地基处理中,我们要遵循的原则是:技术先进、经济合理、安全适用、确保质量[3]。可根据以下条件进行选择:
2.1地质条件
不同的方法适用于不同的地质条件,可参看规范。
2.2设计施工条件
设计时应考虑工期及用料情况:工期不宜安排得太紧;时间充分,施工时地基稳定性好,遗留问题少。工程用料要求就地取材。施工时应采用科学的管理方法。
2.3场地环境条件
要考虑施工时对周围环境的影响。如:新填土会挤压原有道路、房屋,产生侧向位移或附加沉降;用砂桩、砂井时,施工有噪声,靠近居民点会扰民;采用降低水位法时,要考虑引起周围地基的下沉和对周围居民用水的影响故应预先调查或做隔水墙,并考虑施工后注水复原的问题;采用填土堆载时要有大量的土料运进运出工地,会影响交通和环境卫生;打石灰桩、灌注药物或采用电渗排水时,会污染周围地下水,应慎重对待。
2.4结构物条件
要考虑结构物的等级、结构体系、断面形状、位置、埋深、使用要求和建筑材料等因素对所选择加固方法的影响,特别是有地下结构物(地下室、涵洞、地铁等),或者结构物高低不同、沉降不均时,应当特别注意。
3.地基处理技术的创新
近几年来,世界各地因地制宜的发展了许多新的地基处理方法。
3.1。 添掺外加剂方面[4]
以前的地基处理方法大多从机械设备着手,从而建立某种工法,而从材料入手提高地基处理质量和效果的较少。高性能土壤固化剂土壤混合后,特别是与高含水量和富含有机质的淤泥发生一系列物理化学反应,形成相互连接的网状结构,从而提高固化土的强度,减少地基变形。通过室内实验和现场试验证明,用高性能土壤固化剂作地基处理特别是对软弱地基的处理很有效,比普通水泥加固效果好的多,此项技术在国外应用已相当普遍已有很成熟的研究机构和公司,但在国内尚属起步阶段。
3.2 综合应用水平方面
重视多种地基处理方法的综合应用可取得较好的社会经济效益。
真空预压法与高压喷射注浆法结合可使真空预压应用于水平渗透性较大的土层,而高压喷射注浆法与灌浆相结合使纠偏加固技术提高到一个新的水平[5]。
单用动力固结法(俗称强夯法)处理饱和软粘土地基时却极易产生“橡皮土”现象,难以达到预期效果。为此,岩土工程界将强夯法和排水固结法结合起来,开创了“动力排水固结法”这项新技术[6]。
3.3.可持续发展方面
我国《建筑地基处理技术规范》JGJ79—2002已经将粉煤灰正式列为换填垫层法可采用的一种垫层材料。
渣土桩又称“孔内深层夯扩挤密桩”,是一种新型地基处理方法,其充分利用建筑垃圾,变废为宝,施工现场干净无污染。
地基处理技术还被用于防止有害物渗出液污染地下水以及防止其他已被污染区域地下水的流动造成污染扩散。近期出现的处理新技术是让被污染的地下水通过含有将地下水中有害物变性、吸收及降解的铁屑或碳颗粒的活性截水墙PRB使地下水得到净化[7]。
4.结语
我国地基处理技术发展很快,但还有许多方面需进一步研究:
(1)发展现场监测技术的研究。
(2)发展测试技术的研究
(3)促进地基处理理论方面的进一步发展。
(4)完善工法的质量检验手段。
(5)发展地基处理新技术,提高地基处理技术的综合应用水平的研究。。
(6)要因地制宜合理选用处理方法。正确评价各种地基处理方法的适用性。
(7)研制新机械新材料,提高施工工艺,实现信息化施工的研究。
(8)深化施工管理体制改革,重视专业施工队伍建设。
参考文献
[1] 顾晓鲁,钱鸿缙,刘惠珊,汪时敏.地基与基础[M] 北京:中国建筑工业出版社,2003,(15):576
[2] 殷宗泽,龚晓南 地基处理工程实例[M] 北京:中国水利水电出版社,2000(1):14~17
[3] 陈莞尔 软弱地基加固方法的合理选择[J] 地基基础,2004
[4] 於春强,郑尔康 高性能土壤固化剂及在地基处理中的应用[J] 第九届土力学及岩土工程学术会议论文集2003
篇8
引言
软土地基一般是指抗剪强度较低、压缩性较高以及具有其它不良性质的地基土,如天然的淤泥与淤泥质土。软土地基上的房屋及其地基基础设计,应充分考虑软土地基的变形特征,防止其对建筑物的危害。过大的均匀沉降虽然也会严重影响建筑物的使用和外观,但从结构安全的角度看不致有什么影响,而不均匀沉必将使建筑物发生裂缝、扭曲或倾斜。影响其使用和安全,严童时甚至倒塌破坏。
近十几年来,我国基本建设规模不断扩大,其建设规模从速度前所未有,因而在诸如建筑、水利、国防、交通和铁道等土木工程建设中,愈来愈多地遇到大量而复杂的不良地基及地基处理问题,地基处理日益得到人们重视。地基基础设计与施工是否恰当关系到整个工程质量、进度和投资,合理地选择地基设计方法,做好基础施工中的质量控制是降低造价的重要途径之一。
1、基本设计原则与要求
1.1基本技术要求
软土工程设计应以最少的投资,最短的工期,达到设计基准期内安全运行,并满足所有的预定功能要求,即包括三个方面:(1)预定功能要求;(2)安全性和耐久件要求;(3)投资和工期的经济性要求。
1.2注意场地条件,防治灾害应充分搜集场地的地形、地质、水文、水文地质等资料,作为设计的依据。场地可能的自然灾害,如暴雨、洪水、地震、滑坡、泥石流等;由于工程建设引起的灾害,如采空塌陷、抽水塌陷、边坡失稳、管涌、交水等;均应在堪察、预测和评价的基础上,采取有效防治措施。
1.3合理选用岩土参数选用岩土参数时,应注意其非均质性与参数测定方法、测定条件与工程原型之间的差异、参数随时间和环境的改变,以及出于工程建设而可能产生的变化等。由于土体参数是随机变量与模糊量,故在划分工程地质单元的基础上,应进行统计分析,算出各项参数的平均值、标准差、变异系数;确定其特征值和设计值。在选定测试方法时,应注意其适用性。
1.4定性分析与定量分析结合定性分析是岩土工程分析的首要步骤和定量分析的基础。对于下列问题一般只作定性分析:(1)工程选址和场地适宜件评价;(2)场地地质背景和地质稳定性评价;(3)土体性质的直观鉴定。定量分析可采用解析法、图解法或数值法性。考虑安全储备时,可用定值法或概率法。都应有足够的安全储备以保证工程的可靠定性分析和定量分析,都市在详细占有资料的基础上,运用较为成熟的理论和类似工程的经验,进行论证,并宜提出多个方案进行比较。
2、软土地基的设计常用处理方法
2.1强夯法处理。强夯法是利用重锤自由落下的巨大冲力能所产生地冲击波反复夯击地基土,将夯面以下一定深度地土层夯实,以提高地基的承载力和土体的稳定性,降低压缩性。强夯置换和强夯挤密在加固机理上是不同的,应用范围也不相同。强夯挤密法常用来加固碎石土、砂土、低饱和度的新性土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基。对于饱和度较高的粘性土等地基,如有工程经验或试验证明采用强夯法有加固效果的也可采用。通常认为强夯挤密法只适用于塑性指数小于10的土。对于设置有竖向排水系统的软粘土地基,是否适用强夯法处理目前尚有不同看法。强夯置换施工前,应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区,进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定。对于一般的软土地基加固有着良好的效果。现在常用的强夯技术加固软土地基的方法有:挤密碎石桩加夯法、砂桩加夯法、真空/堆载预压加强夯、强夯碎石墩。
2.2粉煤灰应用法。
粉煤灰具有容量小,渗透性好,有较高的静力抗剪强度,较低的压缩性,与石灰等碱性物质产生水化反应后产生凝硬性。根据软土地基存在的弱点,利用粉煤灰可处理软土地基。粉煤灰应用的主要有二灰桩,粉煤灰混凝土桩,粉煤灰固结桩等,与土体形成复合地基加固深层软土地基。
2.2.1二灰桩法。(1)以粉煤灰为主的二灰桩,主要是对软土地基产生挤密和置换作用。用于软土地基加固时,使复合地基承载力较天然地基承载力提高了142%,桩间土承载力提高了46%。(2)以石灰为主的石灰—粉煤灰桩,配比为粉煤灰:生石灰=3:7-1:9,主要对地基产生置换,成孔挤密,膨胀挤密,脱水挤密和胶凝作用。
2.2.2粉煤灰固结桩。在软土地基中采用粉煤灰固结桩,具有成型可靠,形状任意选择,造价低廉,改良地基的效果好,抗变形能力强,桩体密实度高等优点。粉煤灰固结桩由粉煤灰,石膏,水泥加水而成,加压注入尼龙袋中,挤密周围土体,必要注浆管可上下反复二次压浆,尼龙袋具有模板,过滤脱水,加压和增强等作用,由于灌注加压排水措施,尼龙袋微孔在灰浆向外渗出的过程中,水只能向外渗,并被隔离在袋外,形成固结硬化均匀的桩体。
2.2.3粉煤灰混凝土桩。粉煤灰混凝土桩由粉煤灰,碎石,中粗砂和水泥组成,在软土地区采用钻孔压浆工艺施工粉煤灰混凝土桩时,必须使混凝土的塌落度达到140-180mm,且碎石最大粒径为1-3cm,为保证桩身强度和降低成本,掺入35%-45%中粗砂作为细骨料。粉煤灰桩和桩间土一起通过铺设在其上的褥垫层形成复合地基,其承载力的提高具有很大的可调性,沉降变形小,造价低。加入粉煤灰后,使桩体具有明显的后期强度。根据其桩身强度较高的特点,在软土地基中采用就可得到更高的承载力。
2.3、水泥土粉喷桩法。粉喷桩与周围的土体形成复合地基,与土体结合紧密,承载能力较大,其桩体上存在应力集中现象,大部分荷载由桩体承担,桩间土上的应力相应的减少,使复合地基承载力较原土层有所提高,沉降量有所降低。采用该法加固软土地基时,水泥粉具有较大的吸水,发热和膨胀作用,对桩间土起到一定的加固作用,同样提高复合地基的强度。
在利用水泥土粉喷桩加固软土地基时,需考虑各种因素对加固强度的影响:①要以水泥粉为加固料,其强度最高;②搅拌时间为2min时就可以达到最佳的搅拌效果,若搅拌时间太长,强度会有所降低,若搅拌的时间未达到2min时,强度会很低;③置换率越高,强度越高,而随着龄期的增加,强度大致呈线性增加;④当含水量为某值时,桩体的强度达到最高,一般桩体的需水量为4kg/m。
2.4、渣土桩法。在加固过程中,由于重锤的冲击能造成一系列压缩波,使土体内出现排水网络,土的渗透性骤然增大,孔隙水迅速排出,孔隙压力很快消散,从而产生瞬时沉降,使土体压密,强度提高;同时重锤的冲击作用使填料向夯击方向和侧向挤密,从而对其周围的土体产生挤密加固作用,形成一个自内向外的挤密圈。在挤密过程中,周围土体的孔隙水压力随之增高,形成超静孔隙水压力。根据巴伦固结原理因为固结时间与排水距离的平方成正比,所以,增加排水途径,缩短排水距离,才能加速软土固结,提高地基承载力。加固柱体本身与软基有不同强度,它既是软土固结的排水体,又是基础的渣土桩。渣土桩和挤密后的地基同组成复合地基,从而提高地基强度并减小地基变形。
2.5、排水固结法。排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的* 排水系统通常有普通砂并、袋装砂井和塑料排水带等;加压系统通常有堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法、电渗法和联合法。近几年来,排水系统采用塑料排水带和袋装砂井较多,加压系统采用堆载预压和真空须压法较多,也有采用真空加堆载联合顶压法,以及利用建筑自重加载法。
2.6、复合地基处理法。复合地基是用专门机械将固化剂、水泥、石灰或掺加粉煤灰单一的或混合物喷出后,在地基深处就地与软土强制搅拌,利用固化剂和软土间发生的一系列物理化学作用,在原地基中形成强度、刚度较大的加固桩体,同时也使桩周土体性质得到改善,使桩体与桩间土体形成复合地基共同承担外部荷载,可实现稳定条件下的快速填土。这些加固土桩,不考虑加固土桩加快地基的排水固结速度和对地基的挤密作用,仅考虑桩的置换作用、应力集中效应,进而减少总沉降量。加固土桩按施工划分有拌和法和粉喷法。
3、结束语
毫无疑问,任何一个建筑物都需要好的地基基础,尤其是建在软弱地基上的建筑物。设计是优质地基基础的主线,而施工则是其设计目标能否实现的关键阶段,只有做好统筹规划与施工管理,才能做到事半功倍,确保建设质量和效果。
参考文献
篇9
引言
近年来,随着市政路桥建设的迅速发展,我国各个地区根据实际情况,开展软土地基工程的设计施工也越来越普及。路桥施工中软土基地的处理技术给我们带来了巨大的经济效益,为我国路桥建设打下了坚实的基础。但在市政路桥工程建设中,软土地基处理效果因不能满足实际使用要求,时常出现道路变形、沉降等现象的发生。所以,改善软土地基处理能保障人民群众的生命财产安全,具有十分重要的意义。
一、软土地基的主要特征
软土地基就是指以软土为主要成分,同时还掺杂一些粉砂以及一些粉土混合而成的地基,这种软土地基比较软,所以其可塑性比较强,但是承载力比较低。如果在实际施工的过程中有软土地基的话,就会给施工造成一定的困难,并且软土地基的另一个特点就是其含水量比较高,所以这就使软土地基存在很大的空隙,导致水分流失的比较快,土地也会变得比较的疏松。
二、软土地基处理技术在桥梁公路工程建筑中的重要性
由于软土地基的土质会在一定程度上给施工过程中的稳定性造成一定的影响,所以一般软土地基是不适合做持力层的,而是需要对这部分软土地基做一定的处理,从而给地基的形成打下基础。
随着我国市场经济的不断进步,旅游业的不断发展,我国公路和桥梁建筑的项目也逐渐增多,为了能够更好的保证我们人民的生活质量,方便人们的生产生活,国家不断的开发桥梁及公路建设工程来保证我们更加顺畅的进行生产和生活,所以就要在软土地基的施工上和技术的处理上做得更好。
软土是指天然含水量比较高、孔隙比较大、并且压缩性比较高,同时其抗剪强度比较低的细粒土,这种土质一般情况下使分布在海边以及有湖泊和河滩等等一些相对水利施工比较集中的地方,这种土质容易受到压力变形和沉降等的影响。软土地基在桥梁以及公路工程中的危害最主要的就是体现在公路施工上面,主要是一些桥涵构造物以及一些高路堤路段的公路上。比如一些桥头的高路堤所发生的沉降现象,单边膨胀以及滑移等现象都频繁发生,所以这些现象的产生就会给桥梁的使用寿命造成一定的影响,甚至会影响到人们和车辆的安全问题,更为严重的就是,如果桥梁发生倒塌的话就会给附近人们生活的正常进行造成非常大的影响。所以,解决软土地基的软弱性问题,保证软土地基变的更加强硬,是桥梁公路建筑项目中首先需要解决的问题。如果没有处理好,就会影响到整个工程项目的继续进行,严重影响到工程作用的发挥。但是软土地基处理问题的解决现在还是一个很大的难题,加上我国土层资源的丰富,各个地方的情况都不相同,所以软土地基的处理技术就相对比较难统一。在对软土地基的处理过程中,应当对待具体问题具体分析,结合具体的软土地基的土层情况和当地的施工造价以及工期等等具体条件作为一个结合,对几种不同的地基处理方法在经济和技术上做一个比较,从而得出比较适合工程来进行的软土地基的处理技术。除此之外,还要多注意和环境的协调发展结合在一起,尽量避免由于一些软土地基的处理而造成资源上的浪费和环境污染现象的发生。
三、市政路桥工程施工中软土地基的处理技术
1、软土地基的表层处理方法
1.1表层排水法
软土地基的处理要因地制宜,如果地基处土质较好,但是含水量较大,因此采取表层排水法较为合适,具体是在填土之前进行地表的沟槽开挖作业,以排除地表水,同时对于地基表层部分的含水量也大大降低,确保工程机械顺利通过,同时可以采取透水性较好的砂砾或碎石进行回填。
1.2垫层砂砾或者置换填土的处理方法
这一方法主要是针对路堤不高、土层薄、无硬壳等特点,而且具有两面排水能力的软土地基。这种技术的好处在于能够使填土与基地之间形成一排水面,如果软土地基遭遇填土的负载作用,能迅速的排水软土地基中的孔隙水,加速软土的凝结,降低其压缩性,大大的提高了承受能力,从而有助于防止软土地基中软土剪切变形。
采用置换填土的方法,可以充分的发挥置换的作用,其具体操要求是用规定的土质重新回填。此方法虽然操作简单,但是需要的成本也较大,一般应用在清淤回填的软土施工中。在施工中也要注意到填土的进程,垫层厚度一般在0.5米至3米之间,一般所选取的施工材料为含泥量小于5%的整洁粗砂、中砂,或者为粒径大于5里面的天然粒径构成的砂砾。
1.3敷垫材料法
软土地基土层分布不均匀的话,可以采取敷垫材料法进行软土地基的处理。由于地基土层分布不均,有可能导致局部沉降和侧向变位的现象,采取敷垫材料法进行处理可以提高地基的抗剪力和抗拉力,增强了地基的稳定性,便于施工机械顺利通过,并均匀支撑其载荷,敷垫材料一般是用化纤无纺布、土工布以及玻璃纤维格栅等。
1.4添加剂法
此方法适用于表面粘性土的软土地基,通过加入添加剂提高了地基的强度和压缩性能,为工程机械的安全作业带来了保障。一般所添加的材料通常为水泥和熟石灰,量的需求也要根据工程量来决定。添加剂中的石灰材料能够降低土壤中的含水量,产生化学式的固定,更加保障了土壤的稳定性,一般使用改良土壤、水泥稳定等。如果为了改良土壤,可以在土壤中添加6%的石灰,其优点在于操作简便,经济实惠;如果为了水泥稳定,可以在黄土中加入3%到6%的水泥,这个造价相对较高,在黄土中添加10%到12%的石灰的石灰土是较为常见的。
2、粉喷桩加固处理法
2.1粉喷桩加固处理法在其施工之前应该对施工技术材料有所准备,具体包括:施工场地的地质报告、土工试验报告、室内配比试验报告、粉喷桩设计桩位图、地面高程数据表、加固深度、停灰面高程、相关测量资料等。
2.2保证地表的平整度并对施工现场的障碍进行清除工作,比如场地低洼,应该进行粘性土的回填;如果场地不能满足施工机械的通行条件,应该铺设砂土或者碎石垫层以提高路基的强度;如果地基表面过软,可以采取适当措施避免机械失稳的现象发生。
2.3施工机械和器具应该提前准备,并提前纪念性机械组装和运转试验。
2.4粉喷桩的施工工艺要按照相关设计要求和施工现场情况进行确定,一般来说试桩数量为5根,试桩之后进行一些参数的确定工作,比如钻进速度、喷气压力、提升速度、搅拌速度以及单位时间喷粉量等。
3、竖向排水固结法
如果软土地基处有粘性土,可以在其地基处进行垂直排水柱的设置,一方面缩短了排水距离,使得地基排水固结效果增强,另一方面增加了地基的抗剪力和抗拉力。具体而言,竖向排水固结法由于其采用的材料有所区别而分为砂井和纸板排水,前者是利用砂井进行排水,其施工方法有打入式、振动式、螺旋钻式及袋装式等,此方法一般不单独使用,往往与加载法和缓速填土法一起使用,多用于地层较厚而且粘土地质的软土地基处理;后者对于泥炭质的软土地基处理效果极佳;其处理范围如下:处理填土坡面以提高其稳定性,处理路基顶面宽度以防止沉降。在进行排水砂井的设计时要提前设计好施工方法,并对砂井直径、排水距离和改良范围进行修正。
结束语
目前,国内市政路桥工程之中软土地处理技术尚不完善,如何在软土地基上更加稳固的进行路桥工程还需要我们不断的探索,理论联系实际,实现软土地的合理开发与利用,解决交通问题,促进经济的迅速发展。
参考文献
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1 软弱土地基的特征
软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填上、杂填土及其它高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土,其工程特性如下职称论文:
1.1 含水量较高,孔隙比较大 据统计,软土的含水量一般为35%~80%,孔隙比为1~2。
1.2 压缩性较高 软土的压缩系数在0.5~1.5MPa-1之间,有些高达4.5MPa-1,且其压缩性往往随着液限的增大而增加。
1.3 抗剪强度很低 软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa。其变化范围约在5~25kPa。
1.4 渗透性较差 软土的渗透系数一般在i×10-5至i×10-7mm/s(i=1,2…,9)之间。因此软土层在自重或荷载作用下达到完全固结所需的时间很长。
1.5 具有显著的结构性 特别是滨海相的软土,一旦受到扰动(振动、搅拌或搓揉等),其絮状结构受到破坏,土的强度显著降低,甚至呈流动状态。软土受到扰动后强度降低的特性可用灵敏度表示。我国东南沿海软土的灵敏度约为4~10,属高灵敏土。
1.6 具有明显的流变性 软土在不变的剪应力的作用下,将连续产生缓慢的剪切变形,并可能导致抗剪强度的衰减。在固结沉降完成之后,软土还可能继续产生可观的次固结沉降。
软土具有强度低、压缩性较高和渗透性较差等特性,必须重视地基的变形和稳定问题,如果不作任何处理,一般不能承受较大的建筑物荷载。 冲填土(吹填土)是在整治和疏通江河时,用挖泥船或泥浆泵把江河或港湾底部的泥砂用水力冲填(吹填)形成的沉积土。冲填土的物质成分比较复杂,如以粉土、粘土为主,则属于欠固结的软弱土,而主要由中砂粒以上的组颗粒组成的,则不属于软弱土。杂填土一般是覆盖在城市地表的人工杂物,包括瓦片砖块等建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。其主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差。
2 几种地基处理方法的确定
2.1 碾压法与夯实法 碾压与夯实是修路、筑堤、加固地基表层最常用的简易处理方法。通过处理,可使填土或地基表层疏松土孔隙体积减小,密实度提高,从而降低土的压缩性,提高其抗剪强度和承载力。目前我国常用的有机械碾压、振动压实和重锤夯实,以及70年展起来的强夯法等。
2.1.1 机械碾压法 机械碾压法是利用压路机、羊足碾、平碾、振动碾等碾压机械特地基土压实。
2.1.2 振动压实法 振动压实法是通过在地基表面施加扳动把浅层松散土振实的方法,可用于处理砂土和由炉灰、炉渣、碎砖等组成的杂填土地基。
2.1.3 重锤夯实法 重锤夯实法是利用起重机械将夯锤提到一定高度(2.5~4.5m),然后使锤自由落下并重复夯击以加固地基。锤重一般不小于15kN,经夯击以后,地基表层土体的相对密实度或干密度将增加,从而提高表层地基的承载力。对于湿陷性黄土,重锤夯实可减少表层土的湿陷性;对于杂填土,则可减少其不均匀性。
2.1.4 强夯法 强夯法,又称动力固结法,其用起重机械将80~300kN的夯锤起吊到6~30m高度后,自由落下,产生强大的冲击能量,对地基进行强力夯实,从而提高地基承载力,降低其压缩性,是我国目前最为常用和最经济的深层地基处理方法之一。
2.2 换土垫层法
2.2.1 换土垫层法的原理 换土垫层法是将基础下一定深度内的软弱土层挖去,回填强度较高的砂、碎石或灰土等,并夯至密实的一种地基处理方法。常用的垫层有:砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层以及用其它性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。
2.2.2 垫层的设计要点 垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求,而且应符合经济合理的原则。其设计内容主要是确定断面的合理厚度和宽度。对于垫层,既要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层,又要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。
2.2.3 施工要点 ①垫层施工必须保证达到设计要求的密实度。密实方法常用的有振动法、水撼法、根压法等。这些方法都要求控制一定的含水量,分层铺砂厚约200~300mm,逐层振密或压实,并应将下层的密实度检验合格后,方可进行上层施工。②垫层的砂料必须具有良好的压实性。砂料的不均匀系数不能小于5,以中粗砂为好,容许在砂中掺入一定数量的碎石,但要分布均匀。③开挖基坑铺设垫层时,必须避免对软弱土层的扰动和破坏境底土的结构。基坑开挖后应及时回填,不应暴露过久或浸水,并防止践踏坑底。当采用碎石垫层时,应在坑底先铺一层砂垫底,以免碎石挤入土中。
2.3 排水固结预压法 排水固结须压法是利用地基排水固结的特性,通过施加顶压荷载,并增设各种排水条件(砂井和排水垫层等排水体),以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。根据固结理论,粘性土固结所需时间与徘水距离的平方成正比。因此,为了加速土层的固结,最有效的方法是增加土层的排水途径,缩短排水距离。
2.4 桩基法 当淤土层较厚,难以大面积进行深处理,可采用打桩办法进行加固处理。而桩基础技术多种多样,早期多采用水泥土搅拌桩、砂石桩、木桩,目前很少使用,一是水泥土搅拌桩水灰比、输浆量和搅拌次数等控制管理自动化系统未健全,设备陈旧,技术落后,存在搅拌均匀性差及成桩质量不稳定问题;二是砂石桩用以加固较深淤泥软土地基,由于存在工期长,工后变形大等问题,已不再用作对变形有要求的建筑地基处理;三是民用建筑已禁用木桩基础。
钢筋混凝土预制桩(钢筋混凝土桩和预应力管桩)目前由于具有较强承载力,投资省,质量有保证,施工速度快等特点,得到普遍运用。
淤土层较厚地基处理还可以采用灌注桩,打灌注桩至硬土层,作承载台,灌注桩有沉管灌注桩和冲钻孔灌注桩,但两种方法灌注桩还存在一些技术难题,一是沉管灌注桩在深厚软土中存在桩身完整性问题;二是冲钻孔灌注桩存在泥浆污染问题,桩身混凝土灌注质量,桩底沉渣清理和持力层判断不易监控等问题。
2.5 灌浆法 是利用气压、液压或电化学原理将能够固化的某些浆液注入地基介质中或建筑物与地基的缝隙部位。灌浆浆液可以是水泥浆、水泥砂浆、粘土水泥浆、粘土浆及各种化学浆材如聚氨酯类、木质素类、硅酸盐类等。
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一、前言
建筑物的建造使地基中原有的应力状态发生变化,这就必须对地基进行加固、处理,以满足其稳定和沉降的要求。地基处理技术在一些欧洲国家发展较早[1],也取得了许多相关的研究成果和实践经验。我国地基处理技术的发展过程大体上可划分为两个阶段。第一个阶段,砂石垫层法、砂桩挤密法、石灰桩、化学灌浆法、重锤夯实法、堆载预压法、挤密土桩和灰土桩等地基处理技术先后被引进及开发利用。第二个阶段,大批国外先进的地基处理技术被引进,从而大大促进了我国地基处理技术的应用和研究。
二、地基处理方法
1、强夯法和强夯置换法
强夯法处理地基有设备简单、效果显著、经济和施工快的特点。强夯置换和强夯挤密在加固机理上是不同的,应用范围也不相同。强夯挤密法常用来加固碎石土、砂土、低饱和度的黏性土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基。对于厚度小于6m的软黏土层采用强夯置换法处理,边夯边填碎石等粗粒形成深度为3~6m,直径2m左右的碎石桩体与周围土体形成复合地基,也已取得较好的加固效果。
2、排水固结法(静力排水固结法)
排水固结法又称预压法,适用于淤泥质土、淤泥、冲填土等饱和黏性土地基。饱和软黏土在荷载作用下,孔隙中水慢慢被排出,土的孔隙比减小,随着超静孔隙水压力消散,有效应力提高,土的强度增加。
3、深层搅拌法
深层搅拌法是通过特制机械沿深度将固化剂与地基土强制搅拌就地成桩加固地基的方法,当固化剂(水泥或石灰)为粉体时又称为粉体喷射搅拌法。深层搅拌法适用于处理淤泥、淤泥质土和含水量较高的地基及承载力特征值不大于120Kpa的黏性土、粉土等软土地基。该法目前在国外特别是日本和美国应用很广,国内近些年发展较快。
4、高压喷射注浆法
是将带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定深度,以高压喷射流使固化浆液与土体混合,凝固硬化加固地基土体的方法。它适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。
5、加筋地基
土工合成材料是一种新型的岩土工程材料,是岩土工程应用的合成材料产品的总称。加筋地基是将基础下一定范围内的软弱土层挖去,然后逐层铺设土工合成材料与砂石等组成的加筋垫层来做地基持力层。当埋设方式和数量得当时,就可以极大地改善地基承载力。土工合成材料的应用被称为岩土工程革命,土工合成材料进一步发展势必促进地基处理新技术的发展。
6、静动力排水固结法
静动力排水固结法是近些年来发展起来的一种软土地基处理新技术,它利用改进的强夯法的夯击机具与排水固结法中排水体系针对包括高含水量的软黏土地基进行处理。该法最早在深圳等地针对软土地基进行了大量的工程实践及监测测试,取得了成功,之后得到了逐步的推广运用。
7、CFG桩法
随着我国基础建设进程的加快,CFG 桩复合地基处理技术在我国的应用前景更加广阔。CFG 桩复合地基处理技术的主要特点是加快了施工速度、提高了施工质量、降低了施工成本,建设工程的经济效益和社会效益能够得到充分的保证,和其他地基处理技术相比,具有非常明显的优势,为建设单位、建设企业及业内人士较为关注的建设工程三大问题:施工进度、质量控制和成本控制难题得以解决。
8、水泥土搅拌桩法
水泥土搅拌桩法在施工中较为常见[2],其加固机理是用水泥做固化剂,通过使用特制的深层搅拌机械,在钻进的同时往软土中喷射水泥浆液,在地基深处将软土固化成为具有足够的强度的水泥土,这些加固土、柱体与柱体间的土构成了一种复合地基,从而达到地基加固的目的。水泥土搅拌桩法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。水泥土搅拌桩加固的特点是施工工期短,效率高,施工中无振动,无噪声,无地面隆起,不排污,不挤土,不污染环境,施工工具简易,费用低廉等。
9、旋喷桩法
旋喷桩法是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程,将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后,从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来,形成一股能量高度集中的液流,直接破坏土体,喷射过程中,钻杆边旋转边提升,使浆液与土体充分搅拌混合,在土中形成一定直径的柱状固结体,从而使地基达到加固。旋喷桩适用范围较为广泛,具有施工占地少、振动小、噪音较低等优点,但其施工工艺比较复杂,需要配置专门的旋喷设备,成本较高,且容易污染环境,对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。
10、灰土桩
灰土挤密桩法的发展,具有我国自己的特点[3],其施工工艺比较简单。由于灰土具有一定的胶凝强度,桩体可分担较多基础荷载,同时又能较快地传布于一定深度的地基土层中,因此,灰土挤密桩地基的基础效果较好,而且灰土桩的材料主要是白灰和土,可以就地取材,经济效果更好。灰土桩是用石灰和土按一定比例拌和,并在桩孔内夯实加密后形成的桩,这种材料可达到挤密地基效果,提高地基承载力,消除湿陷性,提高地基抗变形能力。灰土桩承担的荷载是通过桩周摩擦力向周围土体传递的[4]。
三、结论
不同的地基采用的地基处理的方法不同,相同的地基由于设计和施工要求的不同,采用的方法也不同,在进行地基处理时,要充分调查现场的实际情况以及设计要求,采取多种方案进行比选,在实用性、经济性、环保性等方面做到最优。
参考文献
[1] 戢英, 软土地基处理技术及在公路施工中的应用[D].天津,学位论文,2006.12。
[2] 叶书麟,叶观宝,地基处理[M].北京:中国建筑工业出版社,2006。
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1. 软弱地基处理的一般原则
1.1 自然沉降法:即尽早用堆载预压不作深层处理软基的方法,这种以自然沉降逐渐达到路基稳定,是一种最经济也简单的方法。但目前基本建设的程序不能尽早拔款、征地、从容施工,而一旦工程项目付诸实施时,又往往限于工期,一般情况用自然沉降法将难以实现。
1.2 工程技术处理:即在施工工期紧迫,时间有限的情况下,针对软土采用不同工程技术方法进行处理,使其压实度满足设计要求,达到路基稳定的作用。
2.软土路基浅层处理方法
目前在重庆西部现代物流产业园区采用的路基处理方式有以下几种:1.清淤换填 2.抛石挤淤3. 强夯法 4. 袋装沙井法5. 加筋土法 ((浅层处理是指对路床处理深度不超过5米)。
2.1 清淤换填
清淤换填法是将软弱土层清除并清底,然后回填砂碎石并压实。一般适用于淤泥质土、人工回填土,水田、鱼塘表层淤泥质粘性土呈流塑~软塑状,不可作为路基持力层。清淤深度不超过2米。
测量放样,挖除路基坡脚全部软弱土、冻胀土。对材料的配合比进行标准试验,确定适合施工需要的各项参数,以便合理指导施工。
备料、摊铺及拌和,自卸车按规定计量将砂砾运至施工路段,确保配料的均匀性及准确性,然后用平地机摊铺,直到达到设计要求的深度和规范要求均匀度为止。摊铺应控制厚度,避免破坏下承层,每次的摊铺宽度应与上一次的摊铺重叠50-80cm。
碾压养生,现场取样成型试件,满足要求后,立即进行稳压,然后平地机初平一次,用振动压路机振压4~6遍直到达到要求的标准。碾压成型后的第2天,洒水养生,并控制车辆运行。
2.2抛石挤淤
对大于2米的鱼塘或河沟等软土超过2米以上的路基采用抛石挤淤,适用于填方路堤基底为软弱土层的换填.抛石挤淤仅适用于常年积水、排水困难的极软塑流塑的软土地段. 当软弱土层较浅或局部少量软基时,采用全部挖除,换填砂砾石或碎石处理。采用重型压路机将片石压入软基中,并反复碾压直到路基稳定。片石粒径5~40cm压实后要求路基表面无明显轮痕,表面密实,无弹簧现象。
2.3 强夯法
强夯法国际上称之为动力固结法,强夯法的加固机理主要是利用强夯机,将大吨位的夯锤起吊到10~40m的高度,让自由落下,对地基土施加强大的冲击能,在地基土中形成冲击波和动应力,使得孔隙水压力增大,同时土颗粒发生错位,土体骨架解体,最终使得土颗粒趋于更密实的状态。强夯法主要适用于加固砂土和碎石土、低饱和度粉土与粘性土、素填土和杂填土等地基。强夯法具有加固效果显著,设备简单,施工方便、节省劳力、节约材以及利于环境等特点。增加其密实度,从而提高路基地基承载能力和减少沉降,一般适用于地基处理深度不超过3米的低饱和度粉土,粘性土,湿陷性黄土,素填土和杂填土等。
施工前,对重夯地段测量放样,确定夯点位置及间距。夯击遍数为3遍,从两侧开始向中部一排接一排进行,每夯点连续夯击4次。夯击过程中随时测量夯沉量,当后两击平均夯沉量为1~2cm 时,即可终止夯击。 本次主要在中干东线中运用此方法。
2.4袋装沙井法
袋装沙井法具有理论成熟,施工简易,造价低廉,质量容易被控制等优点。袋装沙井法是固结排水法的一种,是在软弱地基中设置若干沙井,在沙井上铺砂垫层,再在砂垫层上铺设土工布。通过增加排水措施,缩短排水距离,提高排水速度,从而使地基土的密实度增加,提高其承载能力。土工布的作用是提高其稳定性,使之不会沿滑动面滑动。
2.5加筋土法
加筋土法,是将土工织物或是土工栅格等植入地基土中,两者形成一个整体,增大压力扩散角,从而提高地基的承载能力,减少其沉降。加筋土法一般适用于由回填土形成的路堤,适用于软土,沙土和粘性土等。本次主要在北线中采用此法。
3. 软土地基深层处理方法
软土地基深层处理的方法主要是深层密实法、排水固结法、石灰桩法、复合地基法和高压喷射注浆法等(深层处理是指对路床处理深度超过5米)。
3.1深层密实法
适用于软土厚度>3m 的中厚软土的加固,分布面积广的软基加固处理,其加固深度可达到30m 。通过振动、挤压使地基中土体密实、固结,并利用加入的具有高抗剪强度的桩体材料置换部分软弱土体中的三相(气相、液相与固相)部分,形成复合地基,达到提高抗剪强度的目的。主要加固方法:强夯法、土(或灰土、粉煤灰加石灰)桩法、砂桩法、爆破法、碎石桩法(振冲置换法)、石灰桩法、水泥粉煤灰碎石桩(CFG 桩法)、粉喷桩法、旋喷桩法。代表方法有碎石桩法、强夯法、水泥粉煤灰碎石桩法、粉喷桩法
3.2排水固结法
适用于处理各类淤泥、淤泥质粘土及冲填等饱和粘性土地基。软土地基在附加荷载的作用下,逐渐排出孔隙水,使孔隙比减小,产生固结变形。在这个过程中,随着土体超静孔隙水压力的逐渐扩散,土的有效应力增加,并使沉降提前完成或提高沉降速度。主要加固方法:堆载预压法、砂井法、袋装砂井、真空预压法、电渗排水法、降低地下水位法、塑料排水板法等。
3.3石灰桩法
石灰桩法是在地基土中,利用人工或是机械成孔,将石灰回填路基中,由于石灰的吸水性以及离子交换作用,改变周围地基土的物理性质,形成复合地基。此法适用于处理深度不超过12米的软弱粘性土和杂填土。
3.4高压喷射注浆法
高压喷射注浆法是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻至设计的土层深度,然后高压喷浆,使混凝土砂浆与土体形成一个整体,彻底改变地基的结构组成,提高地基的承载能力,减少其沉降。此法适用于软弱地基深度较大的地基,可以超过30米。
4.排水与路基稳定性
4.1路基排水的目的
路基的强度和稳定性与水的关系十分密切。路基的病害有多种,形成病害的原因也很多,但水的作用是主要因素之一。根据水源的不同,影响路基的水流可分为地面水和地下水两大类,与此相适应的路基排水工程可分为地面排水和地下排水。
路基设计时,必须考虑将影响路基稳定性的地面水,排除和拦截于路基用地范围以外,并防止地面水漫流、滞积或下渗。
路基施工中,应校核全线路基排水系统的设计是否完备和妥善,必要时应予以补充或修改,应重视排水工程的质量和使用效果。设置施工现场的临时性排水措施,保证路基工程质量,提高施工效率。
4.2路基排水设计的一般原则
4.2.1排水设计要因地制宜、全面规划,因势利导、综合整治,讲究实效、注意经济,充分利用有利地形和自然水系。
4.2.2各种路基排水沟渠的设置,应注意与农田水利相配合。
4.3设计前必须进行调查研究,查明水源与地质条件,各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合,做到综合整治,分期修建。
4.4路基排水要注意防止附近山坡的水土流失,尽量不破坏天然水系,不轻易合并自然沟溪和改变水流性质,尽量选择有利地质条件布设人工沟渠,减少排水沟渠的防护与加固工程。
4.3排水措施
目前在西部现代物流园园区临时排水措施主要采用以下几种方式,由于园区两侧的地块以后为开发用地,且周围地形较为负责,中梁山水系较为丰富,园区的路基施工的时候,为保证为开发用地的一些雨水或其他水系进入道路路基,影响道路路基的稳定性。因此主要采用边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽临时措施保证路基范围的不存在积水。
4.3.1边沟
边沟一般设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤坡脚外侧,走向与路中线平行,用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。平坦地面填方路段的路旁取土坑,常与路基排水设计综合考虑,使之起到边沟的排水作用。边沟的横断面形式,主要有梯形、矩形、三角形和流线型等。边沟的纵坡一般应与路线纵坡一致,并不宜小于 0.5%,以防淤积,在特殊情况下容许减至0.3%。当边沟纵坡过大,且有冲刷可能时,应采取加固、设置跌水或急流槽等措施。
4.3.2截水沟
截水沟又称天沟,一般设置在挖方路基边坡坡顶以外,或山坡路堤上方的适当地点,用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流,减轻边沟的水流负担,保证挖方边坡和填方坡脚不受水流冲刷。
4.3.3排水沟
排水沟主要用于把来自边沟、截水沟或其他水源的水流(如边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水)引至桥涵或路基范围以外的指定地点。
4.3.4跌水与急流槽
跌水与急流槽是路基地面排水沟渠的特殊形式,用于陡坡地段排水,沟底纵坡可达 45。在陡坡或深沟地段设置的沟底为阶梯,水流呈瀑布跌落式通过的沟槽称为跌水,其作用是在较短的距离内,降低水流流速,消减水流能量。在陡坡或深沟地段设置的坡度较陡,水流不离开槽底的沟槽称为急流槽,其作用是将上下游水位差较大的水流引至桥涵进口或路基下方。
5.结论
公路路基处理的方法有多种,在施工中要根据路基地基的实际情况,选择合理的处理方法,提高路基的质量,增加承载力和稳定性,加快施工工期,取得良好的经济效益。
路基施工是一个技术难度不大,但施工工艺比较复杂的工程,在施工中会遇到各种各样不同的化境条件的制约,始终坚持技术标准不动摇,检测每道工序的质量,从路基施工准备阶段就开始重视,要切实提高对施工质量的认识,提高建设各方的业务水平和管理素质,所有参加公路工程建设的施工单位,都有义不容辞的责任,都必须强化施工管理,完善施工工艺和施工方法,从源头上,根本上解决问,建筑质量和社会效益才能得到保证,才能出精品工程。
参考文献
1.吴胜德.浅谈淤泥与软土质路基处理;
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1路基工后沉降量控制标准
鉴于路基标准及施工状况对列车高速、平稳、舒适和安全的重要意义,秦沈客运专线对路基工后沉降量提出了严格的要求,一般地段要求不得大于15 cm(年沉降量不得大于4 cm ),路桥过渡段要求不得大于8 cm(年沉降量不得大于3 cm )。
2软土松软地基处理方案设计
秦沈客运专线东段,属辽河西部凌河冲积平原和辽河下游冲积平原,分布着总长度近120 km的软土和松软地基,这些软土和松软地基具有强度低、压缩性大、渗透系数小的特点,在路基本体达到一定密实度标准后,地基的沉降变形控制成为保证秦沈客运专线路基高标准的关键和重点。针对松软、软土地基的不同物理力学指标情况,设计分别采用排水固结法和复合地基法进行地基加固处理,部分地段还结合采用土工格栅(室)加筋垫层。当采取这些措施后,路基工后沉降量仍不能满足要求时,再结合采用堆载预压进行处理。
3开展动态设计的必要性
秦沈客运专线建设成败的主要标志是铁路运营后能否实现既定的速度目标值,能否实现速度目标值的关键在于路基的工后沉降量能否满足要求。作为我国铁路第一条时速160 km/h以上的新建客运专线,如何控制大范围软土和松软地基地段路基的沉降量,此前没有成功的经验可供借鉴,因此引人动态设计理念很有必要。引人动态设计可以达到2个目的:一是检校设计理论,由于自然条件的千差万别,计算理论的假定边界条件与实际情况往往存在差异,这将导致理想与现实的差异;二是指导施工,根据施工组织变化的需求,通过沉降分析调整预压土高度和预压期,调整设计路基抬高值。不论是哪个目的,其最终目的都是为了保证工程的高质量。
4开展动态设计的方法
4.1数据的采集
4.1.1观降断面的布设
在软土及松软地基地段设置观测沉降设备,设置的原则是每隔100-200 m设置一个观测断面,每个路基桥涵过渡段设置2个观测断面。
4. 1. 2观降设备的选择
可以选择的观降设备有沉降板、沉降水杯和沉降管等。采用沉降板观测沉降,操作简单,水准测量线路短,但容易受到施工车辆的干扰,尤其是在施工繁忙阶段,沉降板容易遭到破坏。如果将沉降水杯的进水、溢水和排气等三管置于路基非施工便道的一侧,进行水准测量时可不必上下路基,水准测量比较容易,但灌水和找稳定水面的时间较长,且在寒冷的冬季进行观测时三管容易上冻。采用沉降管观测的数据比较准确,还可以得到整个断面上各点的变形值,但仍需要配合进行水准测量,且水准路径长,管的造价很高。在工程实践中,应根据现场的实际情况和不同的施工组织要求,进行不同的选择。
4. 1. 3测量仪器及精度的选择
由于最终的数据处理结果要控制在毫米级,所以现场观测水准应精确到0. 1 mm。根据不同等级水准测量精度及相应闭合差大小的对比,水准测量采用二等为宜。
4.1.4观测周期
施工期间一般每填筑一层,进行一次观测,如果2次填筑间隔时间较长,每3d至少观测一次。路堤经分层填筑达到预压高程后,在预压期前2一3个月-内,每Sd观测一次,3个月后7一15d观测一次,半年后一个月观测一次,一直观测到预压期末。
4. 2数据的处理
采用Excel软件,可以很方便地对现场采集的数据进行处理。根据时间,填土高度和沉降量,以时间为横坐标,纵轴上正方向以填土高度为坐标,负方向以沉降量为坐标,可以很方便地绘制实测“填土一时间一沉降量”关系曲线。在这个过程中,要注意将一些明显异常点剔除。
4. 3数据的分析
根据实测“填土一时间一沉降量”关系曲线,将其拟合成某个函数曲线,进而预测未来的发展趋势和最终沉降量。常用的拟合曲线有双曲线和指数曲线。
4. 3. 1双曲线法基本原理
如图1所示,将实测沉降曲线上拐点B以后的部分按照双曲线拟合延伸。
由公式(3)可见t’和t’ /s’关于和a线性变化,这样,如果有一组足够多的数据,就可以通过线性回归的方法得到和a的值。
各时刻的拟合沉降值:;=so +s’
最终沉降量:一so+
4.3.2指数法基本原理
如图2所示,将实测沉降曲线上拐点B以后的部分按照指数曲线拟合延伸。
公式(6)中In ( ds/dt)和t是变量,如果有一组足够多的数据,就可以通过线性回归的方法得到、二值,即为最终沉降量。各时刻的拟合沉降值由公式(5)给出。
4.3.3分析
前面介绍的是数据分析的基本原理,所考虑的上部荷载假定为一次加载。但高速铁路对路基本体的密实度要求很高,在填筑过程中严格限制了每层的层厚,所以地基的上部荷载是分级加载的。基于地基的沉降是各级荷载共同作用的结果,可以通过编制程序,将复杂的逐级加载问题交由计算机完成,进而拟合出较为理想的沉降曲线。
利用沉降曲线可以得到推算的总沉降量和工后沉降量,将其与计算结果进行对比,可以对未来沉降的发展趋势进行预测,进而达到指导施工的目的。
5工程示例
5.1工程概况
该段地基采用袋装砂井处理,袋装沙井深8m,间距1.2 m,直径7 cm,地表设砂垫层,厚0. 5 m,中间铺设一层土工隔栅。地基各层各项指标见表1。
5.2沉降估算
按照0. 2标准确定压缩层,即压缩层计算到附加应力与自重应力比不超过0. 2,由此确定压缩区为表1中前4层,按照分层总和法计算地基的总沉降量为53. 8 cm,工后沉降量为2. 5 cm .
5. 3动态设计