軟土地基的加固處理探討
2015-04-14
1、前言
近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，高等級(jí)道路的建設(shè)需求也不斷增大。但由于不同地質(zhì)條件成的特殊性。沿線道路路基下經(jīng)常存在深厚的軟土層。在軟土地基上修建道路時(shí)，若對(duì)地基處理不當(dāng)，有可能因?yàn)榈鼗町惓两颠^而影響道路的正常使用功能。軟土地基的處理質(zhì)量直接影響到路基的承載力與變形，也是保證路建成后安全、高效運(yùn)營的關(guān)鍵，因此，探索和改進(jìn)軟土地基處理工藝，進(jìn)而選擇最適用的軟土地基處理方法。具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
本文以某工程為例，闡述低位高真空分層預(yù)壓擊密法在深厚軟弱土層路基處理工程中的應(yīng)用情況和效果。
2、工程特點(diǎn)分析
本工程，擬建道路為東二區(qū)內(nèi)主要道路，其中道路的K3+521～K3+700、K4+125～K4+670和K4+763～K5+000段軟弱淤泥層深厚，總長度約961m，地基處理寬度64m，總面積約62000m2。
擬建道路路基主要土層自上而下分述如下：①1淤泥：流塑，為河底、魚塘浮泥。層厚0.40～0.5m。壓縮性極高，工程性能差。①2素填土：松軟，成分以粘性土為主。該土層擬建道路沿線除河道、魚塘外均有分布。層厚0.9~2.0m。壓縮性高，工程性能較差。②1粉質(zhì)粘土：可塑，層厚1.0m。壓縮性中等，工程性能一般。②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：流塑，含少量有機(jī)質(zhì)（有機(jī)質(zhì)含量在4.86%）及腐質(zhì)物，局部夾有粉土薄層。層厚4.8~10.8m，該層壓縮性高，工程性能差。以下是②3粉質(zhì)粘土。
主要需要進(jìn)行地基處理的土層為②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，該層土含水量高、壓縮性高、承載力很低。
地基處理的主要目標(biāo)為：①承載力達(dá)到110kPa；②表層回彈模量達(dá)到30MPa；③工后沉降不大于20cm。
3、地基處理方法比選
3.1粉噴樁
粉噴樁是加固飽和軟粘土地基的一種成熟方法，它利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，在地基中就地將軟土和固化劑（粉體狀）強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基[1]。
該方法在江蘇省的市政道路工程中應(yīng)用較廣泛，在學(xué)院路深厚軟弱土層分布的路段也適用，但該方法工程造價(jià)較高，且因?yàn)槭┕み^程中向土體中增加了水泥等添加劑，對(duì)地下水質(zhì)有影響。
3.2低位高真空分層預(yù)壓擊密法
低位高真空分層預(yù)壓擊密法是一種專利工法，其分為兩個(gè)階段，第一階段為低位預(yù)壓，通過在土體中設(shè)置豎向排水通道、在表層設(shè)置水平向排水通道，對(duì)軟弱土層進(jìn)行預(yù)壓，加速深厚軟弱土層的排水固結(jié)，從而消除深層軟弱淤泥層的大部分沉降；第二階段為高真空擊密，通過設(shè)置真空管進(jìn)一步對(duì)軟弱土層強(qiáng)制排水，并結(jié)合強(qiáng)夯擊密在路基表層形成一定厚度的硬殼層。
該方法在保證工程質(zhì)量的前提下，工程總造價(jià)較粉噴樁節(jié)省約30%；因施工過程中無需向土體中增加添加劑，施工過程環(huán)保。
經(jīng)過各方面的對(duì)比后選定在該工程的深厚軟弱土層路段采用低位高真空分層預(yù)壓擊密法進(jìn)行軟地基處理。
4、低位高真空分層預(yù)壓擊密法主要施工步驟
低位預(yù)壓階段：清淤清表后回填素填土至要求的標(biāo)高，回填40cm砂墊層作為水平排水墊層，插設(shè)塑料排水板，塑料排水板插設(shè)到②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層底部，間距1.0m，正方形布置，在砂墊層上鋪設(shè)土工布和真空膜形成密封系統(tǒng)，進(jìn)行低位預(yù)壓，穩(wěn)壓后在預(yù)壓區(qū)充水1.0m。
高真空擊密階段：低位預(yù)壓卸載后，回填1m厚的道渣后進(jìn)行高真空擊密，真空管深管間距3.5m×4.5m，淺管間距3.5m×4.5m，深淺管交叉布置，擊密點(diǎn)間距3.0m×4.5m，擊密能量1200~1600kN•m，1遍高真空擊密后進(jìn)行一遍滿夯，能量800kN•m。
5、低位高真空分層預(yù)壓擊密法地基處理效果
5.1處理前后場地對(duì)比
處理前場地內(nèi)積水嚴(yán)重、設(shè)備難以進(jìn)場，處理后從管線開挖斷面來看，處理效果明顯。
5.2靜力觸探試驗(yàn)
在地基處理施工過程中，為及時(shí)了解處理前后②2層的強(qiáng)度提高情況，進(jìn)行了靜力觸探試驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)測對(duì)比。
經(jīng)過對(duì)比，經(jīng)過低位預(yù)壓處理后，②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層的Ps值有明顯提高，其中K4+845處②2層的Ps值由0.33MPa提高至0.52MPa，提高幅度59%，K4+945處②2層的Ps值由0.22MPa提高至0.38MPa，提高幅度71%。從Ps曲線可明顯看出，經(jīng)過處理后深層的軟弱土層強(qiáng)度有所提高，在表層約2m的范圍內(nèi)存在一層硬殼層，硬殼層的作用對(duì)于道路這種局部應(yīng)力集中的使用對(duì)象很重要，可以增加地基的回彈模量，減薄結(jié)構(gòu)層厚度或增加結(jié)構(gòu)層的使用壽命。
5.3沉降計(jì)算和觀測
選擇代表性點(diǎn)位進(jìn)行使用期間沉降計(jì)算，采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算，主要壓縮層為②2層，沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取1.3。
在地基處理過程中，為了了解軟弱土層的壓縮情況并根據(jù)沉降情況作為停止預(yù)壓的判別標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了沉降觀測。
當(dāng)沉降穩(wěn)定后停止預(yù)壓，判別標(biāo)準(zhǔn)為最后5天每天的沉降值均不超過2mm。
施工荷載包括回填土方荷載以及低位預(yù)壓荷載和覆水荷載，預(yù)壓荷載與覆水荷載約95kPa，相當(dāng)于約5m厚的填土荷載，大于施工后使用期間新增加的回填土方以及車輛的使用荷載之和，屬于超載預(yù)壓，施工期間完成了軟弱淤泥層的大部分沉降。
5.4第三方檢測
地基處理結(jié)束后，為進(jìn)一步檢驗(yàn)地基處理效果，由第三方檢測單位進(jìn)行了載荷板試驗(yàn)和回彈模量檢測。檢測點(diǎn)位由檢測單位確定。
載荷板試驗(yàn)采用1m2的正方形承壓板，對(duì)K4+325處的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分析，P-S曲線見圖8，取s=0.01b（s為累積沉降量，b為載荷板寬度或直徑）即5mm沉降所對(duì)應(yīng)的荷載為承載力特征值，但其值不應(yīng)大于最大加載量的1/2，處理后道路的承載力特征值為160kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。
回彈模量試驗(yàn)采用路面回彈彎沉測定儀，各點(diǎn)的回彈模量均大于要求的30MPa，區(qū)K4+763～K5+000段為例。
6、結(jié)束
該工程軟弱淤泥層深厚路段經(jīng)過低位高真空擊密法處理后，承載力和回彈模量均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；從靜力觸探曲線來看，軟弱淤泥層的強(qiáng)度有較大幅度的提高。
低位高真空分層預(yù)壓擊密法未向土體中增加化學(xué)添加劑，即避免了對(duì)地下水的污染，又節(jié)省了資源，避免了環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，節(jié)省了工程總造價(jià)。
通過以上的分析，對(duì)于存在深厚軟弱淤泥層的道路處理，低位高真空分層預(yù)壓擊密法在總工程質(zhì)量、工程造價(jià)和環(huán)境保護(hù)方面都具有明顯的優(yōu)勢。
