淺談公路橋涵軟土路基加固方法
2016-02-29
路基是公路或鐵路的重要組成部分，是按照路線位置和一定技術(shù)要求修筑的帶狀構(gòu)造物承受由路面?zhèn)鱽淼暮奢d應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性。在公路工程中經(jīng)常會(huì)遇到軟土路基。
所謂軟土一般是指處于軟朔或者流朔狀態(tài)下的粘性土其特點(diǎn)是天然含水量大、孔隙比大、壓縮系數(shù)高、強(qiáng)度低并具有蠕變性、觸變性等特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)工程地質(zhì)條件較差。在軟土地基上修筑路基若不加處理或處理不當(dāng)往往會(huì)發(fā)生路基失穩(wěn)或過量沉陷導(dǎo)致公路破壞或不能正常使用。習(xí)慣上常把淤泥、淤泥質(zhì)土、軟粘性土總稱為軟土。
其主要特性表現(xiàn)為天然含水率高、孔隙比大。含水量在34-72之間孔隙比在1.0-1.9 之間飽和度一般大于95液限一般為35-60塑性指數(shù)為13-30軟土路基常用加固方法,當(dāng)路堤經(jīng)穩(wěn)定驗(yàn)算或沉降計(jì)算不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)必須對(duì)軟土地基進(jìn)行加固。
一、常見加固的方法
1、袋裝砂井（塑料排水板）排水固結(jié)法
它是在軟土路基中設(shè)置一系列豎向排水體（袋裝砂井，塑料排水板），在其上鋪設(shè)砂墊層或砂溝，人為地增加土層固結(jié)排水通道，縮短排水距離，配合堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓或真空堆載聯(lián)合預(yù)壓，從而加速軟土的固結(jié)、加速?gòu)?qiáng)度的增長(zhǎng)。排水固結(jié)法對(duì)消除軟基次固結(jié)沉降的效果不明顯。
2、擠密砂樁
砂樁是由于蒸汽或柴油打樁機(jī)或振動(dòng)打樁機(jī)在松散的砂性土或人工填土中沖擊或振動(dòng)成孔并灌填砂料后形成的樁體。在成樁過程中，由于以周圍砂性土產(chǎn)生了擠密作用，或同時(shí)產(chǎn)生了擠密或振密作用，從而提高了周圍土體的密度，改善了地基的承載性能和整體穩(wěn)定性，減少了地基的沉降。擠密砂樁最初主要用于擠密砂土地基，隨著高效能專用機(jī)具的出現(xiàn)，又逐漸用于可液化粉土地基的加固。近年來，通過與預(yù)壓法聯(lián)合使用，在軟弱粘性土地基上取得了良好的效果，成為一種用途極為廣泛的地基處理方法。
3、碎石樁（振沖置換法）
它是利用單向或雙向搬起石頭砸自己的振動(dòng)頭，邊噴高壓水流邊下沉成孔，然后邊填入碎石邊振實(shí)，形成碎石樁；使樁體和原來的粘性土構(gòu)成復(fù)合地基，以提高地基的承載力和減少沉降。但根據(jù)《公路軟土路基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，采用濕法施工（水振動(dòng)），地基的十字板抗剪強(qiáng)度應(yīng)大于15KPa，干法施工（沉管法等），地基的十字板抗剪強(qiáng)度應(yīng)大于10KPa，對(duì)于未能達(dá)到要求的土質(zhì)，采用碎石樁時(shí)須慎重，應(yīng)通過試驗(yàn)確定其適用性。
4、水泥噴粉樁（攪拌樁）
它是利用水泥作為固化劑的主劑，通過特別的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，形成堅(jiān)硬的拌和主體，與原地層形成復(fù)合地基。它分為漿噴法和粉噴法兩種，當(dāng)土質(zhì)的天然含水量大于30%、塑性指數(shù)大于10時(shí)宜采用粉噴法，且粉噴法在相同的攪拌時(shí)間內(nèi)要比漿噴法獲得的強(qiáng)度要高，強(qiáng)度的離散性要??；但粉噴法沒有漿噴法施工簡(jiǎn)單，其施工質(zhì)量也沒有漿噴法容易控制。由于其工程單價(jià)較高，對(duì)整體工程造價(jià)影響較大。
5、動(dòng)力排水固結(jié)
它通過設(shè)置豎向向排水體系（袋裝砂井或塑料排水板）和水平排水體系（中粗砂墊層和盲溝），并結(jié)合靜荷載（填土堆載）和動(dòng)荷載強(qiáng)夯夯擊能），使得地基在較短時(shí)間內(nèi)完成大部分固結(jié)沉降，成為超固結(jié)土，大大降低工后沉降并迅速提高承載力；此外，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)地基的預(yù)震作用，有效地消除砂土液化；該法還有利于地下管線的開挖埋設(shè)。運(yùn)用這一方法，可在較短時(shí)間內(nèi)從根本上改善地基土的物理力學(xué)特性，具有效果、工期、經(jīng)濟(jì)上的綜合優(yōu)勢(shì)。但此法處理深度通常不超過10米，且受場(chǎng)地條件限制。
二、施工現(xiàn)場(chǎng)常用處理軟土路基及彈簧土方法
在施工中經(jīng)常碰到的情況多數(shù)不是軟土地基因?yàn)槿绻熊浲恋鼗话闱闆r在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)資料提出處理方法。多數(shù)情況是有局部地段地質(zhì)情況和原來設(shè)計(jì)不同出現(xiàn)局部地基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或者由于局部地段含水量過大原有排水系統(tǒng)不暢原有地基土質(zhì)滲水性不好造成地基軟彈翻漿彈簧土地段。根據(jù)出現(xiàn)的這些情況一般常用的方法主要有:
換填:這是最常用的方法。對(duì)于軟基面面積少而且土層薄比如有些淤泥質(zhì)土可采用人工或機(jī)械挖除路堤下全部軟土換填強(qiáng)度較高的粘性土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料。來提高基底承載力換填的深度要根據(jù)承載力確定。這種方法最大有效處理深度3米。
拋石填筑:就是在有軟土或彈簧土以及有積水的路段填石頭填石的高度以露出要處理的路段原有土層或積水高度為宜。在填石的過程中注意一定要用推土機(jī)把石塊壓實(shí)不能出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象。然后再填筑土方。 盲溝:就是在要處理的路段根據(jù)要處理的路段的長(zhǎng)度在橫向或縱向挖盲溝盲溝通常用滲水性大孔隙填料或片石砌筑而成。也可以填入不同級(jí)配的石塊起到排水的功能。注意盲溝的出口要與排水溝連接以便把路基中的水排出路基。
排水砂墊層:排水砂墊層是在路堤底部地面上鋪設(shè)一層砂層作用是在軟土頂面增加一個(gè)排水面在填土的過程中荷載逐漸增加促使軟土地基排水固結(jié)滲出的水就可以從砂墊層中排走。為確保砂墊層能通暢排水要采用滲水性良好的材料。宜選用中粗砂砂的含泥量小于0.074mm砂粒不宜大于15。砂墊層一般的厚度為0.6-1.0米。為了保證砂墊層的滲水作用在砂墊層上應(yīng)該填一層粘性土封住水不讓水返上路基。在路基兩側(cè)要修好排水溝通過砂墊層滲出的水通過排水溝排出路基外保持路基的穩(wěn)定。
石灰淺坑法:由于粘性土含水量影響施工中經(jīng)常出現(xiàn)34彈簧土34松軟現(xiàn)象。一般較輕的可以采用挖土?xí)窀汕盟榛靥?34石灰淺坑法34可以用于各種不同面積的路段就是說大面積可以使用小面積也可以使用。具體做法是:挖40cm-50cm方形或圓形深一般1m上下的坑清除坑內(nèi)的滲水最好挖好坑后第二天清除滲水放入深為坑深1/3生石灰即可回填碾壓?？拥男芯嗪涂泳嘣谳p度彈簧路段為5-6m在嚴(yán)重彈簧路段為3-4m。
三、軟基處理方案設(shè)計(jì)
通過近幾年新建公路橋涵道路所采用各種軟基處理措施的效果進(jìn)行分析比較，并結(jié)合在周邊地區(qū)的軟基處理工程經(jīng)驗(yàn)，考慮綜合采用淺層換填墊層、袋裝砂井結(jié)合堆載預(yù)壓等地基處理方法，現(xiàn)將各種方法的特點(diǎn)及適應(yīng)性敘述如下：
1、硬殼層較厚處理特點(diǎn)
軟土層埋深大路段，因路基填方高度小，路基總沉降不大（須保證工后沉降小于30cm），主要考慮提高地表（路床或路堤）承載力和減小工后不均勻沉降問題，可采用換填墊層結(jié)合多層橫向加筋的方法，既可收到較好的效果，又可降低造價(jià)，縮短工期。
2、硬殼層薄處理
軟土層厚度較大路段，若工期較為寬松，可采用袋裝砂井堆載或超載預(yù)壓處理軟基。預(yù)壓期4-6個(gè)月。但從地質(zhì)縱剖圖來看，此路段長(zhǎng)度不大，約200-300米，也可采用水泥攪拌樁處理，處理深度控制在15米之內(nèi)，對(duì)總造價(jià)影響很小。
3、對(duì)構(gòu)筑物兩端等工后沉降要求較高的路段，采用水泥攪拌樁處理。
復(fù)合地基方法可有效消除路基次固結(jié)沉降。樁間距按復(fù)合地基沉降計(jì)算確定，涵洞處為1.5m左右，橋臺(tái)附近為1.2m-1.5m。為使路基與橋臺(tái)的沉降更好地過渡，往路基方向30m為樁距漸變段，樁間距按由橋臺(tái)到路基方向樁間距由1.2m分兩段漸變?yōu)?.5m的原則布置，分段間距10m，并在樁頂鋪設(shè)一層級(jí)配碎石墊層，其上再設(shè)一層雙向拉伸土工格柵加筋，涵洞基礎(chǔ)范圍內(nèi)不鋪土工格柵。對(duì)于管線，涵洞等構(gòu)造物，基底的設(shè)計(jì)高程即級(jí)配碎石墊層的高程。
4、對(duì)于局部位于高壓線下無法架設(shè)攪拌樁或袋裝砂井機(jī)架路段，可采用高壓旋噴樁處理軟基。
三、總結(jié)
軟基處理施工技術(shù)難度較大質(zhì)量要求高如掌握不好極易出現(xiàn)偏差帶來工程質(zhì)量隱患。以上介紹的幾種工地常用的處理軟基礎(chǔ)以及彈簧土的方法還要根據(jù)工程施工環(huán)境與地質(zhì)情況、項(xiàng)目等級(jí)與工期要求、成本控制等等因素采取不同的處理方案有時(shí)幾種方法可以交替或一起使用。同時(shí)還應(yīng)嚴(yán)格按照《公路軟土路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)》JTJ017-96的有關(guān)規(guī)定和各設(shè)計(jì)圖中的具體說明進(jìn)行施工。路基填筑采用薄層輪加法施工建議在認(rèn)真、細(xì)致、準(zhǔn)確、及時(shí)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)基礎(chǔ)上的，施工中應(yīng)高度重視觀測(cè)工作，按設(shè)計(jì)要求布置觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，及時(shí)整理觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取措施，以要保證工程質(zhì)量保證工期。
