淺析高速公路軟土路基加固辦法應(yīng)用
2016-03-23
1高速公路軟土路基處理、加固原理
土體是由不同尺寸和不同成份的土粒組成的多相分散體系。就構(gòu)成強(qiáng)度而言 ,土體屬于分散介質(zhì) ,土體的強(qiáng)度由土粒之間的連接強(qiáng)度所決定。從構(gòu)成土體的整體強(qiáng)度來講 ,起決定作用的是土粒之間的粘聚力和土粒之間的內(nèi)摩阻力。通常情況下 ,土中礦物都具有不同程度的親水性 ,水的浸入使土體與水發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用 ,致使土粒周圍的結(jié)合水膜加厚 ,特別是擴(kuò)散層松馳結(jié)構(gòu)水的增多而引起土體的膨脹。水的存在又起到潤滑作用 ,降低了土粒之間的內(nèi)摩阻力。大量水浸入土體使土體離散 ,形成濕坍和水化現(xiàn)象 ,降低了土體的穩(wěn)定性。
影響土體穩(wěn)定性的因素較多 ,主要有分散度、土的成分、土中天然膠質(zhì)的性質(zhì)以及土體的密實(shí)性。土體的密實(shí)度越大 ,則孔隙率越小 ,水不易浸入土體 ,因而水穩(wěn)定性較好。從土體的特性可知 ,含水量和密實(shí)度對于土體的強(qiáng)度、穩(wěn)定性影響較大 ,也是加固處理的關(guān)鍵。
加固土的方法有多種 ,按其技術(shù)措施可分為:機(jī)械方法、物理方法、外加劑法、熱處理、電化學(xué)方法等。加固土?xí)r所出現(xiàn)的各種作用過程是非常復(fù)雜和多種多樣的 ,視土的性質(zhì)和結(jié)合料的種類不同而異?？纱篌w概括為化學(xué)過程、物理化學(xué)過程、物理力學(xué)過程三種情形 ,根據(jù)不同的加固方法上述的每一過程都將可能占主導(dǎo)地位 ,但這三種過程處于相互聯(lián)系、彼此配合和相互促進(jìn)之中。一般說來只有產(chǎn)生化學(xué)過程和物理化學(xué)過程才能使土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得以徹底的改善。而物理過程則是加速并保證化學(xué)過程和物理化學(xué)過程的充分發(fā)生。
2高速公路軟土地基的加固方法
軟土地基加固或處理方法很多 ,根據(jù)作用機(jī)理可概括為換填法、排水固結(jié)法、擠密法、化學(xué)加固法、土工織物、加筋晾曬法、調(diào)整結(jié)構(gòu)法等。
2.1 換填法
換填法就是將地基軟弱層的全部或部分換填為強(qiáng)度較高、透水性好的材料 ,可以提高地基承載力,降低沉降量。在工期較緊、優(yōu)質(zhì)材料來源充足時(shí)是一種有效的方法?？煞譃橥谔罘?、拋石法、爆破法、墊層法等。
①挖填法
當(dāng)軟弱層較薄時(shí) ,且位于地表 ,在排水施工方便的情況下 ,可采用挖填法。采用此方法就是將軟弱層挖除 ,用適宜的材料回填并碾壓密實(shí)。一般挖填深度不宜超過2m。
②拋石法
采用不小于 30cm的片石 ,從路堤中部向兩側(cè)拋投片石 ,從而使泥沼或軟土擠出 ,待拋石露出水面后應(yīng)用小石塊填塞墊平 ,用重型壓路機(jī)壓實(shí)。此種方法適用于排水困難的洼地 ,軟弱層呈流動(dòng)狀態(tài) ,厚度較薄、表面無硬殼且石料方便的情況。
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爆破法就是將炸藥埋在軟弱層中爆炸 ,把泥沼或軟土排除 ,從而換填入透水性軟好的材料。爆破法換填深度較大 ,工效高。適用于軟弱層較厚、稠度大、路堤較寬且工期較緊的情況下。
?、軌|層法
在稠度較大的軟弱層表面上 ,墊以砂、砂礫石、碎石、灰土、素土等材料 ,充分碾壓密實(shí)后形成具有一定穩(wěn)定性的硬殼層。設(shè)置墊層可提高承載力 ,減少沉降量 ,加速軟弱層的排水固結(jié) ,防止凍脹 ,消除膨脹土的脹縮作用。
2.2 排水固結(jié)法
排水固結(jié)法是根據(jù)固結(jié)理論在軟土中設(shè)置排水通道 ,通過加壓排水促使固結(jié)沉降 ,提高抗剪強(qiáng)度。
常用的方法有砂墊層、碎石墊層、砂井、袋裝砂井、塑料排水板、降水預(yù)壓、真空預(yù)壓、加載預(yù)壓法等。
①砂井
砂井是用鉆探、沉入鋼管或高壓射水法在地基中形成井孔 ,再灌入粗、中砂 ,砂井系三向排水固結(jié) ,在平面上以矩形或梅花形布置。
?、诖b砂井
袋裝砂井是將中、粗砂裝入聚丙烯等細(xì)長袋內(nèi) ,放入預(yù)先成好的井中 ,與普通的砂井相比 ,直徑小、重量輕、施工機(jī)具簡單、便于操作。砂袋是一個(gè)整體 ,具有連續(xù)性和密實(shí)性 ,質(zhì)量可靠 ,并有一定的抗滑能力。
③塑料板排水
將預(yù)制好的特制塑料板插入軟土中 ,形成類似袋裝砂井的豎向排水通道 ,頂面則鋪以砂墊層或土工織物形成排水系統(tǒng)。塑料板重量輕、插板機(jī)具簡單、操作方便。排水固結(jié)的方法較多 ,在處理軟土?xí)r應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)土壤條件、軟土層厚度、地下水位情況 ,往往需幾種方法同時(shí)應(yīng)用并舉進(jìn)行加固。
2.3 擠密法
擠密法是通過對地基壓實(shí) ,提高強(qiáng)度和降低收縮性達(dá)到加固的目的 ,或者在地基中用錘擊、振沖、爆破等方法成孔 ,在孔中分別填入砂、碎石、灰土、生石灰等材料 ,壓實(shí)后形成直徑較大的樁體 ,并與樁間擠密的土共同組成復(fù)合地基 ,提高地基強(qiáng)度。
①強(qiáng)夯法
強(qiáng)夯法又稱動(dòng)力固結(jié)法。它是以8～12t(甚至200t)的重錘和8～20m (最高可40m)的落差 ,對地表進(jìn)行強(qiáng)力夯擊 ,利用沖擊波和動(dòng)應(yīng)力使地基土達(dá)到密實(shí)。
②碾壓密實(shí)法
根據(jù)土體的壓實(shí)機(jī)理和影響壓實(shí)效果的因素,對于不同的土體應(yīng)選擇不同的壓實(shí)機(jī)具和采用不同的壓實(shí)方法。通常情況下 ,在含水量一定時(shí) ,土基壓實(shí)功越大 ,密度越大 ,壓實(shí)度越高。
?、蹣痘鶖D密法
樁基法根據(jù)孔中填入的材料不同 ,施工工藝及加固機(jī)理也有差異。常用的有碎石樁、砂樁、生石灰樁、粉煤灰柱樁、木排樁、鋼筋混凝土樁、水泥攪拌樁等。
碎石樁與砂樁作用機(jī)理相同,即將地基擠緊 ,孔徑較大提高了地基承載力。碎石樁或砂樁由于料源充足易得 ,施工簡單 ,造價(jià)低廉 ,是常用的加固方法之一。
在成好的孔中填入生石灰塊即形成生石灰樁,生石灰樁中加固軟土地基的機(jī)理是生石灰遇水發(fā)生反應(yīng) ,在反應(yīng)過程中生石灰可吸收大量的土體空隙水 ,使得樁體周圍土體含水量降低 ,同時(shí)因吸水石灰體積膨脹將土體擠密 ,石灰與土體主要發(fā)生放熱反應(yīng)、離子交換作用、膠凝作用等使樁體硬化。這樣使土體的物理、力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)都得以改善 ,從而提高了土體的承載力。
樁基擠密法中樁體的種類較多 ,其加固原理相似 ,就是應(yīng)用填料與軟土中地體發(fā)生反應(yīng)或者擠密、填料相互嵌擠等機(jī)理形成軟土與填料的復(fù)合地基,提高土體的整體強(qiáng)度 ,減少沉降。
2.4 化學(xué)加固法
化學(xué)加固法就是利用化學(xué)溶液或膠結(jié)劑 ,采用噴射或灌注等措施通過填充土體空隙、離子交換、結(jié)硬反應(yīng)等 ,使土體與土粒膠結(jié)在一塊 ,達(dá)到加固土體的目的。
?、贉\層攪拌法
將石灰、水泥、粉煤灰、水硬性膨脹粉、干氫氧化鋁粉等結(jié)合料摻入土中 ,加以拌和 ,并進(jìn)行碾壓 ,從而形成硬殼層 ,一般處理深度不超過1. 5m。
②深層攪拌法
利用特制的攪拌機(jī)械在地層內(nèi)邊攪拌邊壓送結(jié)合料 ,形成加固樁體或加固墻體 ,以提高承載力 ,限制地體的側(cè)向移動(dòng)及截阻地下的滲透水流。
③高壓噴射法
用高壓脈沖泵將漿液高速噴出 ,與土體結(jié)合 ,借助漿液的高壓沖擊力使?jié){液快速充填于土體空隙中并與土體混合發(fā)生膠凝作用 ,從而形成柱狀或壁狀加固體 ,加固后的土體滲水性很差 ,可以起到截水的作用 ,常用的漿液有水泥漿、水玻璃為主的漿液、丙烯酸胺為主的漿液、紙漿為主的漿液等。
a.灌漿法
灌漿法就是利用機(jī)械壓力或電化學(xué)原理 ,將漿液注入地層內(nèi) ,漿液以填充、滲透的方式將土體中的空氣或水份擠出 ,經(jīng)過一定時(shí)間后漿液將原土體膠結(jié)成整體。
b.旋噴法
旋噴法是在灌漿法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。施工時(shí)鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)深度 ,用高壓脈沖泵通過安裝的鉆桿下面特殊的噴射裝置向土體中噴射化學(xué)試劑 ,在噴射的同時(shí)鉆桿以一定的速度上提 ,高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞 ,強(qiáng)制使土體與化學(xué)漿液混合 ,膠結(jié)硬化后在土體中形成直徑較為均勻的圓柱體。提高了土體的整體強(qiáng)度。
④生石灰粉加固
在濕土中摻入生石灰粉 ,使土體產(chǎn)生了水化吸水的蒸發(fā)石灰效應(yīng) ,降低過濕土的含水量 ,促使土的工程性質(zhì)發(fā)生顯著變化。施工時(shí)可先挖除表土 ,在原地基上用輕型壓路機(jī)碾壓1～2遍 ,在不破壞土體天然結(jié)構(gòu)的情況下 ,在已備好的適當(dāng)晾曬的土中摻入4%～6%的生石灰粉采用路拌法拌均勻 ,經(jīng)碾壓密實(shí)后可以繼續(xù)鋪筑下一層次 ,隨著層次的增多和厚度的增加 ,壓實(shí)密度隨之提高。
2.5 土工織物
土工織物是加固軟土路基和治理基層病害常用的一種土工材料 ,在軟土路基或路堤內(nèi) ,鋪設(shè)一層能夠隨一定拉力的塑料膜、化纖無紡布、樹脂網(wǎng)、各種格柵、筋條等 ,其特點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度大 ,抗斷裂和沖擊性能好 ,可以增強(qiáng)路堤強(qiáng)度 ,防止坍滑和側(cè)向位移 ,并能沿縱橫方向傳遞荷載 ,改變軟土地基受力狀態(tài) ,使應(yīng)力分布均勻 ,增強(qiáng)了路基穩(wěn)定性 ,降低了路基沉降量。
2.6 加筋土處理軟土
加筋土有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和性能 ,在處治軟土地基中可以發(fā)揮作用。把加筋土結(jié)構(gòu)與其他處治軟土的方法恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來會(huì)取得更好的效果。在許多情況下 ,加筋土是避免深基礎(chǔ)處理的有效方法 ,節(jié)約了大量的工程費(fèi)用 ,而且能夠保證路堤和結(jié)構(gòu)物之間沉降的連續(xù)性。常用的加筋土處理方法為:直接填筑法、分階段施工法、加筋土與換土相結(jié)合、加筋土與豎向排水相結(jié)合、加筋土與石柱相結(jié)合、輕質(zhì)材料加筋土等。
2.7 排溝晾曬法
對于地下水位較低 ,具有排水條件的路段 ,可采用挖溝排水法疏干路基范由內(nèi)淺層地下水,通過晾曬達(dá)到降低濕土含量的目的 ,便于碾壓成型 ,提南土體的穩(wěn)定性。
2.8 調(diào)整結(jié)構(gòu)法
軟土路堤加固處理時(shí)可以采用改變路堤結(jié)構(gòu)的方法。改變結(jié)構(gòu)即調(diào)整了地基應(yīng)力。反壓護(hù)道就是一種簡單而又常用的一種處理方法。此種方法施工簡單,不需要砂石材料 ,但占地較多。反壓護(hù)道就是在路堤兩側(cè)填筑適當(dāng)高度和寬度的護(hù)坡道,迫使軟土向兩側(cè)隆起的趨勢減少 ,在護(hù)坡道作用下得以平衡。一般采用單級形式 ,其高度為路堤高度的0. 3～0. 5倍。
3 結(jié)束語
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,新材料、新工藝的開發(fā) ,對于軟土地基處理的方法會(huì)越來越多 ,越來越經(jīng)濟(jì)、方便、更有效 ,將更有利于高等級公路路基的處理 ,充分發(fā)揮出高速公路的優(yōu)越性。
