公路軟土地基處理的幾種方法

李丹濤

摘要:在高等級公路建設中,不可避免地會遇到軟土地基問題。軟土地基是具有含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、滲透性小、抗剪強度低、固結系數小等不利的工程性質,導致地基承載力往往不能滿足工程設計的要求,因此,需要對地基進行人工加固處理。處理軟土地基有多種方法,如果處理不當,就會直接影響路基失穩或過量沉降,出現路基縱、橫向斷裂等病害。本文通過結合施工實踐,介紹公路軟土地基常用地基處理的幾種方法,以供同行參考借鑒。

關鍵詞:軟土路基;工程性質;技術要求;處理方法

1 軟土及其特證

1.1 軟土的概念

國內外對軟土均無統一定義,不同的專業技術部門的解釋也不盡相同。有的把軟土視為軟粘土的簡稱,有的把軟土視為整個軟弱土層的簡稱,有的把軟土視為軟弱土基的簡稱。

我國交通部行業標準《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》(JTJ017-96)將軟土定義為“濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土”。

我國鐵道部門建議下列物理力學指標作為區分軟土的界限,具體描述為:天然含水量w接近或大于液限。孔隙比e>1。壓縮模量Es<4000kpa。標準貫入擊數N63.5<2。靜力觸探貫入阻力Ps<700kpa。不排水強度Cu<25 kpa。

我國建設部頒布的《軟土地區工程地質勘察規范》(JGJ83-91)規定,凡符合以下三項特征即為軟土:外觀以灰色為主的細粘土。天然含水量不小于液限。天然孔隙比不小于1.0。

其實無論軟土還是軟土地基,它的軟硬都是相對的,在工程設計和施工時,不要拘泥于它們的定義,只要路堤或其他荷載在土基上有可能出現過大有害的變形與強度不足的問題,都應進行沉降、隱定驗算,凡不能滿足設計指標時均應進行處理。當穩定安全系數小于容許值,或在路面設計使用年限內殘余沉降不滿足要求時,均需進行軟基處理。

1.2 軟土的工程性質

軟土無論按成因還是按土質劃分,種類較多,但它們都具有下列特性:

顏色以深色為主,粒度成分以細粒為主,有機質含量高;天然含水量高,容重小,天然含水量大于液限,一般在50%～70%之間,液限一般為40%～60%。天然孔隙比大,一般大于1.0。滲透系數小,一般在1×10ˉ4～1×10ˉ8cm/s之間。沉降速度慢,固結完成所需時間長。而大部分淤泥和淤泥質土地區,由于該土層中夾有數量不等的薄層或極薄層粉砂、細砂、粉土等,故在垂直方向的滲透性比水平方向要小。壓縮性高,淤泥和淤泥質的壓縮系數a1-2一般為0.7～1.5MPaˉ1,最大達4.5MPaˉ1,且隨著土的液限和天然含水量的增大而增高。

抗剪強度低,軟土的快剪粘聚力小于10kPa,快剪內摩擦角小于5°,固結快剪的強度略高,凝聚力小于15kPa,內摩擦角小于10°。

軟土的靈敏度高,靈敏度一般在2～10之間,有時大于10,并具有顯著的流變特性。

1.3 軟土地基的技術要求

地基處理超載預壓10個月后沉降速率不大于0.168mm/d,才能進行二次填筑,隨后才能進行橋涵構造物和路基精加工、路面施工。位移邊樁控制每天不大于3mm。斜移管控制在每天不大于5mm。地基處理后剩余沉降量不大于8cm,地基處理后地基承載力不小于100kPa。

2 軟土地基常用處理的幾種方法

軟土地基處治的方法很多,各種方法都有它的適應范圍。具體工程的地質條件千變萬化,對地基處理的要求不盡一致,而且施工部位采用的機具、當地的材料都會不同,因此必須具體分析,從地基條件、處理要求、處理范圍、工程進度、材料機具等方面進行綜合考慮,以確定合適的自治方法。

本文以某一級公路K0+000～K4+680段為例,該區段基本為水稻田或魚塘,地基承載力低,地下水位20cm～70cm,若不加處理或處理不當,往往會發生路基失穩或過量沉陷,導致公路破壞或不能使用。為此,我們采用以下幾種方法處理軟土地基,效果很好。

2.1 砂墊層

對于一般地段,軟土層分布廣,地下水位高,路基設計為:自下而上:50cm土墊層+60cm砂墊層+粉煤灰路基(填土路基)+粘土封層。

其中土墊層主要是將原地物地貌調平,砂墊層主要就是將軟基中地下水排至路基兩側,以利地基穩定,并且有效防止彈簧現象向上反射。施工時,首先恢復中線,劃好路基底面邊緣線,進行清理掘除工作(對于小的溝渠,應清除淤泥,回填砂),碾壓后即可填筑土墊層,土墊層可分兩層填筑,土墊層頂面一定要做好2%～3%的路拱以利排水。

砂墊層最主要的目的是排水,所以宜選用中粗砂,砂的含泥量(小于0.074mm砂粒)不宜大于15%。填筑前,先由測量組精確放出砂墊層的邊線,邊線寬度應預留路基沉降量,做預寬處理,否則路基沉降后寬度不足,用裝滿砂的編織袋沿邊線排好做成擋砂堤,高度與砂墊層厚同,外側坡度與設計邊坡相同,然后采用自卸汽車按一定間距卸砂,人工配合推土機整平,每2～3m設一檢查點測量砂層厚度,松鋪系數采用1.10左右,砂墊層一次全幅全厚上齊,頂面設置2%路拱,砂墊層要用水密實,當路基荷載作用在砂墊層上后,砂墊層自動密實并將地下水擠出排走。

2.2 粉噴樁處理

在大中小橋橋頭、涵洞及通道處,對地基沉陷有嚴格要求的部位采用粉噴樁來加固地基,對于粉噴樁鉆機來說,鉆桿鉆頭形式優劣關系到成樁質量的好壞以及成樁效率的高低,同時也影響鉆盤轉矩的大小,所以對鉆頭應優化設計,使其滿足鉆速快、噴粉攪拌均勻的要求,此外鉆頭葉片的形式還應保證反向旋轉提升時,對樁體混合土有壓密作用,而不使灰土地面翻升而降低樁體質量,影響其密實度。

施工前,首先要施工場地大致整平,根據圖紙由測量人員精確放出要處理的軟基范圍,然后用小竹簽等按照梅花型放出每根樁的樁位,間距控制在1.2～1.5m,調試好各種機構設備,并在鉆架上標好測深標記。

將鉆機對中調平,開動鉆機進鉆,一般軟基或控制每分鐘進盡1.5～2.0m,遇到部分稍硬地層可放慢速度并加度后提鉆并開支氣泵、噴粉攪拌(為增加固化劑沿樁截面分布均勻性,可采用管口噴與葉片相結合的方式施工),同時適當調整噴粉壓力,以防堵管或噴粉困難,利用自動稱量裝置控制供灰量,樁徑50cm時,每延米樁長控制供灰不小于45g(不計損耗)。

粉噴樁分為端承樁和摩擦樁,該段施工的大多數是摩擦類樁,摩擦類樁的樁軸力自上而下逐漸減少,最大樁軸力在樁的上部,這類樁由于地表覆蓋層缺少必要的壓力而易出現不密實或攪拌不均,以致影響樁的整體承載力,所以在鉆頭施噴完后要對樁上部1/3段重新噴灰復攪,以提高樁上部的承載力。

2.3 塑料排水板

塑料排水板處理軟基的原理是利用深插軟基的排水板,避免路基外側地表及地下水進入路基范圍,當填筑路基時,荷載作用于軟基,地下水由于受擠壓和毛細作用沿塑料排水板上升至砂墊層內,由砂墊層向兩側排出,從而提高基底承載力。

塑料排水板要在砂墊層完成后施工,由測量人員測量出需處理的范圍,也用小竹簽定出每根排水板的具體位置,插板機對中調平,把排水板在鉆頭安放好,開動打樁機錘打鉆桿,將塑料排水板送入設計深度,把鉆桿提上來,將地面上的塑料排水板截斷,并留有一定富余長度,在塑料排水板四周填砂后即完成本根施工。施工中,一定注意“回帶”現象,即雖然鉆頭打至設計深度,但提升鉆桿時,塑料排水板隨鉆桿提升而上升的現象,此時要采用在鉆頭用短鋼筋頭等辦法防止“回帶”現象。

2.4 換填砂

換填砂墊層是最簡單、最古老的軟基處理方法,是淺層軟土地基的處理方法之一,對于軟基面面積少,而且土層薄,比如有些淤泥質土,可利用換填砂(土)排淤,分層換填,同時用人工或機械方法進行壓、夯、振動等密實處理。來提高基底承載力。

結束語:

軟基處理施工技術難度較大,質量要求高,如掌握不好,極易出現偏差且因其為隱蔽工程。以上介紹的幾種公路常用的處理軟土地基的方法,還要根據工程施工環境與地質情況、項目等級與工期要求、成本控制等等因素采取不同的處理方案,有時幾種方法可以交替或一起使用。目的主要是要保證工程質量,保證工期。

參考文獻

[1]陸遙.軟土地基處理方法概述[M].2005,2.

[2]李上紅.公路工程施工常見地質病害處治.人民交通出版社.2004.4.