淺談高速公路的不良地基處理方法

孫豫慶

摘要:在當代的高速公路建設中,由于地質成因、水文條件、氣候因素等地域差異,造成的不良地基的危害是十分嚴重的。近年來人們加大了對于不良地基的處理方法的研究,也取得了顯著的成效。文章以對高速公路不良地基的處理方法的研究為目的,通過介紹高速公路不良地基的類型,然后研究了不同的類型具有的不同處理方法,同時文章中重點突出了軟土地基的處理方法,并且還介紹了實際應用中的幾種新技術,最后認識到研究不良地基處理方法的必要性。只有加大研究,才能減少不良地基的危害。

關鍵字:高速公路 不良地基 膨脹土 黃土 軟土 處理方法

公路是國民經濟持續發展的基礎,也是衡量一個國家經濟實力和現代化水平的重要標志。我國幅員遼闊,東西距離長,南北跨度大,公路建設特別是高速公路建設中,因地質問題,特別是地質災害和特殊不良地基引起的公路病害、路基失穩等現象時有發生,給國家造成了巨大的損失。因此,必須采取必要的工程技術措施,甚至使用新材料、新工藝、新結構才能滿足工程的質量要求和運營要求。

一、高速公路的不良地基

不良地基由于環境的因素,導致地質問題有很多種。以下簡單介紹幾種不良地基,如膨脹土地基、黃土地基、軟土地基等。

(一)膨脹土地基

膨脹土是一種吸水膨脹、失水收縮開裂的特種粘性土;其礦物質成分以強親水性的礦石為主;在自然條件下,多成硬塑或堅硬狀態,并具有反復脹縮的特性。主要特征有脹縮性、裂隙性和超固結性。

(二)黃土地基

黃土是在第四季干燥氣候條件下,形成的具有多孔性有垂直節理的黃色粉末性土,有濕陷性,即黃土受水浸濕后會產生較大的沉陷,屬低液限粘土ωL<40%。其主要特征有肉眼可見性、無層理、富含碳酸鈣成分。

(三)軟土地基

軟土是濱海、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。其主要特征是灰色的細粒土、天然含水量不小于液限、天然孔隙比不小于1.0。

二、各種不良地基的處理方法

高速公路各種不良地基的處理方法,也是不同的。下面就不同的地基進行其處理方法的研究。

(一)膨脹土地基

膨脹土因為其吸水失水的變形性質,使其強度急劇衰減,從而引起比一般粘性土嚴重得多的一系列不良地質現象。如使路基出現龜裂、彈簧與邊坡失穩等,危及告訴公路工程的安全。因此在膨脹土地區新建高速公里,必須采取必要的防治措施加以處理,特別是交通量大的告訴公路應給予高度重視。

應對措施:

1.預濕泡水:如果在施工前使土加水變濕而膨脹,并在途中維持高含水量,則土將基本上保持體積不變,從而不發生較大體積變形。

2.機械方法:在最佳含水量下,將土基壓實到規定的壓實度,或在土基上采用加載的方法以限制土的膨脹,但是路面結構對于重量有限制,通常不足以抵消膨脹壓力。

3.化學方法:國內外普遍采用石灰、粉煤灰、水泥等進行處理,亦可用其中的兩種或三種進行綜合處治,效果良好。有些還會采用一些化學外摻劑,如氫氧化鈉、碳酸鈉、硅酸鈉等。通常在加入外摻劑后,土的性能可得到較大改善,膨脹量與膨脹壓力有不同程度的減小,并且在強度上會有所提高。

4.換土法:利用非膨脹性土來進行換土,主要考慮所換土的性能,決定更換深度和更換范圍。此法適用于小面積的高速公路換土。

據試驗表明土體具有膨脹性是路基含水量增大、壓實度降低的原因。含水量變化是改善膨脹土遇水膨脹失水收縮的關鍵,在連徐高速公路的施工中采用了摻石灰改善取土場含水量的方法來處理膨脹土的問題,每摻入1%的石灰,可降低水含水量0.68%～1.29%。

(二)黃土地基

高速公路濕陷性黃土地基的處治方法根據公路構造部位、地基處理的厚度、施工環境條件、施工工期和當地材料來源,并經技術和經濟比較厚確定。近幾年在濕陷性黃土地基處理方面,傳統的都采用土墊層法、重夯法等仍在廣泛采用;而新興的地基處理技術如強夯法、沖擊輾壓、DDC法等也開始大規模使用,并取得良好的技術和經濟效果。

沖擊壓實是用三角形或者五角形“輪子”來產生集中的沖擊能量達到壓實土石填料的目的。沖擊壓實技術應用于大面積濕陷性黃土地基淺層加固處理和黃土路基的補強加固時具有快速高效的技術優勢。

強夯法沖擊能量巨大,它能使深層土體產生沖切變形,從而達到動力密實的目的。它屬于深層動力密實法的一種,可以消除較深層黃土的濕陷性并提高地基承載能力。強夯法主要用于Ⅲ級以上厚層自重濕陷性黃土地基、非飽和高壓縮性新近堆積黃土地基和人工松填黃土地基的加固處理,有效處理深度一般不大于8m。

DDC法,即孔內深層強夯技術,它綜合秉承了重錘夯實、強夯、土樁等地基處理技術的優勢,集中動能、高壓強、強擠密各效應用于一體,完成對厚層濕陷性黃土地基及其它軟弱地基的加固處理。DDC法主要應用于加固較大面積的厚層高壓縮性濕陷性黃土或厚層飽和濕軟黃土地基以及深層有采空洞穴或軟弱下臥層的不良地基。

(三)軟土地基

高速公路的軟土地基處理的方法有很多種,各種方法都有其獨特的適用范圍。具體工程的地質條件變化多樣,對地基處理的要求也不盡一致,所以我們必須具體問題具體分析,從地基條件、處理要求、處理范圍、工程進度、材料急劇等方面進行綜合考慮,確定合適的方法,從而達到控制剪切變形、促進強度增長和增加抗滑能力的目的。處理軟土地基的方法以下列舉了幾種,并做簡要介紹。

排水固結法,其原理是在軟土地基中設置豎向排水系統和水平向排水系統,在逐級填筑路堤載荷作用下使地基土體排水固結,產生固結沉降使土體的強度增長,地基承載能力提高,有效減小工后沉降。排水固結法主要適用于軟粘土、淤泥和淤泥質土地基。

深層攪拌法,就是利用深層攪拌機將水泥或石灰和地基上原位攪拌形成圓柱狀、格柵狀或連續墻水泥土增強體,形成水泥土樁的復合地基,以提高地基承載力,減小沉降。深層攪拌法分為噴漿攪拌法和噴粉攪拌法兩種。深層攪拌法主要用于淤泥、淤泥質土和含水量較高的地基容許承載力不大于120kPa的粘性土、粉土之類的軟土地基。

預壓法,是為了防止路基上或相鄰的路面或構造物,或者埋設在路基內的構造物產生有害的沉降及破壞,預先在軟土地基上施加載荷,使軟土地基發生沉降,同時提高地基強度的一種地基處理方法。根據預壓載荷的不同,可以分為等載預壓、超載預壓和欠載預壓三種方式。在高速公路的實際施工中,我們一般采用的是等在預壓的方法。

當今社會中,對于高速公路地基的要求也是越來越高了,按變形控制的地基處理設計理論和方法正在形成和發展,控制工后沉降,是許多重要工程的主要目標。在淮鹽高速公路的建設中,就遇到了軟土類的不良地基,當時采取了幾種先進的新技術。

1.真空聯合堆載預壓加固軟基技術:真空預壓是一種用真空抽氣機導致地基排水加固的軟基處理方法。由于加固機理清楚,設計理論和計算方法比較成熟,施工工藝比較完善,且具有安全、經濟、適用等特點。

2.CFG樁復合地基加固橋頭深厚軟基技術:CFG樁復合地基的優點是能夠很較好的發揮地基土體和CFG樁體兩部分共同承擔載荷,從而提高地基承載能力,減小地基沉降。這就是采用CFG樁復合地基的目的。

3.高含水量軟基水泥拌和樁聯合排水固結加固技術。

4.高含水量軟基水泥拌和樁施工技術。

三、綜述

在環境中各種不良地基的存在,給高速公路的施工帶來了很多技術上的難題,在對不良地基的處治過程中,設計、研究人員結合工程的實際情況開展了大量的科研工作。正是這種研究,使高速公路建設中的具體問題都得到了相應的解決,而且這種研究還在不斷地發展,不斷地研究更好的、更經濟方法來處理高速公路不良地基。

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(作者單位:河南高速公路發展有限責任公司商丘分公司)