公路施工中軟土地基處理技術分析及其應用

尹志鋼

隨著經濟和社會生活各個方面的快速發展,國內高等級公路的建設也處在飛速發展的階段。隨著公路等級設計要求的提高,對路況指標的選用也隨之提高,從而不可避免地帶來公路路基穿過軟土地區的情況。因此,在軟地基上修筑路基已非常普通[1-4]。對公路軟地基的成功處理,往往也成為提高建設速度、確保工程質量、降低工程造價十分重要的措施之一。軟路基由于其強度低、固結慢、變形大,因此在軟地基未能很好處理就修筑路基,由地基沉降或差異沉降過大將產生如下問題[1-6]:

1)路堤產生側向整體滑動,邊坡外側發生土體隆起。

2)路堤銜接處經常發生沉降。

3)如果路堤變形,會使得路面破壞。

因此,在軟土地基上建造建筑物或是進行路基施工,都要求對軟地基進行處理。其處理的目的主要是改善地基土的工程性質,達到滿足建筑物對地基穩定和變形的要求,包括改善地基土的變形特性和滲透性,提高其抗剪強度和抗液化能力,消除其他不利的影響[3,5]。基于此研究背景,本文提出并進行公路軟地基處理方法及技術分析,旨在綜合分析已有的公路軟地基處理方法及其技術,并結合實際施工中的地基處理施工技術及過程,對軟地基處理的注意事項進行深入分析,研究過程將為相關方法和技術的工程應用提供必要的理論指導。

1 公路軟地基處理方法的發展及應用現狀的綜合分析

1.1 軟地基處理方法的發展

各種軟地基處理技術的發展是伴隨著土木工程的各個方面的發展而發展,由此也帶來了巨大的社會和經濟效益。近些年來,我國逐步發展了符合國內地質狀況的具體工程地質條件的軟土地基處理方法,同時加大了對國外先進的軟土地基處理方法及其技術的引進。例如,從國外引進和發展了強夯置換法、深層攪拌法、振沖法、高壓噴射注漿法、土工合成材料、強夯法、EPS超輕質填料法等許多地基處理技術[1-6]。其中的很多方法和技術已經在國內的某些地區得到具體的應用,如砂樁法、土樁和灰土樁法、排水固結法等,同時也得到長足的發展和提高;此外在工程實踐中也不斷發展了許多新的地基處理技術,如真空預壓法、剛性樁復合地基法、孔內夯擴碎石樁法、低強度樁復合地基法、錨桿靜壓樁法等等。

1.2 軟地基處理技術的應用現狀綜合分析

1)強夯法和強夯置換法。我國于20世紀60年代引進強夯法,首先由法國Menard技術公司提出并使用。我國于20世紀80年代引進,交通部第一航務工程局科研所及協作單位在天津首先開展試驗研究。由于設備簡單、效果顯著、經濟和施工快,很快得到推廣[1]。除強夯擠密外,近年來,強夯置換得到不少應用。強夯置換和強夯擠密在加固機理上是不同的,應用范圍也不相同,強夯擠密法一般用來加固碎石土、砂土、低飽和度的雜填土、黏性土、濕陷性黃土、素填土等各類地基。對于飽和度較高的黏性土等地基,如有工程經驗或試驗證明采用強夯法有加固效果的也可采用。通常認為強夯擠密法只適用于塑性指數 Ip≤10的土。對于設置有豎向排水系統的軟黏土地基,是否適用強夯法處理目前尚有不同看法。對于厚度小于6 m的軟黏土層采用強夯置換法處理,邊夯邊填碎石等粗粒形成深度為3 m～6 m,直徑2 m左右的碎石樁體與周圍土體形成復合地基,也已取得較好的加固效果。強夯造成的振動、噪聲等公害也應引起足夠的重視。

2)排水固結法(靜力排水固結法)。排水固結法又稱預壓法,適用于淤泥質土、淤泥、沖填土等飽和黏性土地基。飽和軟黏土在荷載作用下,土的孔隙比減小,孔隙中水逐漸被擠出,當超靜孔隙水壓力消散,有效應力將會提高,土的強度隨之增加。袋裝砂井和塑料排水帶的長細比大,井阻影響得到人們的重視。近些年來非理想井的固結理論及其工程技術已經得到長足的發展,真空—堆聯合預壓法先后在上海、廣州、福州和天津等地得到應用。到目前為止,學術界對真空預壓法的有效加固深度看法不一[3,6]。有的學者認為真正的有效深度在6 m以內,有的則認為可達20 m,甚至更深。真空預壓的有效深度需進一步研究。

3)深層攪拌法。通過特制機械沿深度將固化劑與地基土強制攪拌就地成樁加固地基的方法是深層攪拌法,當固化劑(水泥或石灰)為粉體時又稱為粉體噴射攪拌法[4]。深層攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質土和含水量較高的地基及承載力特征值不大于120 kPa的黏性土、粉土等軟土地基。

4)高壓噴射注漿法。高壓噴射注漿法是將帶有特殊噴嘴的注漿管置于土層預定深度,以高壓噴射流使固化漿液與土體混合,凝固硬化加固地基土體的方法。它適用于淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。高壓噴射注漿法在意大利、日本和聯邦德國得到較快的發展,意大利Radio公司還開發了可同時在鉆進中檢測地層土質、機器控制和自動調節設計漿量并收集反饋信息的機械,國內也很重視并已進行過一些探索性試驗[2,4]。

5)加筋地基。加筋地基方法在施工過程中將基礎地基下一定范圍內的軟弱土層剔除,然后逐層鋪設土工合成材料與砂石等組成的加筋墊層來做地基持力層。土工合成材料作為新型的巖土工程施工材料,是巖土工程應用的合成材料產品類型的統稱。當埋設方式和數量滿足一定的工程要求時,就可以極大地改善地基承載力。

6)靜動力排水固結法。靜動力排水固結法是近些年來發展起來的一種軟土地基處理新技術,它利用改進的強夯法的夯擊機具與排水固結法中排水體系,針對包括高含水量的軟黏土地基進行處理。該法最早在深圳、惠州、海南等地針對不同的建(構)筑物的軟土地基進行了大量的工程實踐及監測測試,取得了成功,積累了豐富的經驗,之后得到了逐步的推廣運用。

2 軟地基處理方法及技術應用時應考慮的因素

2.1 地基狀況

1)土質條件的影響。黏性土:一般采用的方法是壓實法。在施工中采取的處理方法對地基的擾動必須盡量小。砂性土:采用擠實砂樁法或振動壓實法對可能發生液化的砂性土進行改善,這主要是因為黏土一經擾動,強度降低很多。

2)地基構成情況。在軟土層較淺的情況下,需要進行簡單的表層處理。重要的構造物基礎常用開挖換填法。若軟土層較厚,應使用其他方法配合表層處理法,具體分析如下:夾有砂層且厚度較薄(5 m～6 m以下)的軟土層,采用表層處理法、荷載壓重法等,即使是7 cm的砂層也是有效排水層,在土質調查中不要遺漏[5]。軟土層厚且無砂層的情況,因排水距離長,因此固結沉降需較長的時間,同時強度也將增長。

2.2 公路等級要求的道路性質

1)對于設計要求的公路道路等級越高,平整度要求也越高,越需要采取強而有力的軟地基沉降處理措施。反之,公路等級較低時,可先鋪簡易公路路面,等待地基沉降結束后,再鋪常規的公路路面以達到節約資金的目的。

2)公路道路的形狀。路堤的設計寬度與高度也是選擇處理方法時要考慮的重要原因。一般來說,采用換填法時,對于寬而低的路堤容易出現局部破壞的現象;在設計高度大而穩定性不足的情況下,采用壓重法將受到較大的限制;此外設計的路堤越寬越高,則地基產生壓力的底部將越深,而引起深處黏土層沉降也越大。

2.3 公路施工的周圍環境

1)公路施工中對周圍環境的影響,如處理地基時的振動、噪聲及地下水的變化和多余的泥水散落等,因此在選擇軟地基施工方法時必須詳細的加以考慮。

2)對于路堤高度較高而地基特別軟弱的情況:在施工過程中,周圍地基可能會經常發生大的隆起或沉降。因此,假如在路堤坡腳附近有民房和重要建筑物時,應充分考慮多方因素以減小總沉降量,同時控制剪切變形[5]。如果工程中不能采用這類方法實現目的,應考慮事先對可能受影響的建筑物或者民房加以保護,否則應考慮以高架橋梁代替路堤的方法。

3 結語

結合我國已經進行的公路工程建設中的地基處理、施工加固技術及過程的發展來看,對軟地基處理的研究仍然要做更為深入地分析,理論研究的發展和工程實踐的經驗積累過程將是相關方法和技術在工程應用中有極大發展的動力來源。

[1] 范江團.灰土擠密樁法在公路軟地基處理中的應用[J].山西建筑,2008,34(26):278-279.

[2] 白吉潤.山臨高速公路軟地基施工技術研究[J].甘肅科技,2003,19(9):110-111.

[3] 李治平.塑料排水板加固公路軟地基施工及質量控制[J].筑路機械與施工機械化,2008,25(2):46-49.

[4] 吳益林.深層攪拌石灰樁法在公路軟地基加固處理中的應用[J].現代商貿工業,2008,20(4):261-262.

[5] 熊財恒.粉噴樁處理公路軟地基施工工藝與檢測方法淺談[J].今日科苑,2007(18):57.

[6] 田建雄,羅康生.大新高速公路軟地基施工技術體會[J].山西交通科技,2003(3):29-30.