淺談拋石擠淤在軟土路基處理中的應用

宋道軍

軟土主要是第四紀后期形成的海相、瀉湖相、三角洲相和湖沼相的黏性土沉積物,也有些屬于新近沉積物,其具有天然含水量大、有機質含量多、壓縮性高、孔隙比大、抗剪強度低、固結系數小、固結時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差等特點。如淤泥、淤泥質土、泥炭及其他高壓縮性飽和黏性土,廣泛分布于我國沿海和內地。隨著國民經濟的發展,在工程建設中不斷涉及到軟基處理問題。根據工程重要性、工期要求、工程投資限制、軟土性質及空間分布等情況,一般可通過換填法、深層密實法、排水固結法和化學加固法等對其進行處理。

1 工程概況

和惠北路位于天津濱海新區中新天津生態城永定洲片區內,規劃為一條南北向的城市支路,道路紅線寬度20 m,線路總長度約1 km,設計道路東側路基位于已壓密板實的現狀河堤路上,設計道路西側路基位于永定新河河道內,通過地質勘察發現,河道內表層土基屬于全新統中組海相沉積層()淤泥質黏土(地層編號⑥a),該層層厚為2.8 m,具體特點是:呈灰色、流塑狀態、無層理、含貝殼,經過室內試驗確定其屬高壓縮性土,須進行處理。

在不處理—淺層處理—排水預壓處理—樁基處理的軟土路基處理原則的前提下,考慮到該路僅為城市支路,且工期要求較緊張,軟土厚度小于3 m等實際情況后,確定采用拋石擠淤對該段軟土路基進行加固處理。

2 拋石擠淤法簡介

拋石擠淤法屬于淺層地基處理的范疇,是通過向流塑狀的高靈敏度的淤泥表面大量集中拋填土石填料,依靠填筑體的自重,或利用外部加載,擠開淤泥,強制置換飽和軟土地基的地基處理法。

飽和軟土特別是淤泥(河相和海相),含水量高、滲水系數和不排水抗剪強度均較低,一般不能直接作為建筑物的地基,若集中向其表面大量堆筑填充物,地基土顆粒間的壓力即有效壓力并不發生變化,而全部壓力的增量由空隙水承擔,飽和淤泥質地基的抗剪強度在一定時間內不但沒有提高,還會因堆載施工擾動而下降,因此,當堆筑體在地基中所產生的應力達到土的不排水抗剪強度時,土體將產生整體剪切破壞。隨后,土體中將產生連續滑動面,使堆筑體中的淤泥被強制擠向兩側,向上翻涌和隆起,當堆筑體擠開界面淤泥下沉到持力層界面時,又與周圍土體形成新的整體穩定平衡。

3 設計參數選用

3.1 材料的選擇

拋石材料要求為不易風化的片石,厚度或直徑不小于30 cm。

3.2 拋石頂面標高的選擇

和惠北路在西側路基中新建有污水管道,污水管底標高為+1.5 m,管下基礎為0.5 m,為了方便污水管道基礎的砌筑,此次拋石擠淤最終壓實成型的片石頂面標高控制在+1.0 m。而現狀水面標高為+2.2 m,淤泥頂標高為+1.3 m左右,故須在路基外側先進行圍堰,將水抽干后,才可進行拋石擠淤。

3.3 拋石頂面寬度的選擇

和惠北路路面設計標高為+5.0 m,拋石頂面標高控制在+1.0 m,即邊坡高度 h=4 m,根據護坡道的要求,當邊坡高度h=3 m～6 m時,護坡道d=2 m,即拋石頂面單側超出路基的寬度為2 m。

4 施工工藝

受季節因素影響,沿線局部路段靠近河邊一側存在施工期暫時無水的情況,且表面經風干晾曬后,表層淤泥失水干硬,拋填片石不易穿透下沉,為了保證工程質量,防止有水季節干硬淤泥層遇水軟弱,使得已拋填的片石重新擠入淤泥層,沉降過大導致路基失穩破壞,拋填片石前,須對此部分表層干硬淤泥進行清除。考慮到圍堰的阻擋作用,須邊拋石,邊在圍堰一側挖淤卸荷,以達到擠淤的作用。之后,按照以下步驟進行拋填片石:

1)載料車先沿河邊拋填,邊拋填邊用挖土機整平碾壓,直至形成通道載料車可以通行。2)在此通道上繼續拋填片石至標高+1.0 m,然后用挖土機在拋填片石表面來回碾壓,強迫片石陷入淤泥層。3)如經碾壓的片石層沉陷較大,則重復拋填片石,碾壓,直至無明顯沉陷為止。4)已碾壓過的片石再用18 t以上的振動壓路機碾壓至標高+1.0 m,如片石層無明顯沉陷,則視為壓緊密實,每層碾壓至少12遍。5)第一幅碾壓完畢后,繼續沿橫路線方向向河道一側拋填片石,重復第一幅的操作程序,直至達到設計寬度。6)在拋填碾壓好的大片石上,先用小片石嵌填縫隙,然后封填最大粒徑為5 cm的天然級配砂礫石反濾層,層厚10 cm。

5 施工質量控制措施

由于該工程工期緊,拋石擠淤施工完成后,沒有足夠的沉降穩定期,就需要在其上開始上部結構施工。因此,為了保證工程質量,不僅在施工過程中要嚴格按照上述施工工藝進行組織施工,更應在拋石擠淤施工完成后,在路基堆筑的過程中加強沉降和穩定觀測,指導后續工作安全、順利開展。

5.1 壓實度控制

按照施工工藝中所述,使用18 t振動壓路機振動碾壓,直至無明顯沉陷為止,即可視為壓實度滿足設計要求,在其上可實施道路路基。

5.2 沉降和穩定觀測

為了掌握路基堆筑過程中路基的沉降和穩定情況,現場于拋填片石完成后,沿線每200 m設置一個觀測斷面,每一個觀測斷面設置兩個觀測點,分別設置于路基坡腳和片石頂面最外側,觀測點采用鋼筋混凝土樁(頂部預埋刻有十字絲的鋼釘測頭)。

現場使用水準儀和全站儀對測點高程和位移實施監控。頻率基本控制在每填一層,進行一次監測。

通過觀測發現,路基填筑(一般控制在3 d一層)過程中,沉降速率每晝夜最大僅有0.2 cm,坡腳水平位移速率每晝夜最大僅有0.1 cm,路基沉降和穩定情況較好。

6 結語

1)和惠北路西側將新建一條沿路方向的堤壩,故不用考慮圍堰拆除后河水浸入路基的情況發生,反之,則須考慮漿砌片石護坡方面的設計。若遇著在水面上直接進行拋石擠淤的情況,則最終壓實成型的拋石頂面標高應高出水面50 cm。2)若遇著整個路基均處在軟基上的情況,當軟土地層平坦時,填筑應沿路基中線向前呈三角形方式投放片石,再漸次向兩側全寬范圍擴展。當軟土地層橫坡陡于1∶10時,應自高側向低側填筑,并在低側坡角外一定寬度內同時拋投形成片石平臺。3)此法優先考慮在石料豐富,運距較短的地區采用。4)為了進一步減小新老路基之間的差異沉降,新老路基相接處須在老路路基上分層開挖臺階進行搭接處理,每層臺階上須采用土工格柵進行加筋處理。5)對3.0 m以上的淤泥地基加固,采用拋石擠淤加固時,應結合爆破和強夯等輔助措施,以保證地基處理的可靠性。6)片石間大孔隙滲透性好,能形成排水面,加速下臥軟弱土層固結。7)片石間的孔隙大,能有效防止毛細水上升侵蝕路基。

[1] JTG F10-2006,公路路基施工設計規范[S].