軟基處理方案

秦毓貴

1、軟土地基的概念

1.1軟土地基

地基是指承受建筑物荷載的一部分土體(巖體)。如果建筑工程的基礎(公路等交通設施工程中則指下部構造)修建在軟土中,則這一建筑物或構造物的地基就稱為軟土地基。

2、軟土地基處理方法分類

經過長期的實踐,在公路中形成了多種形式的軟土地基處理方法,結合本企業多年施工經驗及資料查閱進行總結歸納如下:

2.1換填墊層法

當軟弱土層厚度不很大時,可將路基面以下處理范圍內的軟弱土層部分或全部挖除,然后換填強度較大的土或其它穩定性能好、無侵蝕性的材料(通常是滲水性好的中粗砂)稱為換填或墊層法。此法處理的經濟實用高度為2～3m,如果軟弱土層厚度過大,則采用換填法會增加棄方與取土方量而增大工程成本。

通過換填具有較高抗剪強度的地基土,從而達到增強地基承載力的目的,滿足構筑物對地基的要求。

主要加固方法有換填、拋石擠淤、墊層、強夯擠淤幾種。墊層法根據材料的不同可分為砂(礫石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層。代表方法有砂墊層法及換填法。

2.2深層密實法

采用爆破、夯擊、擠壓和振動及加入抗剪強度高的材料等方法,對地基深層的軟弱土體進行振密和擠密的地基加固方法稱為深層密實法。適用于軟土厚度>3m的中厚軟土的加固,分布面積廣的軟基加固處理,其加固深度可達到30m。

通過振動、擠壓使地基中土體密實、固結,并利用加入的具有高抗剪強度的樁體材料置換部分軟弱土體中的三相(氣相、液相與固相)部分,形成復合地基,達到提高抗剪強度的目的。

主要加固方法:強夯法、土(或灰土、粉煤灰加石灰)樁法、砂樁法、爆破法、碎石樁法(振沖置換法)、石灰樁法、水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁法)、粉噴樁法、旋噴樁法。代表方法有碎石樁法、強夯法、水泥粉煤灰碎石樁法、粉噴樁法。

2.3排水固結法

在軟土地基上加壓并配合內部排水,加速軟土地基的排水,加快軟土固結的處理方法稱為排水固結法。適用于處理各類淤泥、淤泥質粘土及沖填等飽和粘性土地基。

軟土地基在附加荷載的作用下,逐漸排出孔隙水,使孔隙比減小,產生固結變形。在這個過程中,隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸擴散,土的有效應力增加,并使沉降提前完成或提高沉降速度。

主要加固方法:堆載預壓法、砂井法、袋裝砂井、真空預壓法、電滲排水法、降低地下水位法、塑料排水板法。

2.4化學加固法

通過在軟土地基中加入水泥或其它化學材料,進行軟土地基處理的方法稱為化學加固法。適用于處理砂土、粉土、淤泥質粘土、粉質粘土、粘土和一般人工填土,也可以在處理裂隙巖體及已有構筑物地基加強中。

水泥或其它化學材料注入土體后,與土體發生化學反應,吸收和擠出土中部分水與空氣,形成具有較高承載力的復合地基。主要加固方法:粉噴樁、旋噴樁、注漿、水泥土攪拌法。

2.5加固路基法

通過在路基中埋入高強度、大韌性的土工聚合物、拉筋、受力桿件或柴(木)梢排等方法加強路基的自身強度,增加抵抗地基變形沉降的能力。適用于軟弱巖體、土體中的路堤與路塹。主要加固方法:加筋土路基、土工聚合物、土釘墻、土層錨桿、土釘、樹根樁法、柴(木)梢排法。

2.6其它加固方法

除了上述軟土路基處理方法外,比較常用的還有樁基、沉井、側向約束法、反壓護道法。樁基與沉井常用于在軟土地基中建設重要構筑物(橋梁、大型涵洞等)的基礎中,根據軟弱土層的厚度其下承層土質情況,樁基設計可分為柱樁與摩擦樁兩種。常用的樁基有鉆孔樁、挖孔樁、管樁、木樁。

側向約束與反壓護道的加固機理均是限制軟弱土體向旁擠出,以增加路堤的抗剪能力。側向約束法適合軟土層厚度較小,軟土體面積較大的軟土地基的加固。反壓護道法適合軟土體分布面狹窄而軟土體厚度較大的軟土地基的處理。

3、較有代表性的軟基處理技術

3.1砂石樁法

碎石樁和砂樁總稱為砂石樁,又稱顆粒土樁,是指用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后,再將碎石或砂擠壓入已成的孔中,形成大直徑的砂石所構成的樁體。

(1)砂石樁的加固機理在松散砂土與粘性土中有所不同的,在松散砂土中主要是發揮砂石對軟土的擠密作用、排水減壓作用、和砂基預振效應,而在粘性土中主要是對軟土(特別是飽合軟粘土)的置換作用。

(2)方法的特點是:加固期短,可以采用快速連續加載方法施工路堤,設備簡單,工作面可以加大,對縮短工期十分有利。

3.2塑料排水板

(1)原理:塑料排水板是一種復合土工材料,由芯板和濾膜組成,其加固軟土地基的機理是在軟土地層中按一定的間距和布置形式打設塑料排水板,在軟土中形成豎向排水通道,加速排水,特點是單孔水斷面大,排水暢通、質量輕、強度高,耐久性好。

(2)適用范圍:當軟土層較厚,路堤較高時,常用塑料排水板法加速固結沉降。

(3)施工方法:插設塑料排水板→塑料排水板樁頭處理→(鋪設砂墊層)→路基填筑。

(4)施工用主要機械設備:插板機主要由工作裝置、驅動裝置和行走裝置組成。工作裝置由導向架和導管組成,導向架由角鋼分段焊接,每段長6m,段與段之間用螺栓連接。導管采用熱軋無縫鋼管制成。為適應在軟土中行走多采用履帶式,也有輪胎式。

3.3袋裝砂井法

(1)原理:袋裝砂井是把砂裝入長條形、透水性好的紡織袋內,然后用專門的機具設備打入軟土地基內代替普通大直徑砂井。袋裝砂井既有大直徑砂井的作用,又可以保證砂井的連續性,避免縮徑現象。由于袋裝砂井的直徑小,材料消耗小,造價低,施工速度快,設備輕型,更適應在軟弱的地基上施工。

袋裝砂井適用于軟土層厚度>5m,且路堤高度的自重靜壓超過天然地基承載力很多時,常采用袋裝砂井法。

3.4真空預壓法

(1)原理:在軟土地基上先施作豎向排水系統(砂井或塑料排水板),然后在加固的區域內覆蓋不透氣膜,利用真空源不停地對加固的土體進行抽氣,使其內部形成一個近似真空的環境,土體中的孔隙水在負壓作用下,沿著排水通道加速被吸出,從而達到加固的作用。

(2)真空預壓法也屬于排水固結類的加固范圍,其排水固結作用與加載預壓作用是可以相疊加的,可以加速排水,在工期緊時可以使用該法加快軟土固結的速度。適用于軟土厚度大、工期緊的軟土地基。其設備與材料損耗小,可以重復使用。

4、結束語

對于軟土地基處理采用什么方法應根據不同的地質條件、施工條件、土質的物理、力學性能等綜合考慮，同時還應考慮其施工的方便性、可行性及經濟性。隨著科學技術的不斷發展，新材料、新工藝的開發，對于軟土地基處理的方法會越來越多，越來越經濟、方便、有效，將更有利于公路路基的處理，充分發揮出公路的優越性。