高速公路軟土地基的危害及其處治方法

徐嬌

摘 要:軟弱土質在作為地基時嚴重影響公路工程質量與通車后的行駛安全,必須得到有效的治理。在實際工程中必須重視對土質信息的分析,全面掌握施工要求,再以相應方法配合處理,最終實現工程施工的可靠性。本文從軟土路基對高速公路工程施工的危害出發,分析了水泥攪拌樁、粉噴樁等幾種常用的軟土處治方法,并對施工中應注意的問題進行了詳細的說明。

關鍵詞:高速公路軟土地基深層水泥攪拌樁粉噴樁

中圖分類號:U419 文獻標識碼:A 文章編號:1674-198X(2012)05(c)-0107-01

1 軟土路基的特征及其對高速公路工程施工的危害

公路工程建設中不可避免地要接觸到各種不同地質條件的地基類型,施工中應針對不同土質特性,設計相應的處理方法,以滿足其承載要求。以軟土地基施工為例,軟弱土質是指抗壓強度低而壓縮性較高的土層,包括淤泥、淤泥質土、粉土、粘土、粉質粘土及腐植性土等。在我國軟土廣泛分布在山谷地域、河口三角洲、濱海平原以及湖盆地周圍等地區。在高速公路施工中作為地基時,各類型軟土都共同表現出孔隙大、天然含水量高、滲透性不佳、抗剪強度低、流變性顯著、分布復雜等工程特性,若處理不當常會在工程中導致路基沉降變形等問題,降低公路的穩定性和強度,甚至可能使路基在上部、外部載荷作用下產生路面開裂、橋臺損壞、橋頭跳車及涵身或通道凹陷等問題,嚴重縮短公路的使用壽命,威脅高速公路的行駛安全與暢通。

有鑒于此,全面掌握工程施工等級與要求,并針對實際軟土條件進行有針對性的改造,就成為了建設者們必須認真對待的問題。實際工程中,應首先確定地基的現有承載能力,并根據公路等級、路堤高度、材料條件以及通車后的實際荷載情況進行分析,采取換填、拋石、爆破等不同的處理方法,改善施工條件。而影響軟土地基承載力的因素比較復雜,包括:土層分布、力學特征、應力歷史、排水條件、路基上部類型與剛度、施工方式及其程序等,因此,必須通過極限承載理論公式、臨塑荷載估算及物理性質指標分析等多種方法加以分析和確定,從而準確得出土體的承載能力,為處理方案提供科學依據。

2 軟土地基條件下公路施工常用的處治方法

軟土地基條件下公路施工的處治方法通常是在公路設計和施工環節對路基進行加固處理,通過改善其工程特性,使其透水性等參數達到高速公路路基的相應質量標準,并通過最大限度地減小其上部的荷載密度,有效提高路基的強度及穩定性,避免沉降與形變的發生。

2.1 一般處理技術概述

目前工程中常用的一般性處理方法包括換填、表層排水、砂墊層法、凍結法等。以砂墊層法為例,該法包括排水砂井、袋裝砂井、排水砂墊層等技術,排水砂井一般是利用爆破、高壓水槍或各種打樁機在地基中按一定比例埋入鋼管,并注入中粗砂而形成砂柱,再通過砂柱的排水管道作用構成軟土排水體系,增強地基的穩定性,該法通常用于軟土厚度＞5m,處理深度≤18m時的情況;袋裝砂井目前廣泛采用網狀織物袋,以達到節省原料、降低成本的目的,并能有效防止施工操作中產生的誤差;排水砂墊層的原理是在軟土頂面增加一個排水面,需要在路堤底部地面上鋪設一層砂層,隨著荷載逐漸增加,使軟土地基排水固結滲出的水從砂墊層中排走。砂墊層一般厚0.6m～1.0m。為了保證砂墊層的滲水作用,墊層上應該填一層粘性土封住水使水無法返回。在路基兩側須修好排水溝,通過砂墊層滲出的水通過排水溝排出路基外。該法在30m深度內具有有效處理能力,對含水量較高的軟弱路基可配合其他深層加固方法使用,根據工程進度及預算條件做全部或部分填筑處理。凍結法的工作原理則是:通過液態氮或二氧化碳膨脹,或采用普通的機械制冷設備與一個封閉式液壓系統相連接,而使冷卻液在內流動,從而使軟濕土質凍結,以提高其強度并降低壓縮性。在工程實踐中,凍結法在不同類型的軟土土質的處理上都取得了良好的效果,且特別適合于開挖深度＞7m或低于地下水位的情況下。

2.2 深層水泥攪拌樁的應用

2.2.1 深層水泥攪拌樁的工作原理與工藝流程

深層水泥攪拌樁是通過深層攪拌設備,將水泥作為固化劑與軟體強制攪拌,使其結成具有較高強度和水穩定性的整體硬樁。該法在水泥、水與軟土的水解、水化及團粒化、碳酸化、硬凝等反應作用下,最大限度地提高了樁體的宏觀穩定性。深層水泥攪拌樁技術的工藝流程包括:樁位放樣→水泥漿制作→預攪下鉆噴漿→提升噴漿、復攪→復攪下沉→復攪提升→成樁,工程中采取二噴四攪的方式進行作業。

2.2.2 施工中應注意的問題

水泥攪拌樁開鉆前,應清洗整個壓漿管,檢查壓漿管中有無堵塞現象,待水排盡后方可下鉆。應通過吊錘控制鉆桿與井架是否垂直。打樁過程中因停電或樁機損壞而中斷時,應使攪拌軸下沉至停漿面以下50cm～100cm,待恢復供漿后再繼續噴漿提升,以防斷樁或缺漿。須嚴格控制樁頭質量,噴漿攪拌應高于設計樁基頂30cm,且當噴漿提升至設計樁頂時,應稍有停滯。制樁完成后,必須達到要求的齡期后方可進行開挖,清理樁頭時不得使用重錘或重型機械,宜用小錘、短釬等輕便工具操作,以免損壞樁頭。

2.3 粉噴樁的應用

粉噴樁與深層水泥攪拌樁同屬軟土路基加固中的復合地基技術,不同之處在于該法是利用將特定固結劑噴射到軟土內部的方式發揮作用的。與水泥攪拌樁不同,粉噴樁更適用于加固飽和度高、軟塑~流塑狀的軟土及泥炭土質。該法的工藝流程為深層攪拌機械就位→預攪下沉→攪拌提升→重復攪拌→重復攪拌提升→成樁。粉噴樁施工中應注意的問題包括:施工場地應進行平整,開機前必須調試、檢查樁機運轉和輸料管暢通情況。場地整平標高比設計標高高0.3m。粉噴樁的垂直度偏差不超過1%,樁位布置偏差不大于50mm,樁徑偏差不大于4%。施工前確定好攪拌機械的水泥自動計量、起吊設備提升速度,使攪拌提升速度與水泥輸送速度同步。水泥數量以及泵送時間須安排專人記錄。預攪下沉時不得沖水,遇硬土層時可適量沖水。施工時因故停機,應將攪拌頭下沉至停止點以下0.5m,待恢復后再提。樁與樁的搭接時間不超過24h,否則應對最后一根樁先進行空鉆留出楔頭。施工前,應先進行試樁,以確定施工配合比等各項參數和施工工藝。粉噴樁施工的關鍵在于深入軟土土層的位置與含水量的控制。

3 結語

綜上所述,作為治理高速公路路面開裂、塌方等嚴重病害的主要方法之一,軟土地基必須經過科學處理,改善其工學特性,保證高速公路的施工質量。在實際工程中,無論是水泥攪拌樁、粉噴樁或其他各種處治方法,都有其優點和適用范圍,因此,應重視對土質信息的收集和分析,全面掌握施工要求及地質條件,再以相應方法配合處理,最終實現工程施工的可靠性。除處治方案的合理性及其工藝控制外,施工組織、質量檢驗等環節也需要得到充分的關注,使質量控制貫穿于工程的全過程,為實現高速公路道路施工的經濟效益與社會效益奠定基礎。

參考文獻

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