湿软地基的分类及处理方法

[键入文字]1湿软地基的分类及处理方法[摘要]湿软基地是道路建设中的重要课题，做好湿软地基处理直接关系到道路的质量，交通的安全，国家的利益。本文就道理建设中常见的一些湿软地基处理方法进行了若干探讨。[关键词]湿软地基软基处理路基夯实引言软土对公路的危害，引起我国公路方面各部门的重视，科研、设计、施工等单位全力以赴，协同作战，经过多年努力，已摸索了不少对策，并取得了可喜的成绩。科研部门成立了专门机构组织机关。交通部下属科研院，为了承担软土科研及试验工程临时组成科研小组。近年来为设计、科研与施工为一体专门服务于软基，也兼作其它特殊性岩土处治工程而纷纷出现一些新型的岩土公司，在广东、湖南、辽宁、陕西等省均有这样的联合配套公司，给软基处理带来新的生机。勘察设计部门利用他们勘察单位的优势，采用多种勘探，测试手段，尤其近年来不仅用单一的钻探方法而且更广泛采用静力触探、十字板剪、旁压等原位测试仪以及多种土工仪器进行原状土和扰动土的物理、力学、水理试验项目，为设计提供了可靠的地质资料和各种必需的土工试验数据，大大提高设计成果的可靠度。在设计方法方面更有大的突破，过去对软土的沉降、稳定计算，多用手算，现在采用计算辅助设计，不仅加快了设计进度，而且便于优化设计，且能迅速提供设计成果，也无形中减轻了设计人员的劳动强度。其他部门在学术活动方面，不时地举行软土地基经验次序或专题研究会，以提高科技人员素质并收到取长补短加快信息传递的多方面的效果。在管理工作方面：交通部及生产单位，经过三年努力，编制出交通行业标准《公路软土地基路堤设计施工技术规范》即将颁布与出版，将使我国公路软土地基无论在设计方面或施工方面，出现了有章可循的局面。21软土地基的定义及特征所谓软土，从广义上说，就是强度低、压缩性高、承载能力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。软土包括淤泥、淤泥质土、杂填土及饱和松散粉细砂与粉土。堤防工程中主要是指天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的亚粘土、粘土所组成的淤泥和天然孔隙比大于1.0小于1.5的粘土组成淤泥质粘土。修建在软土地区的路基，主要是路堤填筑荷载引起软基滑动破坏的稳定问题和量大且时间长的沉降问题。软土地基是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土构成的地基，其承载能力很低，一般不超过50kpa。其主要特征如下：1.1孔隙比和天然含水量大我国软土的天然孔隙比e一般在1.0～1.9之间，大部分软土的天然含水量ω＝34%～72%，液限一般为35%～60%，普遍大于液限。1.2压缩性高我国淤泥和淤泥质土的压缩系数一般都大于0．5MPa-1，建造在这种软土上的建筑物将发生较大的沉降，尤其是沉降的不均匀性，会造成建筑物的开裂和损坏。1.3透水性差软弱土尽管其含水量大，透水性却很小，渗透系数均在10-8～10-6cm／s之间。因此，土体受到荷载作用后，呈现很高的孔隙水压，影响地基的压密固结。1.4抗剪强度低软土通常呈软塑～流塑状态，在外部荷载作用下，抗剪性能极差，我国软土无侧限抗剪强度一般小于30kpa（相当于0.03Mpa）。不排水剪时，其内摩擦角几乎为零，抗剪强度仅取决于凝聚力C，一般C＜30kpa；固结快剪时，内摩擦角等于5°～15°。2软土地基对公路的危害路基是道路线性的主体，贯穿公路全线，与沿线的桥梁、涵洞和隧道等相连接。路基是在天然地表面上按照道路的设计线形（位置）和设计断面（几何形状）的要求填筑或开挖而成的岩土结构物，是路面结构的基础。如果路堤松软不稳定，在行车荷载的反复作用下，将会引起路面的不均匀沉降，从而影响路面的平整度，导致3车速降低，燃料消耗增加，甚至导致路面过早破坏，严重时会引起路堤塌方或滑坡，造成重大的交通事故。随着我国高等级公路的不断修建，湿软地基的处理加固已显得越来越重要。作为路基本身或其支承体，软土地基因土体含水量大、空隙比大而使地基呈现出强度低、压缩性大、沉降量大的软弱土层地基。在软土地基上修筑路基，若不加处理，往往会发生路基失稳或过量沉陷，导致路基病害的产生，继而影响车辆的正常运行。3软土地基施工处理的基本方法随着我国国民经济的飞速发展，在软土地基上修建高速公路的数量越来越多。对软土地基进行处理，已引起设计、施工和管理人员的高度重视，近年来工程实践已积累了大量的第一手资料。人们对软土的种类及其性质有了比较统一的认识，根据高速公路地基软土的不同特征、分布情况和地理环境等因素，可采用一种或两种以上的软土地基处理方法。在施工中经常碰到的情况多数不是软土地基，因为如果有软土地基一般情况在设计时应该根据地质资料提出处理方法。多数情况是有局部地段地质情况和原来设计不同，出现局部地基承载力达不到设计要求，或者由于局部地段含水量过大（原有排水系统不畅，原有地基土质渗水性不好）造成地基软弹（翻浆，弹簧土地段）。当路堤稳定验算或沉降计算不能满足设计要求，对道路工程有严重影响时，必须对软土地基进行加固。根据出现的这些情况一般常用的方法主要有：3.1塑料板排水法塑料板排水法是把用滤膜包裹的塑料芯板用机械打入软土地基，利用滤膜的透水性和塑料板的沟槽构造把水汇集起来排到地面砂垫层内的软基加固方法。塑料芯板是由聚丙烯和聚乙烯塑料加工而成的两面带有间隔沟槽的板条，滤膜一般采用不低于60号、耐腐蚀的涤纶衬布，且含胶量不小于35%。插入土中形成竖向排水通道。因此施工简单、快捷、应用较为广泛。最大的有效处理深度可达到18米。3.2砂井砂井是利用各种打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼并灌入中、粗砂形成砂柱，形成较大的密实柱体，提高软土地基的整体抗剪强度，从而减少沉降。由于这种砂井在饱和软粘土中起排水通道的4作用，又称排水砂井。砂井顶面应铺设垫层，已构成完整的地基排水系统。砂井适用于软土层厚度大于5m时。最大的有效处理深度可达到18米。3.3袋装砂井为了缩短砂井排水距离，往往预先在直径约7㎝的圆筒状聚丙烯或其他适用的编织料制成的袋里装满砂，然后放入成孔中，此法称为袋装砂井。袋装砂井主要用导管式振动打桩机（在进行方式上普遍采用的有轨道门架式、履带臂架式、吊机导架式等），选用聚丙烯或其他适用的编织料制成的袋，采用渗水率较高的中、粗砂（大于0.5㎜的砂的含量宜占总重的50％以下，含泥量不应大于3％。渗透系数不应小于5×10-3cm／s），按整平原地面→摊铺下层砂垫层→机具定位→打入套管→沉入砂袋→拔出套管→机具移位→埋砂袋头→摊铺上层砂垫层的施工工艺流程进行。经对固结时间的影响没有井距那样敏感。但一般砂井如果井径太小，既无法施工，也无法防止因地基变形而断开失效。因此，现在广泛采用网状织物袋装砂井，其直径仅7㎝左右，比一般砂井要省料得多，造价比一般砂井低廉，且不会因施工操作上的误差或地基发生水平和垂直变形而丧失其连续性。最大的有效处理深度可达到18米。3.4土工聚合物处治土工布铺设于路堤底部，在路基自重作用下受拉产生抗滑力矩，提高路基稳定性。土工布在软土地基加固中的作用包括排水、隔离、应力分散和加筋补强。土工格栅加固土的机理存在于格栅与土的相互作用之中。一般可归纳为格栅表面与土的摩擦作用；格栅孔眼对土的锁定作用和格栅肋的被动抗阻作用。三种作用均能充分约束土的颗粒侧向位移，从而大大地增强了土体的自身稳定性，对土的加固效果明显高于其他土工织物。高填土可适当分层，采用土工布加强路堤刚度，并在软土基上隔垫，使荷载均匀，避免局部破坏，对地下水防治相当有利，也可以用土工布摊铺软土底层，并折向沿边坡作防护，这样既提高基底刚度也使边坡受到维护，有利于排水和因地基应力再分配而增加路基的稳定性。在软土地基表层铺设一层或多层土工织物，可以减少路堤填筑后的地基不均匀沉降，又可以提高地基的承载能力，同时也不影响排水。对于淤泥之类高含水量的超软弱地基，在采用砂井及其他深层加固法之前，土工织物铺垫可作为前期处理，便于提高施工的可能性。53.5堆载预压法在软土地基上修筑路堤，通过填土堆载预压，使地基土压密、沉降、固结，从而提高地基强度，减少路堤建成后的沉降量。堆载预压法对各类软弱地基均有效；使用材料、机具简单，施工操作方便。但堆载预压需要一定时间，适合工期要求不紧的项目。对于深厚的饱和软土，排水固结所需要的时间很长，同时需要大量的堆载材料，在使用上会受限。其方式有超载预压（进行预压的荷载超过设计的道路工程荷载）和等载预压（预压荷载等于道路工程荷载）两种。如果工期不紧，可以先填筑一部分或全部，使地基经过一段时间固结沉降，然后再填筑和铺筑路面。最大的有效处理深度可达到30米。3.6深层搅拌桩法深层搅拌法，是胶结法处理软土地基的一种。它利用水泥浆材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，就地在软土中利用压缩空气喷射水泥浆，与软土强行搅拌，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基，以达到提高地基承载力、减少地基的沉降量。其地基应视为复合地基，以及桩土共同承担应力。它具有施工速度快，设备轻便，便于移动，方法容易掌握，处理深度较大等优点，且工后沉降较小，排水固结时间短。利用工程钻机，将旋喷注浆管置入预定的地基加固深度，通过钻杆旋转，徐徐上升，将预先配制好的浆液，以一定的压力从喷嘴喷出，冲击土体，使土和浆液搅拌成混合体，形成具有一定强度的人工地基。最大的有效处理深度可达到20米。3.7换填土层法这是最常用的方法。这种方法最大的有效处理深度可达到3米。采用人工或机械挖除路堤下全部软土，换填强度较高的粘性土或砂、砾、卵石、片石等渗水性材料，形成良好的持力层，从而改变地基承载力特性，提高抗变形和稳定能力，施工时应注意坑边稳定，保证填料质量，填料应分层夯实。换填的深度要根据承载力确定。主要的施工方法有：3.7.1垫层法其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可6分为砂（或砂石）垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层等。干渣又分为分级干渣、混合干渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层（淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等）与低洼区域的填筑。一般处理深度为2～3m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。3.7.2强夯挤淤法如当地石料丰富，亦可直接在路基基底抛投片石，将湿软土层挤出基底范围，以提高路基强度的方法称为强夯挤淤法。在路基底从中部向两侧抛投一定数量的片石，将淤泥挤出路基范围，以提高路基强度，所有片石宜采用不易风化的大石块，尺寸一般0.3m。其上铺0.1m厚碎石及0.1m厚砂层后再填土。这种方法的适用范围为：软土厚度3.0m，表层无硬壳，呈流动状态、排水困难的地基状态。就是在有软土或弹簧土以及有积水的路段填石头，填石的高度以露出要处理的路段原有土层（或积水）高度为宜。在填石的过程中注意一定要用推土机把石块压实，不能出现软弹现象。然后再填筑土方。采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体，可提高地基承载力和减小变形。适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基，应通过现场试验才能确定其适应性。对于非粘性及松散土而言，振动压实法效果良好。振动压实效果，因土质和振动时间而不同，一般是振动时间越长，效果越好，但时间过长就会无效。对于主要由矿渣、碎砖、瓦块为主要的建筑垃圾，时间约1min多些即可；含细炉渣等颗粒填土，振动时间3~5min，有效深度为1.2~1.5m。重锤夯实法加固地基，可提高地基表层土的强度，对湿陷性黄土，可降低地表的湿陷性，对杂填土可减少表层土的强度不均一性。重锤夯实法适用于地下水位0.8m以下稍湿的一般粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土等。实践证明，强夯过程中，土体中因含可压缩的微气泡，而产生几十厘米的沉降，土体产生液化，使土的结构破坏，强度下降至最小值，随后在夯击点周围出现径向裂缝，成为加速空隙水消散的主要通道，这一过程无法用传统