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公路桥梁地基处理【摘要】随着我国经济建设的不断深入，公路桥梁等基础设施建设重心逐渐向西部地区倾斜。西部区域多变的地质条件也为工程的建设提出了更高的要求和更复杂的技术问题，在进行道路桥梁建设时需要着重考虑。本文结合各种不同类型地基的基本特性、处理原理，介绍了几种常见地基处理方法，分类以及在施工过程中需要注意的问题。一，处理分类地基处理主要分为：基础工程措施、岩土加固措施。有的工程，不改变地基的工程性质，而只采取基础工程措施；有的工程还同时对地基的土和岩石加固,以改善其工程性质。选定适当的基础形式,不需改变地基的工程性质就可满足要求的地基称为天然地基；反之，已进行加固后的地基称为人工地基。地基处理工程的设计和施工质量直接关系到建筑物的安全，如处理不当，往往发生工程质量事故，且事后补救大多比较困难。因此，对地基处理要求实行严格的质量控制和验收制度，以确保工程质量。1.公路桥梁地基处理对象分类在公路与桥梁等基础设施建设过程中遇到的需要进行加固地基主要指软弱地基和特殊土地基。软弱地基主要指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填地或其它高压缩性土层构成的地基。其中淤泥及淤泥质土合称为软粘土；冲填土是指在河流、航道等的整治过程中，将河底淤积的泥砂通过输泥管道吹填到两岸所形成的沉积土，吹填土中含有大量的不可排出的水分且处于流动状态，其工程性质与其颗粒组成、均匀性以及沉积过程中的排水固结条件有很大关系；杂填土的性成果与人类的主要生产与生活过程有关，其主要特征是强度低、不均匀以及高压缩性，对于含有较多的生活垃圾和对下层基础具有侵蚀性的工业废料等杂填土，在未处理之前不应作为基础的持力层；高压缩性土饱和松散粉细砂以及部分饱和砂土，其主要特征是在施工机械设备振动等反复荷载作用下，地基土会产生液化现象。特殊土地基大部分具有区域性特点，主要包括软土、膨胀土、湿陷性黄土、红粘土和冻土等。软土是指在缓慢的流水环境中经过沉积以及生物化学作用而形成的，天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的粘性土。软土地基在外荷载作用下承载力较低、变形大以及不均匀变形也大、透水性差和变形稳定所需要的时间较长；湿陷性黄土在荷载作用下，经过水的浸湿后，地基土的结构被迅速破坏而发生显著的附加沉降；膨胀土具有一种吸水膨胀和失水收缩的特性，在反复荷载作用下，具有较大的胀缩变形性能、并且能反复变性；红粘土地基由于其下卧的岩层面起伏变化，以及基岩的溶沟部位常常存在软弱土层，地基土层厚度及强度分布不均匀，进而引起地基的不均匀变形；岩溶的基本特性是地基主要受力层范围内受水的化学和机械作用面形成溶洞、溶沟、溶槽、落水洞以及土洞等。2.公路桥梁地基处理方法根据地基处理的基本原理，可以将不同的地基处理方法归结为换土垫层法、深层密实、排水固结以及加筋处理等。然而，需要指出的是，随着地基处理技术的不断发展，对地基处理方法进行严格的分类越来越困难。某些方法具有几种不同的作用，例如，碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋等多种作用；石灰桩具有挤密土体和吸水的作用，其吸水后又进一步挤密土体。同时，还有一些地基处理方法的加固原理和计算方法尚不明确，还须进一步研究。本文针对常见的几种软弱地基，介绍对应的常用的处理措施以及在处理过程中需要注意的问题。2.1软弱地基处理方法软弱地基的土体结构以及形成原因特殊，具有低承载、高压缩、不稳定、难处理的力学特性，具有较差的不良工程特性。在进行软土地基处理时，要特别注意变形和强度问题，过大的沉降及不均匀沉降会影响上部构造物的使用性能，甚至会影响交通使用安全。目前，常规的地基处理方法及加固原理很难对其工程性能产生本质性的改良，单一、常规的处理方法也无法达到理想效果。在进行软土地基处理时，要结合工程地质的实际情况，因地制宜，采用相对应的地基处理方法进行处理。常用的地基处理方法如下所述：换填、置换：常见的换填置换是指先将软土挖出，采用级配砂石、粉煤灰、二灰土、水泥拌合土等加强土进行分层碾压回填。对于软土层厚度不大、下部持力层土力学性质较好且工程量不大的软土地基，这种处理方法简单快捷，易于施行的优点。置换加强—复合地基：该方法是指通过在软弱地基中植入强度和承载力远高于原地软土力学性能的加强桩体形成复合地基，进而达到改善地基强度的目的。常用的加强桩体包含搅拌桩、夯扩碎石桩、旋喷桩等。相对于换填、置换处置方法，复合地基主要适用于具有较厚软土层的地基处理。使用该法能够显著提高地基承载力，适用于对于沉降变形要求不太高的简单工程。然而，工程实际中，随着软土层厚度的增加，采用该方法的处理效果也逐渐变差，而工程造价越来越高。排水固结：排水固结中通常采用真空预压、堆载预压、真空—堆载联合预压等方法将软土层中水压出，使软土地基逐渐排水固结直到完成变形沉降，进而达到提高地基承载力的目的。与复合地基处理方法相同，排水固结法适用于具有较厚的淤泥、淤泥质土层的软土地基。该处理方法能对软土地基的工程特性进行整体性的改良，然而对于地基承载力的提升有限。表层加固法：当软土地基之上覆盖有一定厚度的且地质情况较好的地层时，可通过上述各种常规地基处理方法加强上部土层，形成硬壳层。表层加固方法的基本原理是通过增加表层土体的整体强度和承载力，减小荷载影响深度以满足使用要求。2.2特殊土地基处理方法特殊土地基的基本特点是吸水膨胀和失水收缩，这也是这种地基对于工程建设最主要的危害。引起这种地基变形的主要原因是地基土中水分转移：降雨及蒸发；温度的变化；地基上部覆盖情况。根据特殊土地基的上述特征，在进行特殊土地基处理时，需要遵循的基本原则为：（1）根据公路桥梁工程所在地的气候条件、地形地貌、地基土的膨胀收缩性质等确定该地基在十年或者更长时间发生的最大变形量及变形特征；（2）采取对应措施，将可能发生的变形减小到上部建筑所容许的变形值范围内。包括增加地基基底压力以限制膨胀变形；适当增加埋深减小外部气候变化对地基所产生的影响；采取有效的覆盖措施，将蒸发所引起的收缩变形减到最低限度，同时改善地面排水及地下管道排水条件，避免地表水向土中渗漏。与软土地基处理方法类似，针对特殊土的地基处理措施主要从改良土的性质、加强地基土承载力等方面着手。主要的处理方法有：土质改良与置换，对于特殊土地基，最简单的解决办法就是采用非膨胀性粘土、砂土、碎石土及灰土等替换具有膨胀性的特殊土，减少地基的胀缩量，工程实践中，这种方法取得了较好的效果；植入桩基，如果大气影响深度和地下水位均较深，则可采用桩基，即将桩穿过特殊土层，插入稳定的非特殊土层作为桩尖持力层。适当增加基础埋深，可以有效地防止上部结构出现大的不均匀沉降；完善排水系统，地基土中含水量是导致特殊土地基涨缩的主要因素，自然环境下，随着含水量的变化，膨胀土的体积也随之增大或缩小，在路基施工时，除强调大致在平衡含水量下碾压密实外，还应铺设防护层，解决膨胀土的防水保湿问题。二，处理步骤地基处理方案的确定可按下列步骤进行：1.搜集详细的工程质量、水文地质及地基基础的设计材料。2.根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、土层结构、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初步选定几种可供考虑的地基处理方案。另外，在选择地基处理方案时，应同时考虑上部结构、基础和地基的共同作用；也可选用加强结构措施（如设置圈梁和沉降缝等）和处理地基相结合的方案。3.对初步选定的各种地基处理方案，分别从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比，根据安全可靠、施工方便、即经济合理等原则，从而因地制宜地循着最佳的处理方法。值得注意的是，每一种处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点。没有一种处理方案是万能的。必要时也可选择两种或多重地基处理方法组成的综合方案。4.对已选定的地基处理方法，应按建筑物重要性和场地复杂程度，可在有代表性的场地上进行相应的现场试验和试验性施工，并进行必要的测试以验算设计参数和检验处理效果。如达不到设计要求时，应查找原因、采取措施或修改设计以达到满足设计的要求为目的。5.地基土层的变化是复杂多变的，因此，确定地基处理方案，一定要有经验的工程技术人员参加，对重大工程的设计一定要请专家们参加。当前有一些重大的工程，由于设计部门的缺乏经验和过分保守，往往使很多方案确定的不合理，浪费也是很严重的，必须引起有关领导的重视。三.结语经处理后的地基，当按地基承载力确定基础底面积及埋深而需要对地基承载力特征值进行修正时，基础宽度的地基承载力修正系数取零，基础埋深的地基承载力修正系数取1.0；在受力范围内仍存在软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的地基承载力。对受较大水平荷载或建造在斜坡上的建筑物或构筑物，以及钢油罐、堆料场等，地基处理后应进行地基稳定性计算。结构工程师需根据有关规范分别提供用于地基承载力验算和地基变形验算的荷载值；根据建筑物荷载差异大小、建筑物之间的联系方法、施工顺序等，按有关规范和地区经验对地基变形允许值合理提出设计要求。地基处理后，建筑物的地基变形应满足现行有关规范的要求，并在施工期间进行沉降观测，必要时尚应在使用期间继续观测，用以评价地基加固效果和作为使用维护依据。复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。地基土为欠固结土、膨胀土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土时，设计要综合考虑土体的特殊性质，选用适当的增强体和施工工艺。复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定。