公路软土地基处理的几种方法

李丹涛

摘要:在高等级公路建设中,不可避免地会遇到软土地基问题。软土地基是具有含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、渗透性小、抗剪强度低、固结系数小等不利的工程性质,导致地基承载力往往不能满足工程设计的要求,因此,需要对地基进行人工加固处理。处理软土地基有多种方法,如果处理不当,就会直接影响路基失稳或过量沉降,出现路基纵、横向断裂等病害。本文通过结合施工实践,介绍公路软土地基常用地基处理的几种方法,以供同行参考借鉴。

关键词:软土路基;工程性质;技术要求;处理方法

1 软土及其特证

1.1 软土的概念

国内外对软土均无统一定义,不同的专业技术部门的解释也不尽相同。有的把软土视为软粘土的简称,有的把软土视为整个软弱土层的简称,有的把软土视为软弱土基的简称。

我国交通部行业标准《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96)将软土定义为“滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土”。

我国铁道部门建议下列物理力学指标作为区分软土的界限,具体描述为:天然含水量w接近或大于液限。孔隙比e>1。压缩模量Es<4000kpa。标准贯入击数N63.5<2。静力触探贯入阻力Ps<700kpa。不排水强度Cu<25 kpa。

我国建设部颁布的《软土地区工程地质勘察规范》(JGJ83-91)规定,凡符合以下三项特征即为软土:外观以灰色为主的细粘土。天然含水量不小于液限。天然孔隙比不小于1.0。

其实无论软土还是软土地基,它的软硬都是相对的,在工程设计和施工时,不要拘泥于它们的定义,只要路堤或其他荷载在土基上有可能出现过大有害的变形与强度不足的问题,都应进行沉降、隐定验算,凡不能满足设计指标时均应进行处理。当稳定安全系数小于容许值,或在路面设计使用年限内残余沉降不满足要求时,均需进行软基处理。

1.2 软土的工程性质

软土无论按成因还是按土质划分,种类较多,但它们都具有下列特性:

颜色以深色为主,粒度成分以细粒为主,有机质含量高;天然含水量高,容重小,天然含水量大于液限,一般在50%～70%之间,液限一般为40%～60%。天然孔隙比大,一般大于1.0。渗透系数小,一般在1×10ˉ4～1×10ˉ8cm/s之间。沉降速度慢,固结完成所需时间长。而大部分淤泥和淤泥质土地区,由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉砂、细砂、粉土等,故在垂直方向的渗透性比水平方向要小。压缩性高,淤泥和淤泥质的压缩系数a1-2一般为0.7～1.5MPaˉ1,最大达4.5MPaˉ1,且随着土的液限和天然含水量的增大而增高。

抗剪强度低,软土的快剪粘聚力小于10kPa,快剪内摩擦角小于5°,固结快剪的强度略高,凝聚力小于15kPa,内摩擦角小于10°。

软土的灵敏度高,灵敏度一般在2～10之间,有时大于10,并具有显著的流变特性。

1.3 软土地基的技术要求

地基处理超载预压10个月后沉降速率不大于0.168mm/d,才能进行二次填筑,随后才能进行桥涵构造物和路基精加工、路面施工。位移边桩控制每天不大于3mm。斜移管控制在每天不大于5mm。地基处理后剩余沉降量不大于8cm,地基处理后地基承载力不小于100kPa。

2 软土地基常用处理的几种方法

软土地基处治的方法很多,各种方法都有它的适应范围。具体工程的地质条件千变万化,对地基处理的要求不尽一致,而且施工部位采用的机具、当地的材料都会不同,因此必须具体分析,从地基条件、处理要求、处理范围、工程进度、材料机具等方面进行综合考虑,以确定合适的自治方法。

本文以某一级公路K0+000～K4+680段为例,该区段基本为水稻田或鱼塘,地基承载力低,地下水位20cm～70cm,若不加处理或处理不当,往往会发生路基失稳或过量沉陷,导致公路破坏或不能使用。为此,我们采用以下几种方法处理软土地基,效果很好。

2.1 砂垫层

对于一般地段,软土层分布广,地下水位高,路基设计为:自下而上:50cm土垫层+60cm砂垫层+粉煤灰路基(填土路基)+粘土封层。

其中土垫层主要是将原地物地貌调平,砂垫层主要就是将软基中地下水排至路基两侧,以利地基稳定,并且有效防止弹簧现象向上反射。施工时,首先恢复中线,划好路基底面边缘线,进行清理掘除工作(对于小的沟渠,应清除淤泥,回填砂),碾压后即可填筑土垫层,土垫层可分两层填筑,土垫层顶面一定要做好2%～3%的路拱以利排水。

砂垫层最主要的目的是排水,所以宜选用中粗砂,砂的含泥量(小于0.074mm砂粒)不宜大于15%。填筑前,先由测量组精确放出砂垫层的边线,边线宽度应预留路基沉降量,做预宽处理,否则路基沉降后宽度不足,用装满砂的编织袋沿边线排好做成挡砂堤,高度与砂垫层厚同,外侧坡度与设计边坡相同,然后采用自卸汽车按一定间距卸砂,人工配合推土机整平,每2～3m设一检查点测量砂层厚度,松铺系数采用1.10左右,砂垫层一次全幅全厚上齐,顶面设置2%路拱,砂垫层要用水密实,当路基荷载作用在砂垫层上后,砂垫层自动密实并将地下水挤出排走。

2.2 粉喷桩处理

在大中小桥桥头、涵洞及通道处,对地基沉陷有严格要求的部位采用粉喷桩来加固地基,对于粉喷桩钻机来说,钻杆钻头形式优劣关系到成桩质量的好坏以及成桩效率的高低,同时也影响钻盘转矩的大小,所以对钻头应优化设计,使其满足钻速快、喷粉搅拌均匀的要求,此外钻头叶片的形式还应保证反向旋转提升时,对桩体混合土有压密作用,而不使灰土地面翻升而降低桩体质量,影响其密实度。

施工前,首先要施工场地大致整平,根据图纸由测量人员精确放出要处理的软基范围,然后用小竹签等按照梅花型放出每根桩的桩位,间距控制在1.2～1.5m,调试好各种机构设备,并在钻架上标好测深标记。

将钻机对中调平,开动钻机进钻,一般软基或控制每分钟进尽1.5～2.0m,遇到部分稍硬地层可放慢速度并加度后提钻并开支气泵、喷粉搅拌(为增加固化剂沿桩截面分布均匀性,可采用管口喷与叶片相结合的方式施工),同时适当调整喷粉压力,以防堵管或喷粉困难,利用自动称量装置控制供灰量,桩径50cm时,每延米桩长控制供灰不小于45g(不计损耗)。

粉喷桩分为端承桩和摩擦桩,该段施工的大多数是摩擦类桩,摩擦类桩的桩轴力自上而下逐渐减少,最大桩轴力在桩的上部,这类桩由于地表覆盖层缺少必要的压力而易出现不密实或搅拌不均,以致影响桩的整体承载力,所以在钻头施喷完后要对桩上部1/3段重新喷灰复搅,以提高桩上部的承载力。

2.3 塑料排水板

塑料排水板处理软基的原理是利用深插软基的排水板,避免路基外侧地表及地下水进入路基范围,当填筑路基时,荷载作用于软基,地下水由于受挤压和毛细作用沿塑料排水板上升至砂垫层内,由砂垫层向两侧排出,从而提高基底承载力。

塑料排水板要在砂垫层完成后施工,由测量人员测量出需处理的范围,也用小竹签定出每根排水板的具体位置,插板机对中调平,把排水板在钻头安放好,开动打桩机锤打钻杆,将塑料排水板送入设计深度,把钻杆提上来,将地面上的塑料排水板截断,并留有一定富余长度,在塑料排水板四周填砂后即完成本根施工。施工中,一定注意“回带”现象,即虽然钻头打至设计深度,但提升钻杆时,塑料排水板随钻杆提升而上升的现象,此时要采用在钻头用短钢筋头等办法防止“回带”现象。

2.4 换填砂

换填砂垫层是最简单、最古老的软基处理方法,是浅层软土地基的处理方法之一,对于软基面面积少,而且土层薄,比如有些淤泥质土,可利用换填砂(土)排淤,分层换填,同时用人工或机械方法进行压、夯、振动等密实处理。来提高基底承载力。

結束语:

软基处理施工技术难度较大,质量要求高,如掌握不好,极易出现偏差且因其为隐蔽工程。以上介绍的几种公路常用的处理软土地基的方法,还要根据工程施工环境与地质情况、项目等级与工期要求、成本控制等等因素采取不同的处理方案,有时几种方法可以交替或一起使用。目的主要是要保证工程质量,保证工期。

参考文献

[1]陆遥.软土地基处理方法概述[M].2005,2.

[2]李上红.公路工程施工常见地质病害处治.人民交通出版社.2004.4.