浅议软土地基的处理

余安闽

【摘 要】就软土地基给公路工程带来的危害进行了分析,介绍了喷粉桩法在软土路基施工中的运用,详细阐述了喷粉桩法的施工工艺、施工特点。

【关键词】软土 软土地基施工 喷粉桩法

1 引言

在我国沿江、沿湖、沿海等处广泛分布着软土,而这些地区一般又是经济发达地区,对公路交通需要迫切,尤其要发展高速公路。因而在高路堤、大型桥梁,大量的涵洞、通道处软土都给它们带来不同程度的危害。如路基的滑移,开裂,路面起伏不平,桥涵通道等人工构造物处的跳车颠簸……而使这些地区的公路建设者感到非常棘手,要花大量人力、物力、财力和时间,去进行勘察、测试、设计、科研和施工。若处理不好将会带来极大的资源浪费。

2 软土及软土地基

2.1软土

软土是指滨海、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。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。

2.2软土地基

我国公路行业规范对软土地基未作定义。日本高等级公路设计规范将其定义为:主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。日本规范还对软土地基做了分类,提出了类型概略判断标准。在给出软土地基定义时指出:软土地基不能简单地只按地基条件确定,因填方形状及施工状况而异,有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上,判断是否应按软土地基处理。

3 软土地基在公路工程中造成的危害

(1)勘察设计不详细或不准确,导致对应该作软基处理的地段未作处理设计,此类工例不少,世界银行贷款项目也存在此类现象。

(2)已知是软土地基,但是未做好软土地基处理,造成路堤失稳或危及线外建筑物。工例有:汕头磊口大桥引道。由于高填土引起线外土地隆起,民房受损。路基难以稳定,只好增加桥梁长度,建成后一段时间,仍然出现锥坡不均匀下沉,又做了处理,现已改建新桥。

(3)虽然作了软土地基处理,但是措施不力,施工不当造成路堤失稳。珠海南屏桥引道,经开挖分析,原因是地质资料不准确,填土速度过快,后加的反压护道又阻塞了砂垫层的排水通道。最后采取了挖深边沟排水(挖边沟时,原路堤底有大量的水流出),用袋装砂并(原先的砂并是无袋砂并)和捕土工布进行修复。

(4)堆料不当,未按规定分层填筑,填土过快,碾压不当,造成路堤失稳。新会虎坑、大洞桥的引道,主要原因是堆料不当,未按规定分层填筑,也未作施工观测,填土过快,碾压不当。末作加固处理但按规定施工的路段,虽然后来沉降较大,但没有发生破坏。

(5)扰动“硬壳层”或填筑不当,使“硬壳层”遭受破坏,导致路堤失稳。软土地基上往往有一层强度比软土高的土层,被称为“硬壳层”。“硬壳层”可以起到承重和扩散应力作用,利用好“硬壳层”对于减少工程投资是有意义的。但若对“硬壳层”的勘察、利用工作做得不好,则达不到顶预想的效果。

(6)由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用,引起桥台发生变位以至损坏。主要问题是:台背填土引起桥台向桥跨方向发生水平变位;先做桥台,后做锥坡及台背填土;锥坡没有按设计图纸做足,台背填土时把轻型桥台推坏;由于负摩擦力作用,引起桥台下沉。

4 喷粉桩法在软土路基施工中的应用

4.1目前我国软土地基处理的现状

在我国高等级公路的软土地基处理中,常用的方法主要有粉喷桩、砂垫层法、竖向排水法(袋装砂并、塑料排水板)、加铺土工织物(土工布、土工格栅)、碎石桩、砂桩、深层搅拌、强夯等。采用最多的是砂垫层+袋装砂井(或塑料排水板)土工布的处理办法,可以得到比较经济且效果较佳的结果。

4.2粉体搅拌桩在软土地基处理中的应用

4.2.1粉体搅拌法

粉体搅拌法(简称粉喷法),是用特制的设备和机具,将加固剂粉体材料(水泥或石灰)通过压缩空气的传送,与地基土强行拌和,使之产生充分的物理、化学反应后,形成一定强度的桩体(简称粉喷桩)。这是一种改善土质,提高地基强度的软土地基加固方法,可以广泛地适用于淤泥质土,杂填土,软粘土等地基加固。

4.2.2水泥加固土物理力学特性

物理性质。容量:水泥与土搅拌后,基容量变化不大,仅比原土的容量增加5%;含水量:水泥加固土含水量略低于原土的含水量,约减少3%-7%.

水泥土力学性质。水泥加固土的抗压强度,工程施工中一般采用 a=7-15%为宜;水泥加固土的强度随龄期增长而增长,早期强度增长较快,7d龄期强度可达28d龄期强度的60%,一般情况下,龄期超过28d后,强度仍有明显增加,3个月龄期强度可达到0.3-2.0MPa.

水泥加固土的抗拉强度。经试验,当水泥土的抗压强度在300-4000kPa时,抗拉强度为抗压强度的15%.

4.2.3粉喷法加固软土地基的特点

粉喷法加固软土地基,是一项新的工艺,与其它软土加固方法相比,具有较多突出之处;原理科学、费用低廉。加固成本低,每米材料成本费仅10元左右;桩身质量好;地基加固后无附加荷载。干法施工。施工不需要水源,不需要排污,场地干净;桩体强度高。

4.2.4施工工艺

(1)施工程序。放桩位——钻机就位——调平——送风——钻至设计深度——送粉——提升搅拌——提升至地平——停粉——复搅1/3桩长——提升至地平——停风——钻机移动——重复循环。

(2)施工中注意事项

①明确设计要求,了解地基的地质情况。

②开工前先打试验桩,根据不同的地质条件,合理选择钻机的档位,确定喷粉机压力和喷粉量。

③严格控制钻孔深度,喷灰时间及停灰时间,确保粉喷桩桩长,成桩应打入持力层50cm严禁在末钻至设计深度及未喷灰的情况下钻机提升作业。

④定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度,对使用的钻头必须随时检查,其钻头磨损量不得大于l厘米。

⑤喷灰机必须配有水泥计量装置,施工中及时记录水泥的瞬时喷入量和累计喷入量。

⑥桩身上部1/3桩长范围内,施工中应严格进行重复搅拌,使水泥和土充分拌和,提高上部桩身强度,使之符合荷载的传递规律。

⑦为防止水泥飞扬造成污染,当钻头提升到地面以下0.5米时,喷灰机应停止喷灰,并使钻机迅速换档下钻,上部0.5米范圍内用人工回填粘土并压实。

⑧施工中应认真填写原始记录。为保证机械设备完好及人身安全,严禁违章操作。