公路施工中软土地基处理技术分析及其应用

2010-08-15尹志钢

山西建筑 2010年5期

尹志钢

随着经济和社会生活各个方面的快速发展,国内高等级公路的建设也处在飞速发展的阶段。随着公路等级设计要求的提高,对路况指标的选用也随之提高,从而不可避免地带来公路路基穿过软土地区的情况。因此,在软地基上修筑路基已非常普通[1-4]。对公路软地基的成功处理,往往也成为提高建设速度、确保工程质量、降低工程造价十分重要的措施之一。软路基由于其强度低、固结慢、变形大,因此在软地基未能很好处理就修筑路基,由地基沉降或差异沉降过大将产生如下问题[1-6]:

1)路堤产生侧向整体滑动,边坡外侧发生土体隆起。

2)路堤衔接处经常发生沉降。

3)如果路堤变形,会使得路面破坏。

因此,在软土地基上建造建筑物或是进行路基施工,都要求对软地基进行处理。其处理的目的主要是改善地基土的工程性质,达到满足建筑物对地基稳定和变形的要求,包括改善地基土的变形特性和渗透性,提高其抗剪强度和抗液化能力,消除其他不利的影响[3,5]。基于此研究背景,本文提出并进行公路软地基处理方法及技术分析,旨在综合分析已有的公路软地基处理方法及其技术,并结合实际施工中的地基处理施工技术及过程,对软地基处理的注意事项进行深入分析,研究过程将为相关方法和技术的工程应用提供必要的理论指导。

1 公路软地基处理方法的发展及应用现状的综合分析

1.1 软地基处理方法的发展

各种软地基处理技术的发展是伴随着土木工程的各个方面的发展而发展,由此也带来了巨大的社会和经济效益。近些年来,我国逐步发展了符合国内地质状况的具体工程地质条件的软土地基处理方法,同时加大了对国外先进的软土地基处理方法及其技术的引进。例如,从国外引进和发展了强夯置换法、深层搅拌法、振冲法、高压喷射注浆法、土工合成材料、强夯法、EPS超轻质填料法等许多地基处理技术[1-6]。其中的很多方法和技术已经在国内的某些地区得到具体的应用,如砂桩法、土桩和灰土桩法、排水固结法等,同时也得到长足的发展和提高;此外在工程实践中也不断发展了许多新的地基处理技术,如真空预压法、刚性桩复合地基法、孔内夯扩碎石桩法、低强度桩复合地基法、锚杆静压桩法等等。

1.2 软地基处理技术的应用现状综合分析

1)强夯法和强夯置换法。我国于20世纪60年代引进强夯法,首先由法国Menard技术公司提出并使用。我国于20世纪80年代引进,交通部第一航务工程局科研所及协作单位在天津首先开展试验研究。由于设备简单、效果显著、经济和施工快,很快得到推广[1]。除强夯挤密外,近年来,强夯置换得到不少应用。强夯置换和强夯挤密在加固机理上是不同的,应用范围也不相同,强夯挤密法一般用来加固碎石土、砂土、低饱和度的杂填土、黏性土、湿陷性黄土、素填土等各类地基。对于饱和度较高的黏性土等地基,如有工程经验或试验证明采用强夯法有加固效果的也可采用。通常认为强夯挤密法只适用于塑性指数 Ip≤10的土。对于设置有竖向排水系统的软黏土地基,是否适用强夯法处理目前尚有不同看法。对于厚度小于6 m的软黏土层采用强夯置换法处理,边夯边填碎石等粗粒形成深度为3 m～6 m,直径2 m左右的碎石桩体与周围土体形成复合地基,也已取得较好的加固效果。强夯造成的振动、噪声等公害也应引起足够的重视。

2)排水固结法(静力排水固结法)。排水固结法又称预压法,适用于淤泥质土、淤泥、冲填土等饱和黏性土地基。饱和软黏土在荷载作用下,土的孔隙比减小,孔隙中水逐渐被挤出,当超静孔隙水压力消散,有效应力将会提高,土的强度随之增加。袋装砂井和塑料排水带的长细比大,井阻影响得到人们的重视。近些年来非理想井的固结理论及其工程技术已经得到长足的发展,真空—堆联合预压法先后在上海、广州、福州和天津等地得到应用。到目前为止,学术界对真空预压法的有效加固深度看法不一[3,6]。有的学者认为真正的有效深度在6 m以内,有的则认为可达20 m,甚至更深。真空预压的有效深度需进一步研究。

3)深层搅拌法。通过特制机械沿深度将固化剂与地基土强制搅拌就地成桩加固地基的方法是深层搅拌法,当固化剂(水泥或石灰)为粉体时又称为粉体喷射搅拌法[4]。深层搅拌法适用于处理淤泥、淤泥质土和含水量较高的地基及承载力特征值不大于120 kPa的黏性土、粉土等软土地基。

4)高压喷射注浆法。高压喷射注浆法是将带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定深度,以高压喷射流使固化浆液与土体混合,凝固硬化加固地基土体的方法。它适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。高压喷射注浆法在意大利、日本和联邦德国得到较快的发展,意大利Radio公司还开发了可同时在钻进中检测地层土质、机器控制和自动调节设计浆量并收集反馈信息的机械,国内也很重视并已进行过一些探索性试验[2,4]。

5)加筋地基。加筋地基方法在施工过程中将基础地基下一定范围内的软弱土层剔除,然后逐层铺设土工合成材料与砂石等组成的加筋垫层来做地基持力层。土工合成材料作为新型的岩土工程施工材料,是岩土工程应用的合成材料产品类型的统称。当埋设方式和数量满足一定的工程要求时,就可以极大地改善地基承载力。

6)静动力排水固结法。静动力排水固结法是近些年来发展起来的一种软土地基处理新技术,它利用改进的强夯法的夯击机具与排水固结法中排水体系,针对包括高含水量的软黏土地基进行处理。该法最早在深圳、惠州、海南等地针对不同的建(构)筑物的软土地基进行了大量的工程实践及监测测试,取得了成功,积累了丰富的经验,之后得到了逐步的推广运用。

2 软地基处理方法及技术应用时应考虑的因素

2.1 地基状况

1)土质条件的影响。黏性土:一般采用的方法是压实法。在施工中采取的处理方法对地基的扰动必须尽量小。砂性土:采用挤实砂桩法或振动压实法对可能发生液化的砂性土进行改善,这主要是因为黏土一经扰动,强度降低很多。

2)地基构成情况。在软土层较浅的情况下,需要进行简单的表层处理。重要的构造物基础常用开挖换填法。若软土层较厚,应使用其他方法配合表层处理法,具体分析如下:夹有砂层且厚度较薄(5 m～6 m以下)的软土层,采用表层处理法、荷载压重法等,即使是7 cm的砂层也是有效排水层,在土质调查中不要遗漏[5]。软土层厚且无砂层的情况,因排水距离长,因此固结沉降需较长的时间,同时强度也将增长。

2.2 公路等级要求的道路性质

1)对于设计要求的公路道路等级越高,平整度要求也越高,越需要采取强而有力的软地基沉降处理措施。反之,公路等级较低时,可先铺简易公路路面,等待地基沉降结束后,再铺常规的公路路面以达到节约资金的目的。

2)公路道路的形状。路堤的设计宽度与高度也是选择处理方法时要考虑的重要原因。一般来说,采用换填法时,对于宽而低的路堤容易出现局部破坏的现象;在设计高度大而稳定性不足的情况下,采用压重法将受到较大的限制;此外设计的路堤越宽越高,则地基产生压力的底部将越深,而引起深处黏土层沉降也越大。

2.3 公路施工的周围环境

1)公路施工中对周围环境的影响,如处理地基时的振动、噪声及地下水的变化和多余的泥水散落等,因此在选择软地基施工方法时必须详细的加以考虑。

2)对于路堤高度较高而地基特别软弱的情况:在施工过程中,周围地基可能会经常发生大的隆起或沉降。因此,假如在路堤坡脚附近有民房和重要建筑物时,应充分考虑多方因素以减小总沉降量,同时控制剪切变形[5]。如果工程中不能采用这类方法实现目的,应考虑事先对可能受影响的建筑物或者民房加以保护,否则应考虑以高架桥梁代替路堤的方法。