软土路基加固设计应用探讨

2011-08-15王大智

黑龙江交通科技 2011年5期

关键词：石料格栅土工

王大智

(河北省唐山市交通勘察设计院有限公司)

1 软土地基的路堤设计的要求

1.1 软土路基加固设计需满足的步骤

(1)要满足沉降指标:城市道路参照上述规范的一级公路标准，一般路段的容许工后沉降控制在≤0.3m。

(2)稳定安全系数指标满足K＞1.25。

(3)提出软土路基施工和材料要求，各种处治措施的适用条件等。

(4)满足沉降与稳定要求的路基施工速度及工期。

(5)路基压实度的规定。

1.2 计算结果

采用理正软土地基路堤设计软件，计算得到:

路基地基沉降=0.203(m);

工后沉降基准期(180个月)结束时，地基沉降=0.428(m);

路面竣工后，基准期内的残余沉降=0.225(m);

最终地基总沉降=1.200×0.428=0.514(m)。

2 路基处理方法的确定

由于场地地质属于较为典型的软土地基，其中最典型的软土土层是淤泥质粘土，但其层厚不到2m，相对海边的软土层较薄。淤泥及淤泥质粘土天然含水量高、空隙比大、压缩性高、工程性质较差等特征，属高压缩性土，易造成路基的不均匀沉降，影响路基稳定，必须进行路基加固处理。

目前公路建设中的软土路基处理方法较多，例如深层搅拌法、砂石桩、真空预压法、袋装砂井排水法、各种土工聚合物的应用等方法等，但在城市道路建设中，有许多的地下管网要与路基同时进行施工，尤其是新建的城市道路，地下往往布设了多种不同深度的管线，因此在考虑路基加固设计时就要兼顾管线的施工。在研讨中，专家们提出可采用袋装砂井予压进行处理，这种方法不仅可行，而且是一种相对比较稳妥的处理措施，但是对于像该道路这样的大面积、城市道路软土路基的处理，就有砂井予压时间长、造价较高等缺点，不能满足新城开发建设的需要;在进行了多次研讨后，通过工程造价、施工难易程度、工期等的综合比较，初步选定了采用浅层换填法进行该段软土路基处理，但真正适用于本场地、又经济、有效的软土路基加固措施，还没有太多的经验可以借鉴。因此，在建设方的倡导下，在先期施工的道路建设中做了四个试验段，通过施工效果的对比，得出了切实可行的、经济、适合本场地的软土路基加固方法，为以后的道路建设奠定了坚实的基础。

3 软土路基加固设计及试验结果

3.1 竹笆的材料要求及受力分析

材料要求:采用新鲜的竹片绑扎制作，一般的竹条规格为2×0.02×0.06(长×宽×厚)，不应选用破损、腐烂、变质的竹片，绑扎好的竹笆铺筑两层，纵横向各一层，并将两层进行牢固连接，横向连接宽度不小于30cm，铺筑时，每侧宽同路基下坡脚外2m。在其上铺一层复合土工布或聚丙烯土工格栅，上填60cm混渣或山皮土，土工布或聚丙烯土工格栅反包2m、固定，加强混碴或山皮土的整体稳定性，形成路基施工作业的承托层。

受力分析:当石料与淤泥质软土层直接接触时，软土表面在施工机械的荷载和施工硬料卸车时的冲击力作用下受到扰动和破坏，承载力降低，会引起局部的沉降和变形，并向两侧推移、隆起，路基出现失稳现象。而将两层竹笆(纵横向各一层)铺在淤泥质软土表面，利用竹笆片本身具有的较好的刚度弯曲，抗拉的性能，可以在淤泥质软土表面形成一个工作面，在上面铺一层土工格栅，再填60cm左右的混渣，并将土工格栅反包，与加铺的石料层共同形成一个相对稳定的整体，再在其上填山皮土。利用竹笆层将软土层与石料分开后，可以防止石料直接扰动软土地基、防止荷载作用下的沉陷变形、防止石料沉入软土中，同时可节省大量的石料。经现场试验观察，竹笆层可以满足路基施工中的填料自重和施工机械荷载作用下产生弯矩和剪力的要求，保证路基施工中稳定和工后沉降的均匀。

3.2 土工格栅的材料要求及作用分析

(1)材料要求。采用双向拉伸聚丙烯土工格栅，其性能要求如下:每延米纵向(横向)拉伸屈服强度:≥50kN/m。

(2)伸长率。8％～13％，节点强度不低于筋体强度的70％。

(3)作用分析。

①加筋作用。

土工格栅具有很高的抗拉强度、柔性、延展性和高抗疲劳性能，它还有很强的抗土壤和地下水的化学腐蚀性、耐霉性等特点。由于网眼的作用，它与颗粒材料间的连锁能力很强，并能制约颗粒材料的横向移动。因此，在软弱地基上，就可以大大分散作用于软基上的荷载反力，其与材料间的嵌锁作用和很大的界面摩阻力，共同形成了很高的抗拉强度和抗剪强度，起到了加筋材料的作用，大大提高了加筋体的强度。

②压实作用。

同时，土工格栅使得荷载的分布范围扩大，从而减少了路堤的整体下沉，当受力区范围的材料被挤压而产生向侧面滑移时，由于格栅的约束作用使土工格栅与石料间产生的剪切阻力，限制了土的横向移动，从而提高了路基的压实作用。

③抗变形作用。

当非均布的荷载作用于路基上时，土工格栅会通过网孔相应产生变形，将其均匀传递、消散开，因此土工格栅还起到了非常强的抗变形作用。

3.3 山皮土的材料要求和作用

(1)材料要求。

山皮土的填筑及压实，参考以往工程经验，要求如下:

设H是实Hilbert空间，范数和内积分别为||·||，＜·，·＞设g:H→H是单值映射，()是单值映射Ni:H→H(i=1，2)；是集值映射，A，B:H→C(H)其中C(H)表示H的所有非空有界闭子集族，设泛函关于变量是真凸下半连续，次可微的，且其中表示 φ 的次微分[4，5，6，9]。

山皮土中石料含量超过70％时，应先铺填大块石料，且大面向下，放置平稳，再铺小块石料、石渣或石屑嵌缝找平，然后碾压;当石料含量小于70％时，土石可混合铺填，但应避免硬质石块集中。

(2)作用分析。

山皮土具有很好的水稳定性和抗剪切强度，可以达到对路基填料的CBR的要求，同时具有抗水浸泡的优点，在地下水位较高的城市道路的路基处理中，起着非常重要的作用。

3.4 生石灰处治土

主要是利用生石灰加入土中经拌和后，使土的塑限增加，大大降低了土的塑性指数，使土粒变脆，使土的和易性、强度、抗水性等得到明显改善。同时可使土的体积变化明显减小，部分消除土的膨胀作用。通过石灰与粘土的离子交换作用和物理化学反应，使粘土颗粒絮凝，生成晶体氢氧化钙、碳酸钙和含水硅酸钙等胶结构，这些胶结构逐渐由凝胶状态向晶体状态转化，形成了具有足够的机械、水力性能并能满足一定使用要求的混合料;而且这些性能不会随风化作用而显著变化。以养生后，强度形成得好的石灰处治土的板体性很好，在路床顶面形成了一个人工的硬壳层，由于石灰土结构层的整体性和板体作用，使得石灰土层下面的湿软土基不能像压挤入多孔隙的集料层那样压挤入石灰土层，大大地提高了路基的承载能力。

3.5 试验结果

在完成以上试验段的施工后，又经过7d的洒水养护后，对各段路床顶面进行了弯沉试验，试验结果为123.9(1/100mm)、136.1(1/100mm)、190(1/100mm)、164.3(1/100mm)，其压实度基本在90％～93.5％，达到了设计要求。

4 沉降观测

4.1 路基填筑

4.2 观测项目和方法

(1)路基表面沉降观测:观测路基的地表沉降速率和总沉降，控制填土速率和高度，推算路基的残余沉降;(2)水平位移观测:观测路基水平位移，确定路基的填筑速率;

4.3 观测成果与分析

(1)沉降观测结果及分析。

通过以上观测结果得出:先期，随着填土高度的不断升高，各测点的沉降量逐渐增加，当达到设计高度时，累计最大沉降量为12.5cm(S3点)，平均沉降速率为1.39mm/d。中期，沉降量继续小幅度增加，累计最大沉降量为18.9cm(S3点)，平均沉降速率为0.53mm/d。后期，各测点的沉降逐渐趋于稳定状态，沉降速率明显减小，累计最大沉降量为19.6cm(S3点)，平均沉降速率为0.12mm/d，沉降趋于稳定。

(2)水平位移观测结果与分析。

通过水平位移观测结果得出:填土期间，随着填土高度的不断升高，各测点的水平位移变化逐渐增加，当达到设计高度时，累计最大水平位移量为43mm(A4点)，位移速率为0.48mm/d。填土后期，各测点的水平位移变化速率逐渐减小并呈收敛趋势。