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某高速公路工程软路基处理研究

2014-01-08王恩峰邓宝智

城市道桥与防洪 2014年7期
关键词:路堤淤泥软土

王恩峰,邓宝智

(1.浙江省宏途交通建设有限公司 ,浙江杭州 310051;2.长沙理工大学,湖南长沙 410076)

1 工程背景

威海高新区双高公路,拟建路线位于威海市的城阳区。路线起自威海市城阳区内省道白沙河大桥南岸,与仙山西路顺接,沿白沙河南岸展线,在白沙河治理工程的橡胶坝西侧跨越白沙河,路线转向西偏北。其中一段为滨海堆积平原的粉砂淤泥质海岸地貌。其上部是淤泥质粘土,属不良地基土,据其力学特征具有压缩性高,灵敏度高,欠固结,低抗剪强度,广泛分布,较大厚度(平均7.0 m)。该段路路基下面有软土层,大含水量,低强度,属压缩高或压缩性中等软土,均称为软路基路段。上部填土在该软路基路段,将产生路面结构和使用荷载作用下较大沉降。地质性质差,地基的变形及特定要求不能直接满足,加固处理必须进行。本文将针对联合真空堆载预压法在该双高公路工程中的应用进行讨论。

2 软路基研究的必要性

越来越多的公路工程建设在软土地基上。具有高压缩性软土、大含水量、低渗透性、低抗剪强度等特点,具有一定的结构性。压缩变形和剪切变形在附加应力作用下会产生很大沉降,因承载力甚至会破坏。以下问题经常遇到:

(1)地基总沉降大沉降不均匀;

(2)地基沉降达几年,甚至几十年,历时很长;

(3)建筑物地基承载力低,稳定问题会遇到。

为满足设计要求解决上述问题,就必须进行对实际工程中天然地基处理,总投资的比重中约有1/3左右,被地基处理的费用占据。工程质量和施工工期很大地受软基处理方法影响,单位投资和管理的经济效益和社会效益受到直接关系。目前排水固结、复合地基、真空联合预压等方法是软基处理的主要方法。不仅要求高速公路路堤稳定,沉降变形也有很高的要求,目前高速公路软土路基的营运情况中,“桥头跳车”,以及平整度差的问题是工后沉降和不均匀沉降过大造成的,所以有必要针对工程实例进一步进行设计施工检测的分析与研究。

3 淤泥和软土地基处理的选择方案

3.1 相关资料的调查、收集、分析

在处理方案的选择前,应调查、收集有关资料,地质勘察现场施工条件资料要掌握。处理设计软土路基时,相关技术要求如路基强度、沉降、变形、抗液化等应满足,地基处理范围也应得到确定。通常向外放大若干尺寸要按路基底部宽度尺寸,应处理路基轴线方向到软基边缘,使应力在土体中扩散要求得以满足。某地区设计和施工经验的总结往往是该地区常用处理路基的方法,材料来源、机具、工期、造价和效果综合体现出来,所以,应重视软弱路基上类似地基处理的经验。

3.2 确定淤泥和软土路基处理方案

3.2.1 初步选定路基处理方案

初步选定对周围环境有影响的工程规模及结构类型、使用要求、材料情况、施工条件、造价等因素,根据路基地质条件,选择几种可供考虑的路基处理方案。勘察工作提供的资料通常仅作一般性的对软土描述,而土的物理力学组成状况及其性质指标却没有提供。如厚度较大的软弱土体,已明显不经济,不允许开挖换土,对此,必须考虑不同的处理方法。在方案确定时,必须明确地了解硬性杂质在软土中的含量和埋深。对于软土地段由于湖塘沉积而形成,水泥土搅拌桩的强度显著地受到其淤泥质粘土的含量和有机质含量的影响,因此最薄弱层的含水量软土中和有机质含量等必须查明其物理性指标。在相当深度范围的软土地段土质疏松并且有较多的空隙,很难密封真空预压。用压力注浆的地基处理施工方法,搅拌桩、旋喷桩、注浆和树根桩等对水泥混凝土,浆液或水泥干粉的用量会受到地层中空隙的存在的影响,也会无法保证质量,严重时会因浆液的漏失而受损。

3.2.2 比较初步选定方案的技术经济

对几种初步选定的路基处理方法,分别从各种因素如预期处理效果、材料来源、消耗、造价、施工进度,以及对周围环境的影响等,分析和对比技术经济,最佳的处理路基方案从中选择。此外,路基处理方案在选择时,同时上部填筑路堤的整体性和刚度应考虑加强,有时两种路基处理方法可能综合到一个方案。路基容许承载力在真空预压加固后可高达130 kPa。采取碎石桩,可使得路基容许承载力大约提高到200 kPa,从而承载力较高的超高路堤填方地段设计要求可得到满足。有时在处理的路基内先打设塑料排水带,可以减少软土路基内孔隙水压力,排水的历程得到加快,这样效果会更好。有时塑料排水带被碎石桩代替,发挥碎石桩较好的抗剪强度作用,可以防止预压堆载场地变形,减少相邻建筑物稳定受到的影响。工程实践表明,路基整体性和刚度加强的方法,能使得路基的不均匀变形减少。因此对需进行地基处理的工程,按有关规范的规定,加强上部结构的刚度和强度,从而产生显著的效果。

3.2.3 现场实体试验选定方案

在具代表性路段,对路基处理已选定的方案,进行现场实体试验。比如:机械设备调试,施工工艺、各项施工参数如用料及配合比等的确定,加固设计预期的参数效果的检验,总之,要创造顺利条件给今后施工,从而加快工程建设进度。为检验路基处理效果,经常在结束路基施工处理后,根据地质不同的条件,时效的作用考虑,再进行检验须经一定时间的休整恢复。因为加固路基后,往往需有一定的时间,其复合地基的强度和模量才能得到提高,且在一定的时间内强度和模量会随时间的延长而不断地增长。因此,应尽量提早安排路基施工处理,并确保路基的稳定性和安全度。对被加固的软弱路基在处理路基前、施工中和施工后,一般都要进行现场勘探和测试,有钻孔取样、十字板试验、荷载试验等检验勘探方法。有时试验需要采用多种手段,评价路基处理的综合效果。见表1所列和图1~图4所示。

表1 指数拟合得到的曲线参数一览表

图1 DK176+800—DK177+200拟合曲线图

图2 DK178+585—DK179+050拟合曲线图

图3 DK185+300拟合曲线

图4 DK187+450拟合曲线

4 常用加固淤泥和软土路基基底的方法

(1)换填法:厚度小于2 m的淤泥及软土,可全部挖除淤泥、软土,在渗水性强的土层上换填路堤筑于基底,在路基施工范围内。

(2)强夯法:强夯法处理的效果对于粘土或淤泥质土和饱和度较高的路基不明显,但强夯置换法,在夯坑内回填块石、碎石、砂或其他颗粒材料,通过夯击排开软土,从而在地基中形成块,近年来国内相继得到采用。

(3)抛石挤淤法:淤泥在厚度小于3 m呈流动状态,表面无硬壳,石料易得时,排水困难,一定数量的石料可从路基中部向两侧抛投,挤出淤泥到路基范围以外,路基强度得到提高,所用不易风化尺寸一般不小于0.3 m的石料宜采用的大块石。

(4)反压护道法:当超过极限高度的1.5倍路堤高度时,通过反压护道使路堤下的淤泥或软土趋于稳定,护道一般可采其高度为路堤高度的0.3到0.5倍的用单级形式。

(5)砂垫层法:可在软土路基顶面铺设0.6 m到1 m厚砂垫层,在软土地区路堤高度小于两倍极限高度时,一个排水面形成,路面底部的排水得到促进,路基强度与稳定性得到提高。

5 结语

在施工淤泥及软弱地基处理的过程中,对软弱路基的各种特性、路基允许值必须充分得到了解,经过技术经济认真细致的比较,处理方案制订出来,加强施工中质量控制,管理措施要制定,及时发现问题,修正方案,确保工程质量符合规范要求和设计标准。

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