公路液化地基处理原则与方法

2021-11-08李翻翻

建筑与装饰 2021年27期

李翻翻

安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽合肥 230088

引言

我国地域辽阔，部分地区处于板块交界处，地震灾害频发，对我国的公路工程安全造成了巨大的负面影响。地震灾害发生时会出现公路塌陷、开裂、不均匀下沉等问题，这些现象主要是由于地基液化而引起，因此必须要加强对于公路液化地基处理原则和方法的研究，了解公路地基液化的实际危害，做到“对症下药”，提高公路地基建设的水平，为日后的公路工程建设提供更多依据。

1 地基土液化的危害与可能性

1.1 地基土液化的危害

地基土产生液化现象，主要是因为地震时饱和状态下的砂土和粉土产生振动，会逐渐脱离饱和状态，进入悬浮状态，地基土本身的抗剪能力就会下降[1]；等到土的抗剪强度下降至零时，地基土就会变为水土混合物，进入液化状态。地基土液化带来的危害是多种多样的，对于公路工程造成的影响也是多方面的。对于公路工程本身，首先地基土液化会导致公路路面下沉、倾斜甚至倒塌等现象，这是因为液化后的地基结构发生了变化，地基中砂土和粉土的抗剪能力下降，无法继续支撑路面，最终造成路面坍塌。其次，地基土液化也会为公路周边地区带来一系列影响。如果地基在不稳定的情况下发生液化，很可能会导致水土混合物外泄，影响周边环境，例如水土混合物很有可能淹没周边农田、堵塞其他公路；此外，地基土液化导致的路面塌陷也可能会导致河堤产生裂缝、桥梁断裂等严重的问题，很容易为周边的生产生活工作带来巨大的损失。地基土液化的危害巨大且多样，想要解决这一问题必须首先要对其有一定认识。

1.2 地基土液化的可能性判断

地基土液化可能性的判断方法主要为二步法。二步法分为初判与细判，分两个阶段对地基土的液化可能性进行探查，以方便提前做好预防措施。在初判阶段，主要是对地质、地下水位、土层厚度等判断此处土层发生液化的可能性。例如，某区域地质年代处于第四季晚更新世之前，一般来说液化可能性几乎为零，可以不用考虑液化风险。公路液化可能性的细判步骤则是主要根据《建筑抗震设计规范》和《公路工程抗震设计规范》等文件的具体要求，对地基选取位置的土壤程度进行进一步判断，要对初判阶段需要测量的各项指标进行更进一步的细节考察，避免出现细节上的误差。

例如在进行黏粒的含量研究时，必须要尽可能精确百分比数值，以保证科研对土层液化可能性有一个更加准确的判断[2]。地基土液化的可能性判断工作对于其液化地基的后期处理工作具有十分重要的作用，可以方便液化地基处理方案的提前制定，加强地基液化的处理能力。

2 公路液化地基处理原则

2.1 公路液化地基处理的特点

要明确公路液化地基处理的原则，首先要了解公路液化地基处理工作的特点。公路建设工程与普通的建筑工程有较大的差别，首先工程范围为线形，所占面积较大，施工量也更大；其次工期较长，且施工全部在室外环境中进行，相比其他大型建筑工程更容易受到自然环境变化等客观条件的影响，全局掌握工作更加困难，因此液化地基处理方法也与一般的建筑工程有所不同，想要严格明确和遵守公路液化地基处理工作的原则，就必须要了解这些不同之处，使公路液化地基处理工作与公路建筑特点相适应。一般来说，公路的沿线基础数量和类型都比较多因此对于地基处理工作的要求也不尽相同，因此公路地基处理工作首先具有多样化的特点，要求该工作在进行时充分考虑到不同地区的地质特点，采取针对性的地基处理方法。例如，在某堤高变化大的公路地段，有关人员就应当考虑到地基在该地段的变形要求，采取适合地形变化大地区的液化地基处理方法。另一方面，公路沿线的环境变化较大，常常会有其他建筑物存在，这就使公路液化地基处理工作还具有严谨性的特点。公路液化地基处理工作必须要考虑到周边已存在建筑物对于公路工程的影响，严谨地规划施工顺序和施工方法，尽可能减少公路与其他建筑之间的互相影响程度。最后，公路液化地基处理工作在质检方面还具有量大面广的特点，因此在进行质检工作时需要采用更加经济、高效的检测手段，常规的质检方法往往会受到一定限制。公路液化地基处理工作的特点较为独特，与一般建筑工程问题处理方法有所不同，因此需要避免使用传统的建筑工程问题处理思维，对公路液化地基处理问题具有全新的认识。

2.2 公路液化地基处理的原则

在确定公路液化地基的处理原则之前，首先要充分考虑到地基土液化危害和可能性的研究成果，根据地基的具体特点进行处理方案的制定。根据《公路工程抗震设计规范》的规定，公路地基的液化程度主要可以分为三个等级，分别为轻微、中等和严重。不同等级的公路地基处理原则具体见表1。

表1 公路地基液化措施原则

表中A表示最高级别的液化消除措施，B表示对于基础结构和部分上部结构进行基础的液化消除措施，C则表示仅对部分区域的液化现象做简单处理。由表可知，对于不同程度的地基液化现象要使用不同的液化地基处理原则。对于特大桥、大桥和立交跨线桥来说，问题的发生往往牵一发而动全身；另一方面，桥梁倒塌带来的安全问题和经济损失也更加重大，因此即使公路地基知识出现了轻微液化现象，也要按照B级处理原则，排查基础结构当中的液化现象，如果桥梁公路地基液化现象更为严重，则要遵循更高等级的液化地基处理原则进行处理工作。对于中小桥洞、通道和堤高较高的普通路段，可以不对轻微液化现象做处理，但要严格关注地基液化现象的变化情况，一旦发生较为严重的液化现象则要改变处理原则。最后，对于堤高不高的一般路段，则可以尽量放宽液化地基处理标准，缩小地基处理范围，减少地基处理上的消耗。公路液化地基处理原则最重要的就是因地制宜，不宜过于死板，否则将影响公路建设的质量。

3 公路液化地基的处理方法

3.1 强夯法

强夯法的主要工作原理为通过重锤对土体进行冲击，强制对土体进行压缩，增强土体的密实性，和稳定性，最终稳固地基[3]。一般来说使用强夯法首先需要选用好合适的施工机械，一般来说大吨位的吊机移动方便，且打击夯点的效率也更高，例如起重能力为50吨的铸铁夯锤就可以在地基强夯工作中发挥出一定效果。在强夯工作进行过程中，首先要做好场地的清理工作；其次要做好夯点的选择工作，通过使用石灰做好夯点的测量和标注；接着要对每个夯点进行主夯、副夯和满夯，最终完成强夯工作。此外还要做好强夯工作的施工管理，对于各个参与工作的机械设备、各个夯点的位置都进行编号和记录，方便后期统一管理；同时也要做好各项文件与证件的申请，保证强夯工作合理合法。强夯法的优点是对地基的处理面积大，处理效率高，且操作方便，适合大面积公路工程地基夯实工作；缺点是对周围环境的影响也比较大，必须要保证公路周边没有住户和其他建筑存在。强夯法是公路液化地基处理方法中较为主要的一项，目前已被大范围应用。

3.2 碎石桩法

碎石桩法的主要工作原理为分两次对地基土体进行挤密工作，其中第一次通过重锤冲击事先准备好的孔洞，使桩体周围的土体得到挤密；第二次要在空中装入碎石，再次通过重锤自由落体，将碎石冲击进公路地基当中，再一次增强地基土地的密度。这种液化地基处理方法比较适合以砂质土作为主要材料的公路地基，可以有效解决砂质土结构松散的问题，大大提高地基的承压能力，减少公路变形问题的发生。在设计碎石桩液化地基处理工作时，首先要做好桩体的布置，要保证桩基构造与桩体之间的距离至少达到30米；还要保证桩体布置结构为正三角形，不同桩体之间的距离可以按照桥头到路基的方向逐渐增加，但最大不宜超过2米。其次，也要做好对碎石材料的选择，尽可能选用尚未风化、表面比较干净的碎石，保证碎石的坚固稳定；碎石的单个直径最小不宜小于2cm，最大不宜超过5cm，且含泥量也需要得到控制，这是因为泥质较为松软，无法满足地基稳定坚固的要求，容易增大地基液化的概率。

3.3 换填法

相较上述两种液化地基处理方法，换填法的应用面较窄，但仍然具有一定的效果。换填法的主要原理为将公路地基中浅层范围内的软弱土层去除，再使用硬质材料进行填充，例如碎石、卵石、灰土、煤渣等，再使用机械或人工手段对其进行装填和压实，优化公路地基的质量。该种方法由于操作较为具体，其准确性和稳定性具有一定保障，且可以对于一些特殊土进行有效处理；但由于其只能作用于地基的浅层范围，对于地基深层液化的问题处理能力不强，应用范围受到了一定程度的限制，因此仍然具有一定的局限性。但换填法仍然可以在部分条件特殊的公路地基中发挥出重要作用，具有一定的应用价值。