综合处理软土方法在特殊路基设计中的应用
2023-01-08孟金磊
孟金磊
(中交远洲交通科技集团有限公司,河北 石家庄 050000)
0 引言
当前的公路施工中,经常会出现软基问题且软基情况极其复杂。因此,在公路路基建设阶段,施工单位需结合工程地的地质情况,综合设计软基的处理方案,并根据方案设计的处理方法开展处理工作,以保证路基的承载能力达到预期设计效果。
1 工程概况
某公路工程位于我国平原地带,工程属于我国南北干线的核心组成部分,该公路施工场地周围地形条件极其复杂,包括农田、河流、黄土区等,经前期勘察得知工程多路段路基区域软基问题普遍存在,最深的软基深度可达18.6m 且软基情况十分复杂,包括湿陷性黄土、淤泥土、淤泥质黏土等,为确保软基的处理效果,决定采取综合软基处理方法开展设计与施工。
2 特殊路基设计中综合处理软土方法
2.1 特殊路基中软基处理设计
2.1.1 设计目的
软基的存在对路基施工存在巨大的影响。首先,软基本身的承载力较弱,难以满足路基的基本建设要求;其次,软基含水量直接影响路基填料的性能,从而引发沉降问题。因此,通过对本工程软基处理方案的设计,可以实现对特殊路基的有效处理,增加路基本身的强度与承载能力,同时还能避免路基施工完成后因地基承载力不足而出现沉降问题,从而达到延长公路使用寿命,保护行车安全的目的。
2.1.2 设计原则
本工程特殊路基软基处理设计中应遵循2种基本原则,即针对性原则与经济性原则。其中针对性原则是指对不同的软基情况针对性地采取处理方案,要求施工前先组织人员对场地的软基情况全面了解,然后针对性地采取措施,如湿陷性黄土可采取强夯法处理,软基深度在12m以上的可采取高压旋喷桩方法等;经济性原则是指在软基设计过程中应合理地控制施工成本,如可采取强夯法处理的软基问题,尽量避免采用换填法,原因是换填法成本过高,不利于企业控制经济成本[1]。
2.1.3 设计要点
(1)通过本工程软基区域的勘查得知,当前公路路基存在的软基情况主要分为3 种,分别为淤泥质软土、湿陷性黄土以及由淤泥和亚黏土组成的软土层。其中,淤泥质软土主要存在于地势较低的路基段,由于地表水的汇集与地下水的干扰,导致土层中含水量增加进而形成淤泥质软基,其最深可达6m,湿陷性黄土主要是土层在自重力及土层上方附加作用力的共同作用下,导致浸水后的地基结构遭受破坏从而形成的软基区域,其软基深度在4~7m,淤泥质亚黏土主要是黏性土与淤泥土的相互混合形成的软基区域,此类软基问题深度较大且范围较广,最深可达18.6m。
(2)对于存在的3 种软基问题,在实际设计处理方案时需分别采取处理方法,针对湿陷性黄土的软基段统一采用强夯法处理,以增加土体的承载力;针对淤泥质软基区域采用换填法和抛石挤淤法处理,软基深度浅且范围小的采用换填法,其余的采用抛石挤淤法;针对淤泥质亚黏土软基采取碎石桩、高压旋喷桩以及加筋处理法,深度较浅的加筋处理,深度在6~12m 的采取碎石桩法处理,深度在12m以上的采取高压旋喷桩法处理[2]。
2.2 特殊路基中软基处理方法
2.2.1 强夯法
(1)强夯法施工是一种快速有效的软基处理方法,主要采用强夯锤与吊机完成,其施工原理是通过吊机将强夯锤起吊至一定的高度,然后松开强夯锤,使其从高位落下夯击地面,由于夯锤具有一定的重量,下落过程中会积攒大量的冲击能,作用于软基地面可将软基压缩,使软基土体之间的密实性增加,强夯施工中软基中的水分会顺着夯击点提前布置好的排水通道排出软基内部,强夯完成后软基土体会迅速固结,以提升自身的强度与承载力,采取强夯法施工时强夯锤的冲击能大小可使得孔隙水的压力与土体自重压力一致即可。
(2)本工程采取强夯法施工主要用于处理湿陷性黄土软基问题,施工前应合理布设夯击点,并根据夯击深度确定夯击锤的夯击能,湿陷性黄土软基深度位于4~7m,夯锤的夯击能宜控制在1 500~3 000kN•m,施工时选择的夯锤重量为15t,强夯中先利用起吊设备将夯锤吊起,再自由落体夯击地面,以有效加固软基区域[3]。
(3)由于强夯施工危险性及施工噪声较大,施工单位施工前需检查场地周围及地下是否存在管线和构筑物,如有必要将可能造成影响的构筑物迁移,或采取必要的保护措施,以避免遭受损坏;其次强夯施工的时间要提前告知周围居民,避免噪声影响,施工过程中所有人员远离夯锤的夯击区域并佩戴安全防护工具。
2.2.2 换填法
(1)换填法软基处理主要是利用高强度的合格材料将软基中的淤泥土全部换填,换填后再利用机械碾压密实使其承载力满足设计要求。采用换填法施工最大的优点是可以直接根除软基问题,存在的淤泥可以全部换填,同时换填法施工速度快、效果好,换填后的软基区域不会再出现沉降问题,地基强度以承载力均可以满足要求,但采用换填法施工时,施工单位需要合理控制施工成本,若场地周围存在满足要求的填料应优先使用此填料。
(2)本工程换填法软基处理主要应用于淤泥土层范围小,且深度较浅的区域,施工前先对设计的施工图纸进行审核,然后开展测量放样作业,明确换填的起点及两侧的边线,并利用成桩的方式标记出来,放样的位置与施工图纸保持一致,待放样结束后利用推土机和人工开挖的方式将软基土全部挖出,开挖时得到的淤泥土全部堆放至设计位置统一处理,开挖至底层3~5cm 位置时停止开挖,预留一定土层以保证原地基下方土层不会遭受开挖的侵扰,开挖完成后检查开挖范围及深度,无误后回填合格的填料[4]。
(3)填料回填施工采取分段、分层回填压实的方法,回填的填料由运输车运送至施工场地,并卸料至放样的位置,然后采用推土机推开整平,回填施工时两个作业段可同时回填作业,但两段之间的距离需控制在2m 以上,每层回填后利用小型碾压机械压实,针对局部填筑不平整或碾压不到位的位置人工处理,待填料全部回填完成后,其填筑高度需与原地面高度保持一致,且承载力应满足施工要求。
2.2.3 高压旋喷桩法
(1)高压旋喷桩法处理软土地基主要是利用钻机钻孔,并将带有喷嘴的注浆管下放至设计的位置,然后通过旋转喷射的方式向软基中注入浆液,注浆完成经过一定的周期养护后,软基内的浆液会发生凝固,从而在软基内部形成圆柱形的固结体,此固结体就是旋喷桩。高压旋喷桩处理完成后,软基区域会形成复合地基,地基的承载力、强度均可以满足路基施工的要求,同时地基的抗渗能力也会明显提高,以避免再次遭受水分的侵扰,采用该方法可处理各种软基问题,且具有处理深度大,施工方便的特点[5]。
(2)本工程采取高压旋喷桩主要处理软基深度在12m 以上的软基区域,施工前先要开展测量放样作业,放样内容主要包括成桩的位置、尺寸、深度、钻机的安装位置等,放样结束后根据放样结果安装钻机并制备水泥浆,钻机安装位置的偏差宜控制在1cm以内,钻孔时先缓慢向下钻进,待钻进至稳定层后再逐步增加钻进速度,钻进时钻杆上设置有注浆管,待钻进至设计深度后开始边提升导管边注浆。
(3)旋喷桩注浆的压力应合理控制,采用大注浆压力注浆时不得对周围土体造成破坏,同时注浆过程中安排专业人员负责记录并监测旋喷时间、注浆量、注浆压力、冒浆情况等,如发生问题,需第一时间停止注浆作业并及时查明原因,待注浆完成后,养护7d左右检测软基的强度与承载力,满足要求即视为施工合格。
2.2.4 碎石桩法
碎石桩软基处理技术与高压旋喷桩法类似,也属于复合地基的一种,其加固原理是利用钻机钻孔,成孔后向孔内填筑碎石材料,通过桩与桩之间相互的挤密作用,使软基土体的密实度增加,并将软基中的水分通过碎石材料排出地基内部,以达到要求的效果。本工程采用碎石桩技术主要用于处理软基深度在6~12m 的区域,该方法施工前先选择其中5 根开展试桩作业,试桩过程中详细记录施工中的相关参数及要求,试桩完成后检查处理效果,若满足软基处理要求即根据试桩中的参数开展软基处理作业,若不满足要求则继续修改施工方案,直至试桩合格为止,待合格后再按照试桩参数施工[6]。
2.2.5 加筋处理法
(1)加筋处理法主要分为2 种方式,分别为加土工织物处理和加筋土处理。其中加土工织物处理时主要是将高强度的土工织物与砂垫层一起设置于软基表面,从而实现增加软基承载能力的目的,该方法具有良好的柔性基础,可以有效地避免路基沉降问题的发生;加筋土处理是指将加筋挡墙以及其他材料设置于软基土体中,从而对软基结构实现强化,提升软基的承载能力,使用的添加材料主要包括不需要合成的天然材料、强度较大的金属材料、抗腐蚀的化工合成材料以及不锈钢材料等4 种,常用的材料为后3 种,通过加筋处理后的软基区域,承载力及强度会明显提升,且施工速度快,适用于软基较浅的区域。
(2)本工程加筋法处理主要用于深度较浅的淤泥亚黏土区域,采用的处理方法结合2种处理方式综合开展,其中在加筋土法施工中,施工单位需结合实际情况合理设置加筋挡墙的长度及深度,施工时可保留2m的反包长[7];在土工格栅施工中,先要选择合理的土工格栅材料,材料的强度、承载力需满足施工要求,同时应具备一定的弹性,铺设前先在软基上方铺设砂垫层,其厚度在10~15cm,然后在砂垫层上方铺设土工格栅,其铺设宽度需根据软基的范围合理铺设,确保所有的软基全部覆盖即可,铺设完成后土工格栅不得出现重叠或扭曲,避免出现变形问题,以保证土工格栅的整体性,保证其使用性能。
2.2.6 抛石挤淤法
抛石挤淤法主要是向淤泥土层的软基中抛射石头,使软基中的淤泥全部向两侧挤压,以增加软基的密实度与承载力。本工程抛石挤淤法主要应用于软基深度较大的淤泥土软基中,抛石施工时先沿着软基中间位置向前方抛掷,然后逐步向两侧扩展,从而使淤泥土向两侧挤压,抛石过程中软基底部会逐渐形成固定的三角结构,从而使软基内部结构更加稳定,抛石过程中先利用大型的石块抛掷,待底层处理完成后,再降低石块的粒径大小,以保持表面的平整,全部抛石处理后利用碾压机械压实。
2.3 注意事项
由于本工程软基情况较为复杂,不同区域的软基土质特点均不相同,因此,在软基处理工作中施工单位首先应注意详细掌握软基的基本特点,并结合路基的施工要求合理选择软基处理方法;其次,软基施工过程中,针对承载力过低无法满足施工机械入场的区域,施工前应合理设置施工便道,保证机械的入场安全;最后,软基处理完成后要对软基整体的沉降量加以控制,不得超过设计标准。
3 结语
在路基施工中软基问题对其施工质量有巨大的影响,若施工单位不能合理处治,则直接影响公路的建设质量与使用安全。因此,针对特殊路基的软基问题,施工单位应采取综合处理的方法,不同的软基问题选择针对性的处理方法,以保证软基处理的效果,保证公路的建设质量。