关键词:道路 软土地基 处理
0 引言
路基作为路面的基础,是在地表按道路的线形和断面的要求开挖或填筑而成的岩土结构物。它承受着路面静荷载及交通动荷载,并将荷载向地基深处传递扩散。在线路纵断面上,路基必须保证线路需要的高程;在平面上,路基与桥梁、隧道连接组成完整贯通的线路。因此,路基工程具有其独特的特点。现就在公路工程稳定路基技术方面的做法进行研究。
1 路基填土与路基压实
路基的强度和稳定性主要取决于路基填料的性质及其压实的程度。从现有条件出发,改进填土要求和压实条件是保证路基质量最有效和经济的方法。
1.1 路基填料。规范规定了对路基填料应有条件的选用。对路基填料的最小强度和最大粒径给了量化的标准,采用CBR值表征路基土的强度,引入了路床的概念。对上路床的填料提出了限制的条件,高速公路和一级公路路面底以下0-30cm的路床填料CBR值应大于8,下路床及其下面的填土,也都给出相应的规定值。当路基填料达不到规定的最小强度时,应采取掺合粗粒料、或换填、或用石灰等稳定材料处理,并不规定对其它等级公路铺筑高级路面时,也要采用高速公路和—级公路的规定值。
1.2 路基压实。当前路基施工,普遍采用了大吨位的压路机,碾压效果有了明显的改善。对于提高路基土的压实度起了很好的作用。规范规定高速公路和—级公路路面底面以下80-150cm部分的上路堤其压实度必须≥95%,对其它等级公路当铺筑高级路面时,其压实度亦应按高速公路和—级公路的标准采用。
1.3 特殊潮湿地区路基土的压实。在特殊潮湿地区,路基上的压实是相当困难的,规范对此作出了若干调整:—是压实度标准可根据试验资料确定或较表列数值降低2-3个百分点;二是对于天然稠度小于1.1,液限大于40,塑性指数大于18的粘质土,当用于下路床及其下的路堤填料时,可采用规定的轻型压实标准;三是改善填料的性质,在土中掺加生石灰,通常可以获得预期的效果,也可采用新型吸水材料加固。
2 路基防护
路基的修筑改变了地层的天然平衡状态,以及路基暴露在空间,不断受各种错综复杂的自然因素侵蚀,因此需要进行各种类型的防护。
2.1 坡面防护。坡面防护的目的是防止地表水流的冲刷、坡面岩土的风化剥落以及与环境的协调。近年来,随着对环境保护的重视,高等级公路的边坡,多釆用种草防护边坡较高时,采用砌石框格种草防护。由于西部干旱缺水,边坡种草防护类型的选择很重要,现大多采用草坪植生带,即将草籽、肥料和土均匀拌和裹于土工物内,当草籽发芽也长成草起到固土作用后,无纺布纤维自然腐烂,不会污染环境,效果很好。
石砌圬工防护仍较普遍使用,混凝土预制块护坡多用在路堤边坡,连片的及带窗孔的护面墙;用于路堑边坡。破裂的或易于风化破碎的岩石路堑边坡采用锚杆挂铁丝网或高强塑料网格喷浆或喷射混凝土以及喷射纤维混凝上防护也有较好的效果。
但由于石砌圬工及混凝土防护造价高、易破损等诸多问题,从保护环境的角度出发,建议大力推广既能改善生态环境,美化景观,又一劳永逸的种草防护。
2.2 冲刷防护。防护沿河路基边坡免受冲刷仍多采用直接防护。传统的砌石、抛石、铁丝石笼、挡土墙等有所改进,用高强土工格栅代替铁丝做石笼,用聚脂或聚胺脂类土工织物混凝土护坡模袋做成的护面板防护受水冲浪击的边坡,很能适应土体不均匀沉降。
2.3 支挡防护。挡土墙用于支挡防护目前仍占主要。石砌的重力式挡土墙多用于石料丰富、墙高较低、地基较好的场合;钢筋混凝土结构的悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙和板柱挡土墙其受力比较合理,墙身圬工体积小,也已广泛应用于公路路基的防护。垛式挡土墙易于调整墙的高度,并采用预制构件拼装,是—种特殊型式的挡土墙。
3 软土路基加固方案
3.1 强夯方案。主要特点:用夯锤从高处自由落下冲击土基,使软土中孔隙压缩,土体局部液化并形成良好的排水通道,孔隙水顺利溢出,土体随之固结,同时还可夯入砂、石渣、碎石等透水性较好的硬质颗粒性材料,使粒料与周围的夯土形成复合地基。适用范围:局部软土埋藏较浅的地段,处理深度小于6m。优缺点:工艺简单,施工快,造价低,处理效果好,但噪音污染大,处理深度有限。造价分析:①主要工程量为两遍点夯一遍普夯;50cm砂垫层;沉降土方。②每公里路基处治造价约81元/m2,340万元/km,每增减一击,每公里处治费用增减10%左右。
3.2 开挖换填方案。主要特点:挖除不良软土层,换填渗水性材料、改良土或碎石土,分层压实。适用范围:表层软土且厚度小于3米的地段。优缺点:施工简单,对软土地基处理的效果好,但换填深度过大时,施工就比较困难,置换出的弃方较难处理,多占土地且容易污染环境,工程造价相应增高。造价分析:①主要工程量为挖除的软土;换填土。②每公里路基处治费用换填土的造价为62～96元/m2,261～405万元/km。
3.3 砂垫层+预压方案。主要特点:在原地面铺40～50cm厚的砂垫层,使软土顶面增加一个排水层,再进行路堤填筑,并利用填料的等载或超载预压,使软土中的孔隙水排向砂垫层,最终土体固结。一般预压期3～6个月。适用范围:路堤填土高度较小,软土埋藏不深且厚度小的地段。优缺点:施工简单,费用低。但施工期长,深、厚层软土的处理效果不佳,堆载预压需要的土方量大,不适合缺乏土源的地区使用。造价分析:①主要工程量为40cm砂垫层;土工布;预压土方②每公里路基处治造价约54.4元/m2,232.9万元/km,如需卸载,每公里造价约增加10多万元。
3.4 土工格栅+预压。主要特点:在软土地基表面与路堤之间铺设土工材料,通过土工材料将上部填料的垂直变形向水平方向扩散,使上部施加的荷载能均匀分布在地层中。当软基进行等载或超载预压时,可能产生很大的变形,这时由土工材料承受拉力和土的摩擦作用可限制土体侧向挤出,从而减小变形和增大地基的稳定性。一般预压期3～6个月。适用范围:路堤填土高度较小,软土埋藏不深且厚度小的地段。优缺点:施工简单,费用低。但施工期长,深、厚层软土的处理效果不佳,堆载预压需要的土方量大,不适合缺乏土源的地区使用。造价分析:①主要工程量为土工布;预压土方;②每公里路基处治造价约29.6元/m2,124万元/km,如需卸载,每公里造价约增加10多万元。
3.5 塑料排水板+预压方案主要特点:先在土层中加设竖塑料排水板和40～50cm砂垫层,构成一个排水系统,再根据路基的地质条件和填土高度进行等载或超载预压,使地基在荷载的作用下增加土体的总应力,促使孔隙水能够迅速地从排水通道逸出,从而缩短沉降固结的时间。一般预压期3～6个月。适用范围:软土厚度较大的地段,处理深度小于12m。优缺点:施工简单,费用低。但塑料排水板的质量差异性大,施工监理难度大,深、厚层软土的处理效果不佳,预压时间长,堆载预压需要的土方量大,不适合缺乏土源的地区使用。造价分析:①主要工程量为40cm砂垫层;土工格栅;塑料排水板;预压土方②每公里路基处治造价约54.4元/m2,232.9万元/km,如需卸载,每公里造价约增加10多万元。3.6 袋装砂井+预压方案。主要特点:袋装砂井采用天然砂子与编制袋人工灌制而成,砂井的直径一般为7cm～10cm,按沉管法施工就位,其作用和处理原理与塑料排水板相同。但塑料排水板比袋装砂井具有工效高、劳动强度低、质量稳定,适应地基变形性能好的特点。适用范围:软土厚度较大的地段,处理深度小于12m。优缺点:在砂源丰富的地区工程造价低,施工监理较容易,但施工工序复杂,质量不易控制,深、厚层软土的处理效果不佳。预压的时间长,堆载预压需要的土方量大,不适合缺乏土源的地区使用。
造价分析:主要工程量为40cm砂垫层;土工格栅;袋装砂井;预压土方b每公里路基处治造价约54.4元/m2,232.9万元/km,如需卸载,每公里造价约增加10多万元。
3.7 真空联合堆载预压方案 饱和软粘土地基在荷载作用下,孔隙中的水被慢慢排出,孔隙体积慢慢地减小,地基发生固结变形,同时,随着超静水压力的消散,有效应力逐渐提高,地基土的强度逐渐增长,所以,排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。
排水系统,设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件,增加孔隙水排出的通路,缩短排水距离。该系统是由竖向排水井和水平排水垫层构成的。当软土层较薄,或土的渗透性较好而施工期较长时,可仅在地面铺设一定厚度的排水垫层,然后加载,土层中的孔隙水竖向流入垫层而排出。当工程上遇到深厚的、透水性很差的软粘土层时,可在地基中设置砂井或塑料排水带等竖向排水井,地面连以排水砂垫层,构成排水系统。
加压系统,及时施加其固结作用的荷载。它使土中的孔隙水产生压差而渗流使土固结。排水系统是一种手段,如没有加压系统,孔隙中的水没有压力差,水不会自然排出,地基也就得不到加固。如果只施加固结压力,不缩短土层的排水距离,则不能在预压期间尽快完成设计所要求的沉降量,土的强度不能及时提高,各级加载也就不能顺利进行。所以上述两个系统,在设计时总是联系起来考虑的。
3.8 碎石桩。主要特点:利用桩体对桩周围基土的挤密作用,使土与桩组成复合地基。常用的施工方法是沉管法,一般是通过振动或锤击把带有特制桩尖的钢管打入土层至设计深度,在钢管内灌入碎石,然后边振动边缓慢拔出桩管,从而形成碎石桩,并在桩顶设置水平排水层,必要时可进行堆载预压。它具有置换、排水固结和复合地基的特点。适用范围:石料丰富地区,软土厚度较大的地段。优缺点:材料供应方便,工程造价较低,处理效果较好,施工监理较容易,同时兼有排水固结和复合地基的特征,但施工工序复杂,在强度较低的淤泥质土层中,容易产生断桩现象。造价分析:①主要工程量为40cm砂垫层;土工格栅;碎石桩;②每公里路基处治造价约194.6元/m2,897万元/km。
3.9 水泥搅拌桩。主要特点:利用水泥等材料作为固化剂,通过专用的搅拌机,在路基深处用螺旋钻头将软土和固化剂强制搅拌,由此产生一系列的物理、化学反应,使搅拌均匀的灰土硬结,形成具有整体性、水稳性和强度较高的复合地基。按其施工方法可分为喷粉水泥搅拌桩和喷浆水泥搅拌桩,粉喷桩是将水泥干粉通过深层搅拌机空心钻杆的喷灰口喷出,与地基深处已被钻头搅拌的软土拌和,浆喷桩则是将水泥浆用灰浆泵输送到搅拌机的中心管输出,与经搅拌的软土拌和。适用范围:路基不稳定,软土厚度较大的地段。粉喷桩处理的深度小于12m,浆喷桩处理的深度小于15m。优缺点:施工技术成熟,工期短,处理效果较好,本地区使用广泛,在各种复合地基处治方案中造价较低,但施工监理难度大,对软基下部搅拌不易均匀,处理的深度有限。粉喷桩因不向地基增加水分,更适合于饱和软土,但粉尘污染较大;浆喷桩处理的深度和效果均好于粉喷桩,但造价略高。造价分析:①主要工程量为土工格栅;粉喷桩。②每公里路基处治造价约206.9元/m2,869万元/km。
4 施工注意事项
按设计图间距布置砂井,用不同颜色标志已打入或待打入的井位。导杆应始终保持竖直,并经常检查。打入深度按设计规定。允许以较快的速度打入,但套管拔出速度应控制在填充砂及压气能从容地操作为度,留心套管拔出时砂在成拱作用下与套管一起被上提产生间隙,这样常使软土侵入砂井切断砂柱。填充砂料可采用传送带连续投入,也可采用漏斗提升喂入,从正确计量考虑,以后一种方式为优。
参考文献:
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