公路施工中軟土地基處理技術(shù)分析及其應(yīng)用

尹志鋼

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活各個(gè)方面的快速發(fā)展,國(guó)內(nèi)高等級(jí)公路的建設(shè)也處在飛速發(fā)展的階段。隨著公路等級(jí)設(shè)計(jì)要求的提高,對(duì)路況指標(biāo)的選用也隨之提高,從而不可避免地帶來(lái)公路路基穿過(guò)軟土地區(qū)的情況。因此,在軟地基上修筑路基已非常普通[1-4]。對(duì)公路軟地基的成功處理,往往也成為提高建設(shè)速度、確保工程質(zhì)量、降低工程造價(jià)十分重要的措施之一。軟路基由于其強(qiáng)度低、固結(jié)慢、變形大,因此在軟地基未能很好處理就修筑路基,由地基沉降或差異沉降過(guò)大將產(chǎn)生如下問(wèn)題[1-6]:

1)路堤產(chǎn)生側(cè)向整體滑動(dòng),邊坡外側(cè)發(fā)生土體隆起。

2)路堤銜接處經(jīng)常發(fā)生沉降。

3)如果路堤變形,會(huì)使得路面破壞。

因此,在軟土地基上建造建筑物或是進(jìn)行路基施工,都要求對(duì)軟地基進(jìn)行處理。其處理的目的主要是改善地基土的工程性質(zhì),達(dá)到滿足建筑物對(duì)地基穩(wěn)定和變形的要求,包括改善地基土的變形特性和滲透性,提高其抗剪強(qiáng)度和抗液化能力,消除其他不利的影響[3,5]?；诖搜芯勘尘?本文提出并進(jìn)行公路軟地基處理方法及技術(shù)分析,旨在綜合分析已有的公路軟地基處理方法及其技術(shù),并結(jié)合實(shí)際施工中的地基處理施工技術(shù)及過(guò)程,對(duì)軟地基處理的注意事項(xiàng)進(jìn)行深入分析,研究過(guò)程將為相關(guān)方法和技術(shù)的工程應(yīng)用提供必要的理論指導(dǎo)。

1 公路軟地基處理方法的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀的綜合分析

1.1 軟地基處理方法的發(fā)展

各種軟地基處理技術(shù)的發(fā)展是伴隨著土木工程的各個(gè)方面的發(fā)展而發(fā)展,由此也帶來(lái)了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。近些年來(lái),我國(guó)逐步發(fā)展了符合國(guó)內(nèi)地質(zhì)狀況的具體工程地質(zhì)條件的軟土地基處理方法,同時(shí)加大了對(duì)國(guó)外先進(jìn)的軟土地基處理方法及其技術(shù)的引進(jìn)。例如,從國(guó)外引進(jìn)和發(fā)展了強(qiáng)夯置換法、深層攪拌法、振沖法、高壓噴射注漿法、土工合成材料、強(qiáng)夯法、EPS超輕質(zhì)填料法等許多地基處理技術(shù)[1-6]。其中的很多方法和技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)的某些地區(qū)得到具體的應(yīng)用,如砂樁法、土樁和灰土樁法、排水固結(jié)法等,同時(shí)也得到長(zhǎng)足的發(fā)展和提高;此外在工程實(shí)踐中也不斷發(fā)展了許多新的地基處理技術(shù),如真空預(yù)壓法、剛性樁復(fù)合地基法、孔內(nèi)夯擴(kuò)碎石樁法、低強(qiáng)度樁復(fù)合地基法、錨桿靜壓樁法等等。

1.2 軟地基處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀綜合分析

1)強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法。我國(guó)于20世紀(jì)60年代引進(jìn)強(qiáng)夯法,首先由法國(guó)Menard技術(shù)公司提出并使用。我國(guó)于20世紀(jì)80年代引進(jìn),交通部第一航務(wù)工程局科研所及協(xié)作單位在天津首先開展試驗(yàn)研究。由于設(shè)備簡(jiǎn)單、效果顯著、經(jīng)濟(jì)和施工快,很快得到推廣[1]。除強(qiáng)夯擠密外,近年來(lái),強(qiáng)夯置換得到不少應(yīng)用。強(qiáng)夯置換和強(qiáng)夯擠密在加固機(jī)理上是不同的,應(yīng)用范圍也不相同,強(qiáng)夯擠密法一般用來(lái)加固碎石土、砂土、低飽和度的雜填土、黏性土、濕陷性黃土、素填土等各類地基。對(duì)于飽和度較高的黏性土等地基,如有工程經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)證明采用強(qiáng)夯法有加固效果的也可采用。通常認(rèn)為強(qiáng)夯擠密法只適用于塑性指數(shù) Ip≤10的土。對(duì)于設(shè)置有豎向排水系統(tǒng)的軟黏土地基,是否適用強(qiáng)夯法處理目前尚有不同看法。對(duì)于厚度小于6 m的軟黏土層采用強(qiáng)夯置換法處理,邊夯邊填碎石等粗粒形成深度為3 m～6 m,直徑2 m左右的碎石樁體與周圍土體形成復(fù)合地基,也已取得較好的加固效果。強(qiáng)夯造成的振動(dòng)、噪聲等公害也應(yīng)引起足夠的重視。

2)排水固結(jié)法(靜力排水固結(jié)法)。排水固結(jié)法又稱預(yù)壓法,適用于淤泥質(zhì)土、淤泥、沖填土等飽和黏性土地基。飽和軟黏土在荷載作用下,土的孔隙比減小,孔隙中水逐漸被擠出,當(dāng)超靜孔隙水壓力消散,有效應(yīng)力將會(huì)提高,土的強(qiáng)度隨之增加。袋裝砂井和塑料排水帶的長(zhǎng)細(xì)比大,井阻影響得到人們的重視。近些年來(lái)非理想井的固結(jié)理論及其工程技術(shù)已經(jīng)得到長(zhǎng)足的發(fā)展,真空—堆聯(lián)合預(yù)壓法先后在上海、廣州、福州和天津等地得到應(yīng)用。到目前為止,學(xué)術(shù)界對(duì)真空預(yù)壓法的有效加固深度看法不一[3,6]。有的學(xué)者認(rèn)為真正的有效深度在6 m以內(nèi),有的則認(rèn)為可達(dá)20 m,甚至更深。真空預(yù)壓的有效深度需進(jìn)一步研究。

3)深層攪拌法。通過(guò)特制機(jī)械沿深度將固化劑與地基土強(qiáng)制攪拌就地成樁加固地基的方法是深層攪拌法,當(dāng)固化劑(水泥或石灰)為粉體時(shí)又稱為粉體噴射攪拌法[4]。深層攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土和含水量較高的地基及承載力特征值不大于120 kPa的黏性土、粉土等軟土地基。

4)高壓噴射注漿法。高壓噴射注漿法是將帶有特殊噴嘴的注漿管置于土層預(yù)定深度,以高壓噴射流使固化漿液與土體混合,凝固硬化加固地基土體的方法。它適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。高壓噴射注漿法在意大利、日本和聯(lián)邦德國(guó)得到較快的發(fā)展,意大利Radio公司還開發(fā)了可同時(shí)在鉆進(jìn)中檢測(cè)地層土質(zhì)、機(jī)器控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)漿量并收集反饋信息的機(jī)械,國(guó)內(nèi)也很重視并已進(jìn)行過(guò)一些探索性試驗(yàn)[2,4]。

5)加筋地基。加筋地基方法在施工過(guò)程中將基礎(chǔ)地基下一定范圍內(nèi)的軟弱土層剔除,然后逐層鋪設(shè)土工合成材料與砂石等組成的加筋墊層來(lái)做地基持力層。土工合成材料作為新型的巖土工程施工材料,是巖土工程應(yīng)用的合成材料產(chǎn)品類型的統(tǒng)稱。當(dāng)埋設(shè)方式和數(shù)量滿足一定的工程要求時(shí),就可以極大地改善地基承載力。

6)靜動(dòng)力排水固結(jié)法。靜動(dòng)力排水固結(jié)法是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種軟土地基處理新技術(shù),它利用改進(jìn)的強(qiáng)夯法的夯擊機(jī)具與排水固結(jié)法中排水體系,針對(duì)包括高含水量的軟黏土地基進(jìn)行處理。該法最早在深圳、惠州、海南等地針對(duì)不同的建(構(gòu))筑物的軟土地基進(jìn)行了大量的工程實(shí)踐及監(jiān)測(cè)測(cè)試,取得了成功,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),之后得到了逐步的推廣運(yùn)用。

2 軟地基處理方法及技術(shù)應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮的因素

2.1 地基狀況

1)土質(zhì)條件的影響。黏性土:一般采用的方法是壓實(shí)法。在施工中采取的處理方法對(duì)地基的擾動(dòng)必須盡量小。砂性土:采用擠實(shí)砂樁法或振動(dòng)壓實(shí)法對(duì)可能發(fā)生液化的砂性土進(jìn)行改善,這主要是因?yàn)轲ね烈唤?jīng)擾動(dòng),強(qiáng)度降低很多。

2)地基構(gòu)成情況。在軟土層較淺的情況下,需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的表層處理。重要的構(gòu)造物基礎(chǔ)常用開挖換填法。若軟土層較厚,應(yīng)使用其他方法配合表層處理法,具體分析如下:夾有砂層且厚度較薄(5 m～6 m以下)的軟土層,采用表層處理法、荷載壓重法等,即使是7 cm的砂層也是有效排水層,在土質(zhì)調(diào)查中不要遺漏[5]。軟土層厚且無(wú)砂層的情況,因排水距離長(zhǎng),因此固結(jié)沉降需較長(zhǎng)的時(shí)間,同時(shí)強(qiáng)度也將增長(zhǎng)。

2.2 公路等級(jí)要求的道路性質(zhì)

1)對(duì)于設(shè)計(jì)要求的公路道路等級(jí)越高,平整度要求也越高,越需要采取強(qiáng)而有力的軟地基沉降處理措施。反之,公路等級(jí)較低時(shí),可先鋪簡(jiǎn)易公路路面,等待地基沉降結(jié)束后,再鋪常規(guī)的公路路面以達(dá)到節(jié)約資金的目的。

2)公路道路的形狀。路堤的設(shè)計(jì)寬度與高度也是選擇處理方法時(shí)要考慮的重要原因。一般來(lái)說(shuō),采用換填法時(shí),對(duì)于寬而低的路堤容易出現(xiàn)局部破壞的現(xiàn)象;在設(shè)計(jì)高度大而穩(wěn)定性不足的情況下,采用壓重法將受到較大的限制;此外設(shè)計(jì)的路堤越寬越高,則地基產(chǎn)生壓力的底部將越深,而引起深處黏土層沉降也越大。

2.3 公路施工的周圍環(huán)境

1)公路施工中對(duì)周圍環(huán)境的影響,如處理地基時(shí)的振動(dòng)、噪聲及地下水的變化和多余的泥水散落等,因此在選擇軟地基施工方法時(shí)必須詳細(xì)的加以考慮。

2)對(duì)于路堤高度較高而地基特別軟弱的情況:在施工過(guò)程中,周圍地基可能會(huì)經(jīng)常發(fā)生大的隆起或沉降。因此,假如在路堤坡腳附近有民房和重要建筑物時(shí),應(yīng)充分考慮多方因素以減小總沉降量,同時(shí)控制剪切變形[5]。如果工程中不能采用這類方法實(shí)現(xiàn)目的,應(yīng)考慮事先對(duì)可能受影響的建筑物或者民房加以保護(hù),否則應(yīng)考慮以高架橋梁代替路堤的方法。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合我國(guó)已經(jīng)進(jìn)行的公路工程建設(shè)中的地基處理、施工加固技術(shù)及過(guò)程的發(fā)展來(lái)看,對(duì)軟地基處理的研究仍然要做更為深入地分析,理論研究的發(fā)展和工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)積累過(guò)程將是相關(guān)方法和技術(shù)在工程應(yīng)用中有極大發(fā)展的動(dòng)力來(lái)源。

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