淺談拋石擠淤在軟土路基處理中的應(yīng)用

宋道軍

軟土主要是第四紀(jì)后期形成的海相、瀉湖相、三角洲相和湖沼相的黏性土沉積物,也有些屬于新近沉積物,其具有天然含水量大、有機(jī)質(zhì)含量多、壓縮性高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差等特點。如淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭及其他高壓縮性飽和黏性土,廣泛分布于我國沿海和內(nèi)地。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在工程建設(shè)中不斷涉及到軟基處理問題。根據(jù)工程重要性、工期要求、工程投資限制、軟土性質(zhì)及空間分布等情況,一般可通過換填法、深層密實法、排水固結(jié)法和化學(xué)加固法等對其進(jìn)行處理。

1 工程概況

和惠北路位于天津濱海新區(qū)中新天津生態(tài)城永定洲片區(qū)內(nèi),規(guī)劃為一條南北向的城市支路,道路紅線寬度20 m,線路總長度約1 km,設(shè)計道路東側(cè)路基位于已壓密板實的現(xiàn)狀河堤路上,設(shè)計道路西側(cè)路基位于永定新河河道內(nèi),通過地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn),河道內(nèi)表層土基屬于全新統(tǒng)中組海相沉積層()淤泥質(zhì)黏土(地層編號⑥a),該層層厚為2.8 m,具體特點是:呈灰色、流塑狀態(tài)、無層理、含貝殼,經(jīng)過室內(nèi)試驗確定其屬高壓縮性土,須進(jìn)行處理。

在不處理—淺層處理—排水預(yù)壓處理—樁基處理的軟土路基處理原則的前提下,考慮到該路僅為城市支路,且工期要求較緊張,軟土厚度小于3 m等實際情況后,確定采用拋石擠淤對該段軟土路基進(jìn)行加固處理。

2 拋石擠淤法簡介

拋石擠淤法屬于淺層地基處理的范疇,是通過向流塑狀的高靈敏度的淤泥表面大量集中拋填土石填料,依靠填筑體的自重,或利用外部加載,擠開淤泥,強(qiáng)制置換飽和軟土地基的地基處理法。

飽和軟土特別是淤泥(河相和海相),含水量高、滲水系數(shù)和不排水抗剪強(qiáng)度均較低,一般不能直接作為建筑物的地基,若集中向其表面大量堆筑填充物,地基土顆粒間的壓力即有效壓力并不發(fā)生變化,而全部壓力的增量由空隙水承擔(dān),飽和淤泥質(zhì)地基的抗剪強(qiáng)度在一定時間內(nèi)不但沒有提高,還會因堆載施工擾動而下降,因此,當(dāng)堆筑體在地基中所產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到土的不排水抗剪強(qiáng)度時,土體將產(chǎn)生整體剪切破壞。隨后,土體中將產(chǎn)生連續(xù)滑動面,使堆筑體中的淤泥被強(qiáng)制擠向兩側(cè),向上翻涌和隆起,當(dāng)堆筑體擠開界面淤泥下沉到持力層界面時,又與周圍土體形成新的整體穩(wěn)定平衡。

3 設(shè)計參數(shù)選用

3.1 材料的選擇

拋石材料要求為不易風(fēng)化的片石,厚度或直徑不小于30 cm。

3.2 拋石頂面標(biāo)高的選擇

和惠北路在西側(cè)路基中新建有污水管道,污水管底標(biāo)高為+1.5 m,管下基礎(chǔ)為0.5 m,為了方便污水管道基礎(chǔ)的砌筑,此次拋石擠淤最終壓實成型的片石頂面標(biāo)高控制在+1.0 m。而現(xiàn)狀水面標(biāo)高為+2.2 m,淤泥頂標(biāo)高為+1.3 m左右,故須在路基外側(cè)先進(jìn)行圍堰,將水抽干后,才可進(jìn)行拋石擠淤。

3.3 拋石頂面寬度的選擇

和惠北路路面設(shè)計標(biāo)高為+5.0 m,拋石頂面標(biāo)高控制在+1.0 m,即邊坡高度 h=4 m,根據(jù)護(hù)坡道的要求,當(dāng)邊坡高度h=3 m～6 m時,護(hù)坡道d=2 m,即拋石頂面單側(cè)超出路基的寬度為2 m。

4 施工工藝

受季節(jié)因素影響,沿線局部路段靠近河邊一側(cè)存在施工期暫時無水的情況,且表面經(jīng)風(fēng)干晾曬后,表層淤泥失水干硬,拋填片石不易穿透下沉,為了保證工程質(zhì)量,防止有水季節(jié)干硬淤泥層遇水軟弱,使得已拋填的片石重新擠入淤泥層,沉降過大導(dǎo)致路基失穩(wěn)破壞,拋填片石前,須對此部分表層干硬淤泥進(jìn)行清除?？紤]到圍堰的阻擋作用,須邊拋石,邊在圍堰一側(cè)挖淤卸荷,以達(dá)到擠淤的作用。之后,按照以下步驟進(jìn)行拋填片石:

1)載料車先沿河邊拋填,邊拋填邊用挖土機(jī)整平碾壓,直至形成通道載料車可以通行。2)在此通道上繼續(xù)拋填片石至標(biāo)高+1.0 m,然后用挖土機(jī)在拋填片石表面來回碾壓,強(qiáng)迫片石陷入淤泥層。3)如經(jīng)碾壓的片石層沉陷較大,則重復(fù)拋填片石,碾壓,直至無明顯沉陷為止。4)已碾壓過的片石再用18 t以上的振動壓路機(jī)碾壓至標(biāo)高+1.0 m,如片石層無明顯沉陷,則視為壓緊密實,每層碾壓至少12遍。5)第一幅碾壓完畢后,繼續(xù)沿橫路線方向向河道一側(cè)拋填片石,重復(fù)第一幅的操作程序,直至達(dá)到設(shè)計寬度。6)在拋填碾壓好的大片石上,先用小片石嵌填縫隙,然后封填最大粒徑為5 cm的天然級配砂礫石反濾層,層厚10 cm。

5 施工質(zhì)量控制措施

由于該工程工期緊,拋石擠淤施工完成后,沒有足夠的沉降穩(wěn)定期,就需要在其上開始上部結(jié)構(gòu)施工。因此,為了保證工程質(zhì)量,不僅在施工過程中要嚴(yán)格按照上述施工工藝進(jìn)行組織施工,更應(yīng)在拋石擠淤施工完成后,在路基堆筑的過程中加強(qiáng)沉降和穩(wěn)定觀測,指導(dǎo)后續(xù)工作安全、順利開展。

5.1 壓實度控制

按照施工工藝中所述,使用18 t振動壓路機(jī)振動碾壓,直至無明顯沉陷為止,即可視為壓實度滿足設(shè)計要求,在其上可實施道路路基。

5.2 沉降和穩(wěn)定觀測

為了掌握路基堆筑過程中路基的沉降和穩(wěn)定情況,現(xiàn)場于拋填片石完成后,沿線每200 m設(shè)置一個觀測斷面,每一個觀測斷面設(shè)置兩個觀測點,分別設(shè)置于路基坡腳和片石頂面最外側(cè),觀測點采用鋼筋混凝土樁(頂部預(yù)埋刻有十字絲的鋼釘測頭)。

現(xiàn)場使用水準(zhǔn)儀和全站儀對測點高程和位移實施監(jiān)控。頻率基本控制在每填一層,進(jìn)行一次監(jiān)測。

通過觀測發(fā)現(xiàn),路基填筑(一般控制在3 d一層)過程中,沉降速率每晝夜最大僅有0.2 cm,坡腳水平位移速率每晝夜最大僅有0.1 cm,路基沉降和穩(wěn)定情況較好。

6 結(jié)語

1)和惠北路西側(cè)將新建一條沿路方向的堤壩,故不用考慮圍堰拆除后河水浸入路基的情況發(fā)生,反之,則須考慮漿砌片石護(hù)坡方面的設(shè)計。若遇著在水面上直接進(jìn)行拋石擠淤的情況,則最終壓實成型的拋石頂面標(biāo)高應(yīng)高出水面50 cm。2)若遇著整個路基均處在軟基上的情況,當(dāng)軟土地層平坦時,填筑應(yīng)沿路基中線向前呈三角形方式投放片石,再漸次向兩側(cè)全寬范圍擴(kuò)展。當(dāng)軟土地層橫坡陡于1∶10時,應(yīng)自高側(cè)向低側(cè)填筑,并在低側(cè)坡角外一定寬度內(nèi)同時拋投形成片石平臺。3)此法優(yōu)先考慮在石料豐富,運(yùn)距較短的地區(qū)采用。4)為了進(jìn)一步減小新老路基之間的差異沉降,新老路基相接處須在老路路基上分層開挖臺階進(jìn)行搭接處理,每層臺階上須采用土工格柵進(jìn)行加筋處理。5)對3.0 m以上的淤泥地基加固,采用拋石擠淤加固時,應(yīng)結(jié)合爆破和強(qiáng)夯等輔助措施,以保證地基處理的可靠性。6)片石間大孔隙滲透性好,能形成排水面,加速下臥軟弱土層固結(jié)。7)片石間的孔隙大,能有效防止毛細(xì)水上升侵蝕路基。

[1] JTG F10-2006,公路路基施工設(shè)計規(guī)范[S].