软土地基的处理方法

2022-08-23

第一篇:软土地基的处理方法

浅议软土地基的处理论文

【摘 要】就软土地基给公路工程带来的危害进行了分析,介绍了喷粉桩法在软土路基施工中的运用,详细阐述了喷粉桩法的施工工艺、施工特点。【关键词】软土 软土地基施工 喷粉桩法

1 引言

在我国沿江、沿湖、沿海等处广泛分布着软土,而这些地区一般又是经济发达地区,对公路交通需要迫切,尤其要发展高速公路。因而在高路堤、大型桥梁,大量的涵洞、通道处软土都给它们带来不同程度的危害。如路基的滑移,开裂,路面起伏不平,桥涵通道等人工构造物处的跳车颠簸……而使这些地区的公路建设者感到非常棘手,要花大量人力、物力、财力和时间,去进行勘察、测试、设计、科研和施工。若处理不好将会带来极大的资源浪费。

2 软土及软土地基

2.1软土

软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。

2.2软土地基

我国公路行业规范对软土地基未作定义。日本高等级公路设计规范将其定义为:主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。日本规范还对软土地基做了分类,提出了类型概略判断标准。在给出软土地基定义时指出:软土地基不能简单地只按地基条件确定,因填方形状及施工状况而异,有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上,判断是否应按软土地基处理。

3 软土地基在公路工程中造成的危害

(1)勘察设计不详细或不准确,导致对应该作软基处理的地段未作处理设计,此类工例不少,世界银行贷款项目也存在此类现象。

(2)已知是软土地基,但是未做好软土地基处理,造成路堤失稳或危及线外建筑物。工例有:汕头磊口大桥引道。由于高填土引起线外土地隆起,民房受损。路基难以稳定,只好增加桥梁长度,建成后一段时间,仍然出现锥坡不均匀下沉,又做了处理,现已改建新桥。

(3)虽然作了软土地基处理,但是措施不力,施工不当造成路堤失稳。珠海南屏桥引道,经开挖分析,原因是地质资料不准确,填土速度过快,后加的反压护道又阻塞了砂垫层的排水通道。最后采取了挖深边沟排水(挖边沟时,原路堤底有大量的水流出),用袋装砂并(原先的砂并是无袋砂并)和捕土工布进行修复。

(4)堆料不当,未按规定分层填筑,填土过快,碾压不当,造成路堤失稳。新会虎坑、大洞桥的引道,主要原因是堆料不当,未按规定分层填筑,也未作施工观测,填土过快,碾压不当。末作加固处理但按规定施工的路段,虽然后来沉降较大,但没有发生破坏。

(5)扰动“硬壳层”或填筑不当,使“硬壳层”遭受破坏,导致路堤失稳。软土地基上往往有一层强度比软土高的土层,被称为“硬壳层”。“硬壳层”可以起到承重和扩散应力作用,利用好“硬壳层”对于减少工程投资是有意义的。但若对“硬壳层”的勘察、利用工作做得不好,则达不到顶预想的效果。

(6)由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用,引起桥台发生变位以至损坏。主要问题是:台背填土引起桥台向桥跨方向发生水平变位;先做桥台,后做锥坡及台背填土;锥坡没有按设计图纸做足,台背填土时把轻型桥台推坏;由于负摩擦力作用,引起桥台下沉。

4 喷粉桩法在软土路基施工中的应用

4.1目前我国软土地基处理的现状

在我国高等级公路的软土地基处理中,常用的方法主要有粉喷桩、砂垫层法、竖向排水法(袋装砂并、塑料排水板)、加铺土工织物(土工布、土工格栅)、碎石桩、砂桩、深层搅拌、强夯等。采用最多的是砂垫层+袋装砂井(或塑料排水板)土工布的处理办法,可以得到比较经济且效果较佳的结果。

4.2粉体搅拌桩在软土地基处理中的应用

4.2.1粉体搅拌法

粉体搅拌法(简称粉喷法),是用特制的设备和机具,将加固剂粉体材料(水泥或石灰)通过压缩空气的传送,与地基土强行拌和,使之产生充分的物理、化学反应后,形成一定强度的桩体(简称粉喷桩)。这是一种改善土质,提高地基强度的软土地基加固方法,可以广泛地适用于淤泥质土,杂填土,软粘土等地基加固。

4.2.2水泥加固土物理力学特性

物理性质。容量:水泥与土搅拌后,基容量变化不大,仅比原土的容量增加5%;含水量:水泥加固土含水量略低于原土的含水量,约减少3%-7%.水泥土力学性质。水泥加固土的抗压强度,工程施工中一般采用 a=7-15%为宜;水泥加固土的强度随龄期增长而增长,早期强度增长较快,7d龄期强度可达28d龄期强度的60%,一般情况下,龄期超过28d后,强度仍有明显增加,3个月龄期强度可达到0.3-2.0MPa.

水泥加固土的抗拉强度。经试验,当水泥土的抗压强度在300-4000kPa时,抗拉强度为抗压强度的15%.

4.2.3粉喷法加固软土地基的特点

粉喷法加固软土地基,是一项新的工艺,与其它软土加固方法相比,具有较多突出之处;原理科学、费用低廉。加固成本低,每米材料成本费仅10元左右;桩身质量好;地基加固后无附加荷载。干法施工。施工不需要水源,不需要排污,场地干净;桩体强度高。

4.2.4施工工艺

(1)施工程序。放桩位——钻机就位——调平——送风——钻至设计深度——送粉——提升搅拌——提升至地平——停粉——复搅1/3桩长——提升至地平——停风——钻机移动——重复循环。

(2)施工中注意事项

①明确设计要求,了解地基的地质情况。

②开工前先打试验桩,根据不同的地质条件,合理选择钻机的档位,确定喷粉机压力和喷粉量。

③严格控制钻孔深度,喷灰时间及停灰时间,确保粉喷桩桩长,成桩应打入持力层50cm严禁在末钻至设计深度及未喷灰的情况下钻机提升作业。

④定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度,对使用的钻头必须随时检查,其钻头磨损量不得大于l厘米。

⑤喷灰机必须配有水泥计量装置,施工中及时记录水泥的瞬时喷入量和累计喷入量。

⑥桩身上部1/3桩长范围内,施工中应严格进行重复搅拌,使水泥和土充分拌和,提高上部桩身强度,使之符合荷载的传递规律。

⑦为防止水泥飞扬造成污染,当钻头提升到地面以下0.5米时,喷灰机应停止喷灰,并使钻机迅速换档下钻,上部0.5米范围内用人工回填粘土并压实。

⑧施工中应认真填写原始记录。为保证机械设备完好及人身安全,严禁违章操作。

第二篇:浅议道路软土地基的处理论文

摘要:本文介绍了软土地基的特点,提出了软土地基在公路工程中造成的危害,着重阐述了深层搅拌桩法在软土路基施工中的应用特点、工艺及有关注意事项,以提高软土地基的处理效果。关键词:软土地基深层搅拌桩法换土垫层法排水固结法

1软土地基

我国公路行业规范对软土地基未作定义。日本高等级公路设计规范将其定义为:主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。地下水位高,其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。日本规范还对软土地基做了分类,提出了类型概略判断标准。在给出软土地基定义时指出:软土地基不能简单地只按地基条件确定,因填方形状及施工状况而异,有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上,判断是否应按软土地基处理。

2软土地基在公路工程中造成的危害

2.1勘察设计不详细或不准确,导致对应该做软基处理的地段未做处理设计。

2.2已知是软土地基,但是未做好软土地基处理,造成路堤失稳或危及线外建筑物。

2.3虽然做了软土地基处理,但是措施不力,施工不当造成路堤失稳。

2.4堆料不当,未按规定分层填筑,填土过快,碾压不当,造成路堤失稳。

2.5扰动“硬壳层”或填筑不当,使“硬壳层”遭受破坏,导致路堤失稳。

3处理软土地基的方法

3.1换土垫层法

3.1.1垫层法。其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土,分层碾压或夯实土,按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣;粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力,减少沉降量;常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程,一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理深度为2m~3m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。

3.1.2强夯挤淤法。采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法,在地基中形成碎石墩体;可提高地基承载力和减小变形。适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基,应通过现场试验才能确定其适应性。

3.2排水固结法在软基处理中,袋装砂井和塑料排水板是最常见的、最简单的施工方法。

3.2.1塑料排水板塑料排水板是带有孔道的板状物体插入土中形成竖向排水通道,改善地基的排水条件,缩短排水途径,地基承受附加荷载后排水固结过程大大加快,进而使地基强度得以提高。

3.2.2排水板材料①多孔单一结构型,是一种经特殊加工的两块聚氯乙烯树脂透水板,两极之间仅有若干个点以突缘相接触,而其间留有许多孔隙,故透水性好。该种材料具有耐酸碱、不膨胀、不变质等特点。但排水板在土压力作用下,过水面积将会减少,影响排水效果。②复合结构型,内为用聚氯乙烯或聚丙烯作成的芯板,外面套以用涤伦类或丙烯类合成纤维制成的滤膜,板宽一般为100mm,厚3~4mm。

3.3振密、挤密法振密、挤密法的原理是采用一定的手段,通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小,强度提高,达到地基处理的目的。

4深层搅拌桩法的加固原理及其施工中的应用

4.1深层搅拌桩是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥材料作为固化剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处就地将软土和水泥浆液强制搅拌,由固化剂和软土间所产生的一系列物理、化学反应,使软土硬化成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土,从而提高地基强度和增大变形模量。

4.2深层搅拌桩适宜于处理淤泥、淤泥质土,地基承载力不大于120kpa的粘性土和粉性土等土层。其施工时无振动、无噪音、无污染,且施工工期短等因素,已被利用于建筑行业的各种地基加固工程中。

5室内配比试验

5.1土性分析取原位土进行土工试验,该工点土层从上至下依次为:淤泥质砂粘土、粘砂土、细砂、砂粘土。

5.2配比试验采用1:0.48的水灰比,并分别取13%、15%及17%的水泥掺入量拌制成水泥浆液,与上层原位土(即淤泥质砂粘土)搅拌制成土桩试块,按土工试验技术规程进行养生后测出不同龄期土桩试块的无侧限抗压强度。

根据配比试验结果,施工中采用水灰比为1:0.48,水泥掺入量15%,即每米土桩57kg水泥的配比进行控制。

6施工机械

水泥搅拌桩的施工机械为钻机、粉浆机和空压机。

钻机:是水泥搅拌桩的主要成桩机械,应具有动力大、操作灵活、能按不同速度均匀地正向钻进和反向提升、能前后左右自行移动的功能。

喷浆设备:是定量发送浆体材料的设备,包括储灰罐、发送装置、计量控制装置等,是施工的关键设备。

压缩机;力水泥搅拌桩施工提供一定压力的气源,使水泥浆液克服喷浆口土体阻力而喷入土中。

7施工工艺

深层搅拌桩的施工程序:桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

7.1定位搅拌机移动至设计桩位,对中,桩位误差控制在5cm之内,当地面起伏较大时,应调整起吊设备保持水平,钻杆倾斜度不大于1.5%。

7.2制备水泥浆按配比试验确定的配比拌制水泥浆,压浆前水泥浆要搅拌均匀,并保持水泥浆数量满足制桩要求,以免发生断桩现象。

7.3喷浆下搅启动搅拌机电动,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架边搅拌切土边喷浆下沉,下沉速度由电机的电流监测表控制,一般工作电流不应大于70A。

7.4提升搅拌搅拌头喷浆下沉到设计深度后,确定水泥浆的输出量,若输出量不足,在提升搅拌过程中继续喷浆,直到满足为止,同时严格按试桩确定的速度提升搅拌头。

7.5重复搅拌搅拌头提升至设计顶面标高后,为使软土和水泥浆搅拌均匀,需进行重复搅拌。复搅过程为:将搅拌头边旋转边沉入土中,至设计加固深度后,再将搅拌头搅拌提升出地面。

7.6成桩、移位

8施工注意事项

8.1严格按设计水泥掺入量、水灰比配制水泥浆,水泥不可有结块硬化。

8.2水泥浆要经过过滤器清除杂物后才能输入搅拌轴,同时贮浆池的容量应足中有余,防止浆液供给不足而导致断桩。

8.3在钻搅施工中不得停浆,一旦断浆,立即将钻具提到断浆处上部1m处,再重新钻搅喷浆下进,严禁自断浆处续接,以保证成桩的连续性。

8.4因机械事故使配制的水泥浆发生凝稠状态时,必须更换,不得再用。

8.5钻搅提升复搅应采用反转,不得正转提升,以免将土带起造成空洞以致空心转。

9结语

公路软基处理属于隐蔽工程,如施工质量不好,一旦被路堤等构筑物所覆盖,便构成隐患且不好检查及补救。因此,施工的技术人员必须意识到软土地基的危害性,坚决以数据说话,认真测定基底的承载力,并根据不同的地质情况,不同的投资和工期要求,采用切实可行的处理方案,同时一定要采集路基施工后的工后沉降数据,积累经验,为今后的施工打下坚实的基础。

第三篇:松木桩处理软土地基的设计与施工

1 罗源县起步溪护国段防洪工程挡墙基础松木桩的设计计算

罗源县起步溪护国段防洪工程H右2+780--H右3+733.4软基堤段采用松朩桩软土地基处理。

本堤段H右3+160典型断面挡墙高6.98m, 浆砌石衡重式挡墙, 迎水坡1:0.1, 背水坡台上部1:0.3, 台以下1:-0.2, 台宽1.15m.C20砼埋石底板宽4.13m, 厚0.8m. 片石充砂填层1.0m. 基础底板埋深1.0m, 设计基底应力为P=83KPa. 工程地址处为软土地基. 根据地质勘察资料, 各土层的物理力学指标见” 罗源县护国溪路堤工程地质勘察技告” 表5。建基3.16m至一2.86m之间土层为淤泥质土,其地基承载力基本容许值为50KPa。-2.86m下土层为卵石层,其地基承载力基本容许值为350KPa。天然地基承载力不能满足要求,必须进行处理。经分析比较,拟采用松木桩处理地基。设计松木桩桩长6m,桩头径200mm,尾径120mm。,土的内摩擦角为7.4度,桩周摩擦力标准值为13 kN/m2。桩距应根据单桩承载力确定。 1.1 按照桩材强度确定的单桩承载力

Ra=ψα[σ]AP(1) 式中:Ra———单桩承载力标准值(kN); ψ———纵向弯曲系数,与桩间土质有关,一般取1; α———桩材料的应力折减系数,木材取0.5; [σ]———桩材料的容许应力,φ200mm的松木桩[σ] =2700kPa; Ap———桩端截面积(m2)。

故Ra=1×0.5×2700×π×0.1×0.1=42.41 kN/根 1.2 按照土抗力确定单桩承载力

松木桩在土中形成摩擦桩,其单桩承载力标准值按下式 计算: Ra=μ∑qsili+αqpAp(2) 式中:μ———桩身平均周长(m); qsi———桩周第i层土的侧阻力标准值(kPa); li———桩穿越第i层土的厚度(m); α———桩端天然地基土的承载力折减系数,取0.5; qp———桩端地基土的承载力标准值(kPa); Ap———桩端截面积(m2)。 将已知条件代入上式,得

Ra=π×0.16×13×6+0.5×350×π×0.06×0.06=41.19kN/ 取上述两种计算方法中单桩承载力较小值者,即Ra=41.19kN/根,然后根据单桩承载力确定桩距s。

s=R/Ra=126/41.19=3.1,即每平方米至少3.1根桩。实际设计中松木桩采用600×600正方形布置,面积置换率为(π×0.1×0.1/0.6×0.6)8.72%。

1.3复合地基承载力计算软弱地基经松木桩处理后实际形成复合地基,其承载力标准值按下式计算: fspk=mRa+β(1-m)fsk (3) Ap式中:fspk———复合地基的承载力标准值(kPa);

m———面积置换率; Ap———木桩的截面积(m2); fsk———桩间天然地基土承载力标准值(kPa); β———桩间土承截力折减系数,取β=0.8; Ra———单桩竖向承截力标准值(kN)。 将上述已知条件代入(3)式,得

fspk=0.0872×41.19/(0.1×0.1π)+0.8×(1-0.0872)×50=150.84 kPa>126.43 kPa,满足要求。 1.3下卧层强度验算

根据地质勘察资料可知,复合地基下卧层为卵石层,其地基承载力基本容许值为350KPa, 为坚硬下卧层, 不进行下卧层强度验算.

第四篇:软土地基松木桩处理技术

一. 软弱地基的种类及常见的处理方法

软弱地基的种类很多,按成因一般可分为人工填土类地基;海相、河流相和湖相沉积而成的含淤质粘土类地基;各种山前冲积、洪积相所形成的夹卵石、漂石的粘土类地基。复杂的成因造成了它们在物理力学性能上的复杂性,它们的共同特点是承载力低、压缩性高。目前对厚度较大的软弱地基一般采用各类钢筋混凝土桩进行处理,对含水量和孔隙比较大的软弱地基一般采用砂桩、石灰桩,化学灌浆或堆载预压等方法处理。各种处理方法都有较强的针对性,处理方法选择是否合理,直接影响到建筑物的设计是否安全和节约。在实际工程中,松木桩处理软弱地基的问题较少提及,笔者认为在条件许可的情况下采用短木桩处理某些软弱地基不仅施工较为便捷,而且费用也较为经济合理。 二. 用松木桩处理地基的实例

在实际工程中软弱地基普遍存在,对于一些层数较低、荷载较轻的建筑物地基或遇局部暗塘的情况,大多是采用松木桩处理地基的。下面就110KV鹿山变电所主控楼的地基处理作一简要介绍。 (1) 工程的地质概况

该工程位于鹿山附近,建筑面积650m2,两层全框架结构。地质剖面自上而下由杂填土、淤质粘土、含淤质砾砂卵石、粉质粘土及粘土构成。

淤质粘土呈软塑状,下部的含淤质砾砂卵石呈中密状,是较为理想的持力层。持力层的实际埋深约4米。当时曾考虑用砼短桩或换土垫层法处理,经技术经济比较确定了松木桩的处理方案。 (2) 松木桩的设计计算

在设计中短木桩用作挤密桩时可按下式设计: S=0.95d√(1+ e0)/( e0- e1)

n=A/AP S――桩的间距(m) d――桩径(m)

e0――挤密前土的天然孔隙比

e1――挤密后作要求达到的孔隙比,可按地基所需的承载力设计值再根据《建筑地基基础设计规范》附录五附表5-3或5-4确定 n――每m2桩的根数

A――每m2地基所需挤密桩面积,A=( e0- e1)/(1+ e0) AP――单桩横截面积(m2)

在设计中,当桩端有硬壳层存在时,可作为端承桩,按下式计算: Pa=Ψα[σ]A -----------------(a) Pa――单桩承载力

Ψ―――纵向弯曲系数,与桩间土质有关,一般可取1 α―――桩材料的应力折减系数,木桩取0.5 [σ]――桩材料的容许压力,kPa

本实例中柱下独立基础附加应力及自重总值为950KN。选③层为桩端持力层,地基土的容许承载力经综合分析后取值130kPa,基础埋深1.5米,经计算基础尺寸为2.6*2.9m2。持力层埋藏较浅,因而采用端承桩设计。根据(a)式,当以松木为材料,桩直径为15cm时,[σ]为2773.4kPa

Pa=1*0.5*2773.4*(0.15/2)2*π=24.5KN/根 每平方米所需桩数为

n=950/(2.6*2.9*24.5)=5.14根/m2 实取5根/m2 该工程的桩基底面积为210m2,所需桩数: 210*5=1050根

桩的布置按梅花形: 全部打桩完毕后,在桩顶面铺设20cm厚片石灌石子,加以夯实,然后再做基础。 (3) 经济效果分析

软弱地基的松木桩处理技术

根据建筑预算定额,φ15cm的松木桩2.5m长每根桩工料费为15元/根,总费用1050*15=1.575万元。若用12cm*12cm混凝土预制短桩约需5.1万元;若用换土垫层则需2.4万元,并且因地下水位较高,换土施工难度很大。显然用松木桩方案为首选。该工程1999年5月竣工两年多来,通过使用和观测证明,结构稳定安全。

三. 松木桩处理软弱地基的适应条件

根据笔者在软土地基上工程建设的实践经验,软土地基的设计之前必须认真进行工程地质勘察和土工试验。只有查清土层和土质的情况,才能正确地进行设计和施工;再者,必须从场地的土层和土质的特点出发,对地基与基础的结构、施工及使用等方面进行综合考虑,通过方案比较、合理地选择地基处理方案。一般软土厚度小于5m时较为适宜用松木桩处理,为了便于打桩,桩长不宜超过4m。作端承桩时,为了保证桩尖能进入持力层,上部可先开挖至基础的埋深后再打桩。桩的材料必须用松木,因松木含有丰富的松脂,这些松脂能很好地防止地下水和细菌对其的腐蚀,价格也较为便宜。松木桩适宜在地下水以下工作,对于地下水位变化幅度较大或地下水具有较强腐蚀性的地区,不宜使用松木桩。

实践证明,短木桩处理软弱地基时,有施工方便、经济效益明显的优点,它可避免大量的土方开挖,因而在松木资源较为丰富的地区,用松木桩处理软弱地基在经济和技术上是可行的,它不失为一种处理软弱地基的有效手段。

第五篇:城市道路桥梁施工中的软土地基处理措施

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城市道路桥梁施工中的软土地基处理措施

城市道路桥梁施工中的软土地基处理措施

摘要:随着我国经济的发展,需要在越来越多的特殊土上进行工程建设活动,软土的涵盖范围扩大,已逐渐成为工程建设领域中的一个热门课题,近些年大面积的填海造陆、吹填砂处理也逐渐纳入软土地基处理研究的范围,软弱地基因其低承载、高压缩、大孔隙、不稳定、难处理的通性,已经成为公路、桥梁等工程建设过程中的普遍遇到工程技术难题。

关键词:道路;桥梁;软土地基;处理

Abstract: With the development of our national economy, need special soil in more and more on engineering construction, soft soil coverage expansion, has gradually become a hot topic in the field of engineering construction, in recent years, large areas of land reclamation, reclamation treatment also gradually into the research of soft soil foundation treatment scope, weak genes, high compression, low bearing large pores, unstable, refractory nature, has become the process of highway, bridge engineering construction in the common engineering technical problem.

Key words: road; bridge; soft soil foundation; treatment

中图分类号:TU471.8文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)

一、软土地基的工程特性

据我国《岩土工程勘察规范》(GB 50021--2002)中的定义,凡天然孔隙比大于1.0,且天然含水量大于液限的细粒土为软土,包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土。除此之外,软土还包括部分冲填土、杂填土、人工吹填土等软弱土层。软土一般是在静水或缓慢水流环境下沉淀形成的饱和、大孔隙粘性土,通常夹杂有贝壳、泥炭或生物残骸等。软土地基通常具有以下工程特性。

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1.大孔隙比:由于其形成条件和土体颗粒组成的内在特性,软土土体颗粒之间空隙很大,天然空隙比通常大于1,土体含水量通常处于饱和状态,天然含水量接近或大于液限。

2.低承载力:软土地基抗剪强度很低,天然地基承载力一般不大于60KPa,不排水抗剪强度一般小于30KPa,未经处理加固,通常无法满足承载要求,处理加固不善,往往由于地基承载力不够造成建筑倒坍、结构破坏等质量事故。

3.高压缩性:软土由于孔隙比大,土体颗粒间结构不连续,而具有高压缩性的特点,压缩系数α1-2, 一般在0.5~2.0MPa-1 之间,有的可达2.3MPa-1。软土地基固结周期长,承载后变形大,长期不能稳定,容易造成地面大面积下沉、基础底板不均匀沉降,梁柱等结构件开裂等问题,从而影响正常使用性能,进而造成建筑结构破坏等。

4.高灵敏度、不稳定:软土结构非常灵敏,易于破坏,其灵敏度在3~16 之间,受到扰动(振动、搅拌等)后,强度显著降低,且很难恢复。同时软土具有流变性,变形持续发生,沉降稳定历时长,一些深厚的软土沉降持续数年甚至数十年之久。

5.渗透性差,处理难:软土具有亲水性,渗透性很差(渗透系数约在10-7~10-9cm/s 之间,水平方向约在10-4~10-5cm/s 左右),土体中得水分大部分与固体颗粒形成结合水,内部水分很难排除,因此夯实、挤密、排水、胶结等通常的加固原理很难对其产生本质性的工程性能改良。

二、软土路基的危害

软土路基问题及其危害概括起来主要有如下两个方面:(1)强度及稳定问题。当软土路基的抗剪强度不足以承受路堤及路面外荷载时,软土路基会产生局部或整体剪切破坏,造成路堤塌方、失稳及桥台破坏。(2)沉降变形问题。当软土路基在上部荷载及外部荷载作用下产生过大的沉降变形时,会影响道路的正常使用。特别是产生过大的不均匀沉降时,会造成路面开裂破坏,结构物与路堤衔接处差异沉降,引起桥头跳车,涵身、通道凹陷,沉降缝拉宽而漏水;路面横坡变缓、积水,从而引起路面损坏等。

三、软土地基处理措施

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基础是桥梁和地基之间的连接体。基础把桥梁竖向体系传来的荷载传给地基。从平面上可见,竖向结构体系将荷载集中于点,或分布成线形,但作为最终支承机构的地基,提供的是一种分布的承载能力。

如果地基承载力不足,就可以判定为软弱地基,就必须采取措施对软弱地基进行处理。软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时,应按局部软弱土层考虑。勘察时,应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况,根据拟采用的地基处理方法提供相应参数。冲填土应了解排水固结条件;杂填土应查明堆积历史,明确自重下稳定性、湿陷性等基本因素。

常用的地基处理方法有:换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法等。

1.换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力,减少沉降量,加速软弱土层的排水固结,防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。

2.强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土,软一流塑的粘性土等地基上对变形控制不严的工程,在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度,减少压缩性,改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性。对饱和粘性土宜结合堆载预压法和垂直排水法使用。

3.砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基,提高地基的承载力和降低压缩性,也可用于处理可液化地基。对饱和粘土地基上变形控制不严的工程也可采用砂石桩置换处理,使砂石桩与软粘土构成复合地基,加速软土的排水固结,提高地基承载力。

4.振冲法分加填料和不加填料两种。加填料的通常称为振冲碎石桩法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土和饱和黄土地

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基,应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中、粗砂地基。振冲碎石桩主要用来提高地基承载力,减少地基沉降量,还可用来提高土坡的抗滑稳定性或提高土体的抗剪强度。

5.水泥土搅拌法分为浆液深层搅拌法(简称湿法)和粉体喷搅法(简称干法)。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用此法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕,受其搅拌能力的限制,该法在地基承载力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。

6.高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时,应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大,除地基加固外,也可作为深基坑或大坝的止水帷幕,目前最大处理深度已超过30m。

7.预压法适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。按预压方法分为堆载预压法及真空预压法。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。当软土层厚度小于4m时,可采用天然地基堆载预压法处理,当软土层厚度超过4m时,应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程,必须在地基内设置排水竖井。预压法主要用来解决地基的沉降及稳定问题。

8.夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。该法施工周期短、造价低、施工文明、造价容易控制,目前在北京、河北等地的旧城区危改小区工程中得到不少成功的应用。

9.水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应根据地区经验或现场试

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验确定其适用性。基础和桩项之间需设置一定厚度的褥垫层,保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。该法适用于条基、独立基础、箱基、筱基,可用来提高地基承载力和减少变形。对可液化地基,可采用碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩多桩型复合地基,达到消除地基土的液化和提高承载力的目的。

10.石灰桩法适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、杂填土和素填土等地基。用于地下水位以上的土层时,可采取减少生石灰用量和增加掺合料含水量的办法提高桩身强度。该法不适用于地下水下的砂类土。

11.灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基,可处理的深度为5-15m。当用来消除地基土的湿陷性时,宜采用土挤密桩法;当用来提高地基土的承载力或增强其水稳定性时,宜采用灰土挤密桩法;当地基土的含水量大于24%、饱和度大于65%时,不宜采用这种方法。灰土挤密桩法和土挤密桩法在消除土的湿陷性和减少渗透性方面效果基本相同,土挤密桩法地基的承载力和水稳定性不及灰土挤密桩法。

四、软土地基的工程应对措施

软土地基强度低、压缩性较高,加载变形大,沉降稳定周期长;即便采取了地基处理措施,使得地基承载力满足要求,也极易因变形过大而影响正常使用功能,同时也可能因不均匀沉降造成柱倾覆或折断坍塌等危害。因此在软土地基上进行工程建设活动时,除了采取合理适用的地基处理方法外,还须在结构设计以及施工中采取科学合理的应对措施。

1.措施

(1)设计应力求体形简单、荷载均匀,过长或复杂的结构,应设变形缝。

(2)注意减小荷载和软土地基的附加应力。

2.结构措施

(1)选用筏板基础或箱形基础,提高基础的刚度和整体性,减小基底附加压力,减小不均匀沉降。

(2)充分利用表层硬土,合理设置基础深度,采用浅埋基础方

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案,避免上部硬土层被刺穿破坏,尽量降低下部软土的附加应力。

3.施工措施

(1)合理安排施工顺序,一般应先施工高度大、重量重的部分,后施工高度低和重量轻的部分,并尽可能加大两者间的时间问隔,以减少部分差异沉降。

(2)控制施工速度和加载速率不要太快,使地基逐渐固结,强度逐渐提高,这样可使地基土不发生流塑挤出,避免建筑物产生局部破坏或倾斜。

(3)基槽开挖时预留约20 cm 厚的保护层,避免扰动土体而破坏土的结构。若已被扰动,应挖去扰动部分,用砂、碎石回填处理。

五、结语

城市道路桥梁软基处理属于隐蔽工程,如施工质量不好,一旦被路堤等构筑物所覆盖,便构成隐患且不好检查及补救。因此,在软土地基进行设计与施工时,必须从地基、结构、施工、使用等各方面综合全面地考虑,采取合理适用的地基处理方法,提高地基承载力,减小不均匀沉降,保证结构的安全和正常使用。

参考文献:

[1]陈嘉富.连盐高速公路软基处治技术探讨[J].山西建筑,2007.

[2]李海梁,谭红鑫,谢永彰.软土处理探讨[J].公路与汽运,2005.

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