公路软土地基处理方法研究

2022-10-25

1 软土定义及基本工程特性

1.1 软土的定义

从广义上说, 软土是指强度低、压缩性高的软弱土层。《岩土工程勘察规范》 (GB50021-2001) 规定:天然孔隙比大于或等于1.0, 且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土, 包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。淤泥和淤泥质土等软土一般是第四纪后期在滨海、湖泊、河滩、三角洲、冰琐等地质环境下沉积形成的, 其中还有部分冲填土和杂填土。这类土大部分是饱和的, 含有机质, 天然含水量大于液限, 天然孔隙比大于1.0。当天然孔隙比大于1.5时, 称为淤泥;天然孔隙比大于1.0而小于1.5时, 则称为淤泥质土。

1.2 软土基本特性

(l) 具有高含水量、低强度、高压缩性、低透水性、高灵敏度的特点。该类土压缩沉降量大, 排水固结缓慢, 地基稳定性差。

(2) 一般为絮状结构, 尤以海相粘土更为明显。这种土一旦受到扰动, 土的强度显著降低, 甚至呈流动状态。因此, 在软土层中进行地基处理时, 若不注意避免扰动土的结构, 就会加剧土体的变形, 降低地基土的强度, 影响地基处理的效果。

(3) 往往存在硬壳层。这是由地表部分风化、淋洗作用形成的, 该硬壳层具有中等或低压缩性, 以及较高的强度和较强的结构性。硬壳层破坏以后, 加荷初期沉降、侧向位移、差异沉降均较大, 因此路堤高度为2m~3m时, 可充分利用硬壳层而不处理软土。

(4) 具有明显的流变性。在荷载的作用下, 软土承受剪应力的作用产生缓慢的剪切变形, 并可能导致抗剪强度衰减, 在主固结沉降完毕之后还可能继续产生较大的次固结沉降。

2 公路软土地基的处治方法

2.1 表层排水法

对土质较好因含水量过大的软土地基, 在填土之前, 地表面开挖沟槽, 排除地表水, 同时降低地基表层部分的含水率, 以保证施工机械通行。 (1) 沟槽的布置。沟槽布置要考虑利用地形自然坡度排水;填土沉降要注意坡度的变化;防止来自四周挖方部分的地表水、渗透水浸入填土;沟槽的间隔要尽可能加密, 以增大排水能力, 即使有部分沟槽被切断也不会妨碍整体排水。 (2沟槽的构造。沟槽的尺寸一般取0.5m, 深05m~1.0m。填土之前在沟槽内用透水性良好的砂 (砂砾) 回填成为盲沟。纵向盲沟一般沿道路纵向或中央纵向开挖, 横向盲沟一般间距10m~15m布置。沟槽内埋设多孔排水管时, 必须用优质反滤层加以保护。

2.2 砂垫层法

对于地基上部软土层极薄且含水量大时, 在软土地基上敷垫0.5m~1.2m左右厚的砂垫层。这样可达到固结软土层, 使砂垫层起到上部排水层作用;同时, 砂垫层又成为填土内的地下排水层, 以降低填土内的水位;在进行填土地基处理施工时, 为施工机械提供良好的通行条件。

(1) 砂垫层的设置。如采用机械施工, 在确定砂垫层厚度时, 应考虑机械的重量, 轮胎对地面的接触压力, 偏心程度及软土地基表层强度等。

(2) 砂垫层的施工。砂垫层施工时应设放样板。摊铺作业一般采用自卸汽车与推土机联合操作。要尽量做到均匀一致。用透水性差的粉土作填料时, 其坡脚附近的砂垫层一旦被土覆盖, 就有可能妨碍侧向排水, 因此对砂垫层的端部要妥善处理。

2.3 敷垫材料法

对于地基土层不均匀, 可能发生局部不均匀沉降和侧向位移, 可利用所敷设材料的抗剪和抗拉力, 来增强施工机械的通行, 均匀地支承填土荷载、减少地基局部沉降和侧向位移, 以提高地基的支承能力。敷垫材料主要有化纤无纺布、土工布、玻璃纤维格栅等被广泛使用。

(1) 施工时应注意地基表层强度, 施工机械重量, 以及填土荷载大小和宽度等, 应选用合适的敷垫材料。

(2) 施工机械通过区域, 使局部地段产生较大的拉应力, 应作特别的补强。

(3) 敷垫材料四周应超过填土边缘, 端部卷入填土内, 上面用填土压紧。

(4) 在特别软的地基上进行第一层填土时, 可使用手摇传送带撒铺, 有时也用皮带抛射式撒砂机撒铺。

(5) 第一次撒布厚度应尽可能薄一些并应使用透水性好的河砂为材料。含砾石时, 要注意不使其损坏敷垫物。

2.4 竖向排水法

在黏性土地基中设置垂直的排水柱以缩短排水距离, 促进地基排水固结, 增加抗剪强度。由于垂直排水柱所用材料不同分为砂井和纸板排水两种, 下仅就砂井排水法做以介绍。砂井排水法根据砂井的施工方法不同, 可分为打入式、振动式、螺旋钻进式、水射式及袋装式等, 无论何种方式一般的沉入深度为15m~20m, 超过这一深度工程费用明显增大。本法很少单独使用多与加载法或缓速填土法并用, 对土层厚大, 均质的黏土地质最为有效;对泥炭质地基效果稍差。

2.5 深层搅拌桩法

深层搅拌桩法加固软土地基是利用水泥或水泥浆作为固结剂, 通过特制深层搅拌机械, 在地基深部就把软土与固结剂强制拌和, 使其成为具有较好整体性、水稳性, 又能满足强度要求的加固土体。这些加固土体与天然地基形成复合地基, 共同承担上部荷载, 极大的提高了地基承载力。

2.6 挤密桩法

挤密桩法就是在土基中成孔后, 在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等材料, 捣实而成直径较大的桩体, 利用横向挤密作用, 使地基土颗粒挤密, 孔隙减小, 从而提高地基承载力, 减小地基土的变形。若孔中灌砂, 形成砂桩, 可有效防止砂土基底的振动液化, 适用于处理松砂、杂填土和粘粒含量不大的普通黏性土;如果孔中填石灰, 利用生石灰的吸水、膨胀、发热及离子交换作用, 可以改善原地基土的性质, 促使桩体硬化, 减小因周围土的蠕变所引起的侧向位移, 适用于处理挤密软土地层。

2.7 强夯法

强夯法又称振动固结法, 是指反复地将一个8t~40t的重锤从6m~40m高处自由落下, 对湿软地基进行强力夯实。利用在地基中所产生的冲击波和动应力, 可以加速土体的固结, 提高地基土的强度。加固后的土基, 承载力会明显提高, 沉降量也会减小。此法适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基的处理。

3 结语

软土地基在公路工程中造成的危害很大, 如引起路基的滑移、开裂, 路面的起伏不平, 桥涵通道处的跳车颠簸等等。如何进行软基处理, 一直是困扰公路建设者的一大难题。而上述的一些加固处理措施, 就是为了增加地基承载力, 提高地基强度, 减小地基沉降量, 使过往车辆及司乘人员能安全、快速、舒适地行驶在公路上。但是, 在实际工程中应综合考虑经济、水文、地质、材料、机械设备能力等各方面因素, 选取最为经济合理的软土地基处理方案。

摘要：近几年来, 公路建设一直把软土地基处理当作施工中特别重要的问题来关注。在软土地基上修筑路基, 若不加处治, 往往会发生路基失稳或过量沉陷。导致公路破坏或不能正常使用。本文通过介绍软土地基的几种处治方法, 对保证路基稳定性的相关问题进行了讨论。

关键词：公路,软土,方法