公路软基处理技术浅谈
摘要:本文分析了软基处理中对各种材料的要求,阐述了公路建设中软基处理技术的种类和适应范围,为公路建设软基处理提供参考。
关键词:公路;软基;处理
1前言
我国公路建设正在迅速发展,然而路基的软基处理仍然是公路建设中的技术难题。地形的复杂多样性决定了不同的地质情况下应采用不同的软基处理方式,即使地质相同情况下,采用不同的软基处理方法也会有不同的效果。因此,将结合工程施工的实际情况对软基处理技术进行分析。
2软基处理材料要求
砂垫层所用的砂料:采用的洁净中、粗砂,含泥量不应大于3%,细度模数不小于2.7,不含有害物质。
袋装砂井所用的砂料:应采用渗水率较高的洁净粗砂,大于0.5mm的砂宜占总重量的50%以上,含泥量不应大于3%,细度模数不小于3.0,有机质含量不大于1%,渗透系数不小于510-3cm/s。
砂井袋采用聚丙烯纺织土工布,装砂后的砂井袋的渗透系数应不小于砂的渗透系数,装砂袋的抗拉强度5cm大于900N。
土工格栅材料采用聚丙烯(PP),高密度聚乙烯(HDPE)或其它高分子聚合物并加有一定的抗紫外线防氧化助剂。性能需符合设计要求。
水泥材料采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。水泥比重为3：1，容重通常采用1300公斤/立方米，水泥的粗细程度，颗粒越细，硬化得越快，早期强度也越高，凝结时间水泥加水搅拌到开始凝结所需的时间称初凝时间，从加水搅拌到凝结完成所需的时间称终凝时间，硅酸盐水泥初凝时间不早于45分钟，终凝时间不迟于6.5小时，实际上初凝时间在1~3h，而终凝为4~6小时，水泥强度应符合国家标准，体积安定性指水泥在硬化过程中体积变化的均匀性能，水泥中含杂质较多，会产生不均匀变形，标准稠度指水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定阻力时的稠度。
3软土地基浅层处理法
浅层处理法适用软弱土层位于地基表面最大深度一般在5m以内,处理方法有表层压实法、换土垫层法、土工织物加筋垫层法及重锤夯实法。浅层处理方法应利用本地资源,投入少、施工简便、速度快、造价低,而且施工质量容易控制。
3.1表层压实法
当地表层软弱土层为砂土或亚粘土等,常采用表层压实加固,其处理效果主要取决于土质、含水率、分层厚度、压实机械性能和压实遍数,压实土的含水率应控制在最佳含水率左右,含水率偏大时采取晾晒或拌人石灰吸水等方法进行预压处理、分层压实。
3.2换土垫层法
地表软弱为饱和淤泥质粘土,一般要求挖后换填砂(砾)土、碎石、石碴、矿碴等透水性良好的材料,分层填筑采用风积砂填筑,两侧须用含土量小于5的天然砂砾,填筑时宽度≥1m。风积砂属于低粘性土,具有足够的稳定性及透水性,遇水不至过分泡软,沉陷量也小;但在饱和水情况下,极易变成流动状态,并失去承载能力,用天然砂砾进行填筑可消除风积砂的不足之处,同时可排出路基内部的多余水分,切断毛细水发展,用于干燥地区,也可以保证风积砂土不被风刮走,从而保证路基的稳定性。挖除方法主要有挖掘机挖掘法,推土机挖除法等。
3.3土工织物加筋垫层法
砂石垫层及含土量<5%的透水性材料仍为散粒体结构,不能受拉力,抵抗不均匀和限制水平位移的能力也有限,如若增大砂垫层的粘聚力,透水性就降低,当粘粉粒(0.075mm)含量>15,透水性与粘性一致,起不到排水作用。因此工程实践中广泛应用土工织物或土工格栅,其主要作用包括:
土工织物加筋垫层具有一定的抵抗水平拉力能力,即当路堤一垫层一地基产生滑动破坏时,垫层内的土工织物将提供较大的抵抗滑动之拉力,从而提高抗滑稳定性,一般说来,对于抗滑安全系数可提高0.3左右。
土工织物垫层可有效地限制和减小地基的侧向位移和剪应变,有效地降低路基的变形阻断地下水,而土只有当剪应力大于其破坏值才会发生剪切破坏,因此土工织物加筋垫层的水平约束作用有利于增强地基的抗滑稳定性;此外侧向位移减少将使竖向沉降随之减少5%左右。
4深层软基处理技术
4.1袋装砂井法
袋装砂井法是高等级公路软基处理中较为成熟的方法之一,砂井属于地下隐蔽工程,砂井的打设是否符合设计要求,一般只有等到堆载预压后从砂垫层排水量的大小才能准确地了解到其实际的处理效果。倘若排水效果好,则能加速软基固结,将土强度提高。如果在砂井打设后钻孔埋设监测仪器,如地表沉降观测杆,孔隙水压力计等配套设施,就可准确、形象地观测到软基应力的应变状态。由于受条件所限,监测难以实施时,砂井的质量控制关键应是加强施工前材料检查,施工过程的中间控制和最后验收,防止漏打,短桩或打高不到位等情况发生。袋装砂井排水固结措施,其施工简便,费用较低,加固效果较好。施工时将袋装砂放入套管井内,填塞密实,逐节拔出套管,顶面铺设水平砂垫层或排水砂沟。软基中的水分在上部路基填土载荷的作用下,通过砂与水平砂垫层或纵横相连通的排水砂沟相通,形成排水通道,使软基中的水分排走,从而达到排水固结软基的目的。
4.2挤密砂桩法
挤密砂桩是先在软基中间用冲击法或振动法打孔，灌入砂子并捣实。
（一）加固机原理
1.在松散砂土中的作用
由于成桩方法不同，在松散砂土中成桩时对周围砂层或产生挤密作用或同时也产生振密作用。
（1）挤密作用采用冲击法或振动法往砂中下沉桩管和一次拔管成桩时，由于桩管下沉对周围砂土产生很大的横向作用力，这就是挤密作用。有效挤密范围可达3～4倍桩直径。
（2）挤密和振密作用采用振动法往砂土中下沉桩管和逐步拔出桩管成桩时，下沉桩管对周围砂层产生挤密作用，拔起桩管对周围砂层产生振密作用，有效振密范围可达6倍桩直径左右。
2.在软弱粘性土中的作用
（1）置换作用密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土，形成“复合地基”，使承载力提高，地基沉降变小。
（2）排水作用在软弱粘性土地基中，砂桩可以象砂井一样起排水作用，从而加快地基的固结沉降速率。
（二）施工工艺要点
1.施工顺序
在松散砂土中，首先施工外围桩，然后施工隔行的桩，对最后几行桩，如下沉桩管有困难时，可适当增大桩距。
在软弱粘性土中，砂桩成型困难时可隔行施工，各行中的桩也可间隔施工。
2.质量控制
（1）冲击法成桩。单管法施工时，控制拔管速度为1.5～3m/min，以保证桩身连续性，而桩直径是以灌砂量来控制；双管法施工时，锤击内管和外管将砂压实，按贯入度控制，保证桩身的连续性。
（2）振动法成桩。主要控制拔管的速度，如一次拔管法，拔管1m控制在30秒内；逐步拔管法，每次拔起0.5m，停拔续振20s。
结束语
公路在通过软土地区时,路基在施工期间的稳定性和建成后的剩余沉降,差异沉降是工程建设人员极为关注的问题,而地基处理技术是解决该问题的主要手段,目前对软土地基处理方法很多,各有各的长处,应用时要因地制宜,结合所处路段的实际情况定出比较好的方案,并且应对复合地基选择合适的检测手段进行检测,确保施工质量