[摘 要] 介绍了高速公路软土地基土质的基本性质及鉴别方法, 分析了下沉原因, 结合实际提出了较为适用的防治措施,其中包括抛片石挤淤、换填砂砾、袋装砂井法、粉喷桩、堆载预压法等, 以期指导实践。
[关键词] 高速公路 软土地基 下沉
防治措施软土主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。淤泥是指在静水或缓慢的流水环境中沉积并含有机质的细粒土, 其天然含水量大于液限, 天然孔隙比大于1. 5; 当天然孔隙比小于1. 5而大于1. 0时称为淤泥质土。泥碳是指喜水植物遗体在缺氧条件下, 经缓慢分解而形成的泥沼覆盖层。其特点是持水性大, 密度较小。软土泛指淤泥、淤泥质土及泥碳, 是第四纪后期于沿海地区的滨海相、泻湖相、三角洲相和溺谷相, 内陆平原或山区的湖相和冲击洪积沼泽相等静水或非常缓慢的流水环境中沉积, 并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。软土的组成和状态特征是由其生成环境决定的。软土具有下列物理力学特性: 1) 高含水量和高孔隙性; 2)渗透性弱; 3 ) 压缩性高; 4 ) 抗剪强度低; 5) 较显著的触变性和蠕变性。
1.软土地基通病特征
填方路基填土后沉降迅速或不均匀沉降量超过设计允许值,路面出现纵横坡变碎, 行车颠簸; 路面出现纵横裂缝, 严重时裂缝变宽, 裂缝向土路肩边缘延伸, 裂缝处出现错台, 形成滑落面; 或在两种不同处理交界处由于没有设置渐变段造成交界处形成沉降突变。
2.软土地基下沉原因分析
1)选择填料不当, 按照JTG F10-200 公路路基施工技术规范,将不得使用淤泥等劣质土、液限大于50、塑性指数大于2 的土以及含水率大于规定的土。2) 地下水和地表水: 水侵入路基,引起路基内水位上升, 填料中含水率增大, 强度、稳定性降低, 造成路基下陷等破坏3)设计方面: 地基勘察资料不全, 局部沟塘、横向地基软土分布及深度变化不清, 钻孔或静力触探布点不足,设计依据不充分, 使得软土地基处理方法不当或处理深度不够,预压期不足造成以上通病。4)施工方面: 软基处理后, 填土加载过快, 尤其在接近或超过临界高度时, 仍快速填筑, 未能进行仔细沉降动态控制, 路堤失稳; 施工过程中质量把关不严, 未能达到软基处理设计要求。高填土路堤由于压实度不够而下沉, 特别是桥台和通道台后填土下沉, 由于柔性的填土与刚性结构衔接处, 二者刚度、稳定性方面差异较大, 加之填土高达 m ~ 1 m 以上, 压实不够而导致下沉。
3.软土地基防治措施
JTG D30 2004公路路基设计规范中规定: 高速公路路面设计使用年限内, 一般路段工后沉降值不大于30 cm, 涵洞、通道处不大于20 cm, 桥台与路堤相邻处不大于10 cm, 达不到这个要求时, 需对沉降进行防治处理, 其目的是改善地质力学性能, 增加稳定性。软土路基防治, 首先要提高路基设计质量, 方案要切实可行,又要经济可靠。设计工作开始前要对沿线的地质地层情况、各类土质、路基填土借土场作填料的土进行全面的调查和试验, 摸清可用作填土的质量和数量, 以便合理调配和使用, 在此基础上制定出合理的软基处理方案。目前, 国内软土地基处理的方法有抛石挤淤、砂砾垫层、换填砂砾、袋装砂井、塑料排水板、粉喷桩、土工布加固地基和路堤、反压护道、堆载预压、挤密桩等等, 下面介绍几种有效的处理方法。
3.1 抛片石挤淤施工
抛片石挤淤施工适用于池塘、沼泽和河流等积水洼地, 常年积水且不容易抽干, 表面雅硬壳, 软土液限指数大, 片石能沉至下卧层的情况。路基在清表后, 抄平、放线; 再从路堤中心呈等腰三角形向前抛填, 渐次向两侧对称抛填至全宽, 片石尖头朝下、干插, 使泥沼或软土向两侧挤出。待片石抛出软土或抛出水面后,应用较小的小石块填塞整平, 并用重型压路机压实, 以使填石紧密, 并在其上铺设反滤层后再进行填土。
3.2 换填砂砾
在高速公路施工中遇到含水量较高, 软弱层较浅, 且易于挖除不适宜材料时, 一般采取挖除换填法, 包括受压沉降较大, 甚至出现变形的软基和泥沼地带。处理这种地基, 开挖前要做好排水防护工作, 将开挖出的不适宜材料运走或做处理, 然后按要求分层回填, 回填材料一般采用砂砾或其他适宜材料。砂砾垫层在施工过程中雅明显的粗细集料离析现象; 砂砾垫层的高度、厚度、干密度、平整度应符合设计要求。
3.3 袋装砂井法
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。在桥涵与路基相结合部宜采用本方法。
3.4 塑料排水板
将带状塑料板用插板机插入软土中, 然后在上面加载预压,土中水沿塑料板的通道溢出, 使地基得以加固, 塑料板和袋装砂井均属竖向排水体预压, 因塑料排水板具有插板机械轻、效率高、对土体扰动小、造价低等优点而被广泛采用。塑料排水板断面尺寸为10 cm ~0. 5 cm, 间距以1 m ~ 2 m 为宜, 一般按正方形、等边三角形两种形式布置, 对于轻薄的软土层, 排水板长度以贯穿软土层为宜, 对于较厚的软土层, 应打到设施计算的位置为宜。插板施工中, 要严格控制打设深度, 防止出现 回带!现象。这种方法像天津的唐津高速公路和京沈高速公路等都是利用塑料排水板法处理软基的。
3.5 粉喷桩
粉喷桩是一种较新的软基加固方法, 该方法是用于水泥、石灰等粉体材料作为加固材料, 通过专制的深层搅拌机械, 将地基深处粘土与加固料强制拌和, 使之硬化而提高软土地基强度。粉喷桩径50 cm, 桩距1 m ~ 2 m, 桩长应贯穿整个软土层, 一般为10 m ~ 12 m, 以充分发挥其效果。根据国内外大量的室内外试验和实验, 粉喷桩强度随水泥剂量的增加而提高, 一般掺量在15%左右, 它的初期强度较大, 1 d强度为28 d强度的 0%。我国最早在1992年沪宁高速公路作试验场, 随后国内公路大量使用这种方法。
3. 粉煤灰路堤
粉煤灰具有自重轻、压缩性小、渗透性好、强度高等较好的工程特点。对软土地基上的高路堤是一种理想的轻质材料。粉煤灰本身有自凝性, 它具有火山灰特性, 在碱性激发下, 产生水化物, 发生凝硬作用, 可提高强度, 其自身较轻, 有效降低基层应力,对减少软基高路堤的沉降十分有效, 同时, 粉煤灰压扁系数较小,经实测, 其压扁系数为0. 13MPa, 仅为土的40%左右, 路堤沉降量小, 约为土路堤沉降量的一半, 粉煤灰的击实曲线平缓, 在施工中含水量控制范围较宽, 一般略大于最佳含水量的3% ~ 10%为宜,为防止粉煤灰扬灰和水蒸发, 粉煤灰采用粘土包边和封顶, 两侧包边土宽100 cm 左右, 中间填粉煤灰路堤采用逐层压实, 路堤达到了顶面标高应及时封顶。这种方法目前在全国已较为普遍, 我们山西也大量用粉煤灰填筑路堤效果很好。
3.1 堆载预压法
土是由固相、液相和气相三相结合的分散体系, 对软基实施加载荷时, 孔隙水流出土颗粒骨架承担的应力越来越大, 土颗粒重新调整, 彼此紧密, 形成密实整体, 软基得以加固。利用路堤堆载预压法是最经济的处理方案, 它的加固效果实在, 消除工后沉降作用明显, 但所耗时间较长。
总之, 通过多年的高速公路施工, 确定软土地基加固是一个比较复杂的问题, 选用何种加固措施与工程质量、工期、工程造价密切相关, 因此, 必须在取得可靠的地质资料和试验数据后, 因地制宜, 具体确定加固措施。
参考文献:
[1] 孔宪立. 工程地质学[ M ]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2005.
[2] JTG F10-200 , 公路路基施工技术规范[S].
[3] JTG D30-2004, 公路路基设计规范.
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发表于 2020-6-26 16:18:10
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