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軟土地基泛指那些由淤泥及具有淤泥性質的“軟土”構成的地基,由于其內部含有較多的水分,導致存在較多空隙,表現出承載能力弱、凝固性差、容易變形等問題,整體表現為牢固度差;由于需要對軟土地基進行必要的科學處理,嚴重影響與阻礙水利工程的建設施工質量和進度,為水利工程埋下了安全隱患。以陜北地區常見的濕陷性黃土軟土地基為例,其廣泛分布在陜北及關中兩個區,厚度一般大于10米,地基濕陷等級一般為Ⅱ級到Ⅳ級,有較為敏感的濕陷性,該類軟土地基一般埋藏比較深,這樣濕陷發生可能較為遲緩,其會隨著承受荷載變化出現局部地基破壞或者地基整體滑動現象;也可能導致在開挖深基坑過程中出現基坑隆起、坑壁失穩等問題。因此,必須使用夯實、換填、排水、擠密、加筋和膠結等技術方法加固地基,旨在改良軟土地基的工程特性、降低地基壓縮性變化、提高地基抗剪強度以及改善地基動力特性和透水特性。
2水利工程中有效的軟土地基處理方法
2.1置換填土法置換填土法不失為一種較好的軟土地基處理方法,處理效果較為明顯持久,但由于對客觀條件要求較高,實際操作起來難度較大。具體操作方法是利用灰土、水泥等硬度較高的土質、材料取代軟土,操作過程中注意做到均勻散落于地基之上,目的是保證灑落后土質有更高的承載能力,使其滿足進一步的水利工程施工要求。該種軟土地基處理方法,存在的問題在于其工程量較大,成本較高,不夠經濟,操作實施過程中為了有效控制工程成本,盡量就地取材。為了提高工程地基的防滲透性和地基承載能力,需要對替換后的填土進行再次夯實處理,必要時可以采用分層夯實方法。
2.2排水固結法軟土地基處理,主要是通過各種技術方法來降低地基土質中的水分含量,達到增強土體強度的目的,可以嘗試使用排水固結法處理。通過引入專門的排水設備(如塑料水管、沙井)排出軟土地基內部的水分,以此來減小軟土地基的土孔隙率,促使地基固結發生變形,從而有效提高地基牢固度。排水固結法較適用于那些飽和、軟弱土層;如果是滲透性較低的泥炭土,由于可能導致最終的排水效果較差,應當慎重使用該方法。
2.3夯錘強夯法軟土地基處理方法選擇與地基內部土體性質密切相關,如果是沙土、黃土構成的軟土地基,可以考慮使用夯錘來對軟土進行夯實處理。一般情況下,用于夯實土體夯錘的夯力要求在80kN及以上,以此保證土體牢固,從而保證軟土地基較高的牢固度和穩定性。以南水北調中線一期工程中某河段施工為例,該河段渠道地基為黏砂多層結構,且半挖半填,挖方深度為7.0~10.5m;渠道底板土質為細砂、重砂壤土和中壤土,渠坡由細砂、重砂壤土和中壤土構成,且重砂壤土、細砂土質分布不均,具有中等偏弱的透水性,而重砂壤土有明顯的地震液化潛勢。面對該特點的軟土地基,在水利工程施工過程中可以考慮使用強夯法處理,單擊夯擊能3000kN•m時擊四遍;其中前三遍夯錘落距可以保持在15m,第四遍滿夯過程中落距可以降為5m。使用該技術方法處理完成后,需要對強夯區進行必要的標貫檢測、土樣室內化驗分析,一般情況下都能夠明顯消除重砂壤土的地震液化問題,使處理后質量能夠滿足工程設計要求。如果由于地下水位較高,導致強夯后軟土地基仍然不合格,可以考慮進行墊土輔助處理。
2.4水泥旋噴法水泥旋噴法是一種通過專用旋噴設備形成水泥旋噴樁來提高軟土地基承載能力的方法。該方法較適用于沖填土、軟黏土等土質軟土地基加固。該方法的基本原理是通過在旋噴樁上設置一個能夠發揮特別功能的注漿管,將這個注漿管放入到一定深度的軟土層中,然后緩慢向上提升,這時噴嘴會以一定速度轉動,而注漿管會在強壓力作用下噴出水泥漿液,其與土體接觸融合,在水泥漿液凝固后形成所謂的旋噴樁,達到牢固軟土地基、防止滲水的目的。旋噴樁的強度、牢固度較高,且不容易被壓縮,能夠起到很好的土質改良作用。但是水泥旋噴方法也不是萬能的,在使用該方法之前需要準確核查土體的成分,如果土體中含有較多的有機質成分,如塘泥土、泥炭土,建議不要使用該方法。
2.5管樁樁基法樁基法是當前水利工程施工建設中應用較為廣泛的軟土地基加固方法。由于其具有良好的牢固性質,被廣泛應用于含水量較大的軟土地基處理,其中以鋼筋混凝土管樁和預應力管樁使用居多。仍然以前邊所述的南水北調中線一期工程某河段為例,鑒于該河段地基土質,經研究后決定采用擠密砂石樁方法處理渠道地基;擠密砂石樁樁位布置為三角形,樁距為200cm、樁徑為60cm。擠密樁施工前,先復核每根樁的樁位放線,成樁后再次檢查樁位位置是否有偏差,如果發現存在偏差或者漏樁現象要及時糾偏和進行補樁。施工過程中擠密砂石樁跳打進行,由兩側向中間方向試驗成樁,均勻分布、逐步加密,及時進行夯填。如果施工是在既有建筑物附近,該樁位是背離建筑物方向。
2.6高壓灌漿法高壓灌漿法是水利工程軟土地基處理的主要方法之一,一般采用液壓或者氣壓的方式,向軟土地基內部灌入有凝固功能的漿液,或使用注漿管將水泥漿液均勻注入到軟土層中,目的是趕走原有軟土層中的水分、空氣,促使軟土層發生變形。漿液的凝固作用在于使原有軟土層中的松散顆粒、裂隙進一步膠結成新的結合體,從而提高原有軟土層的承載力、壓縮模量,起到加固軟土地基的作用。灌注漿液一般選擇水泥漿、黏土漿等。
2.7材料加筋加固法該方法是將軟土地基的填土用土工布墊隔,通過移動限制保護軟土地基不發生偏向位置移動,減少軟土地基應力水平,從而有效提高軟土地基硬度,保證其穩定性;加筋加固則是將原本浩大的工程重量均分到加固材料和地基基礎上,即使軟土地基上面的工程發生滑動,也能利用摩擦力防止其發生脫離,以此達到更加牢固地基的目的。這里需要注意的是,施工過程中本著節能環保原則,應盡量減少由于軟土地基處理對地下水體造成的危害。
【關鍵詞】橋梁;軟土地基;處理
不同形式的橋梁工程,其軟土地基的軟硬程度都存在著較大的差異,這主要是受到了土質和工程性質的影響。設計人員、施工人員對于工程筆不要嚴格按照于軟土的定義施工,對于構造物的荷載對地基產生的不利影響,以及不同程度的沉陷問題都需要進行科學的驗算處理,并參照工程性質的具體標準,實施針對性的處置方式,尤其是做好現場的地質勘查與鑒別,避免工程質量遭到破壞。
1砂(礫)墊層處理技術
砂(礫)墊層主要常用作軟土層厚度小,排水功能良好,砂礫資源優良、工程進度松緩的情況下。通常砂(礫)墊層的厚度在12~24cm,而主要理論根據是提升排水面,主要針對軟土地基在構造物荷載作用下加快排水固結凝結過程,以增強軟土層的強度,達到穩定性標準。在砂礫墊層施工的材料選擇方面,主要是結合潔凈中、粗砂,含泥量低于5%,并在實際施工過程中得出5cm以下的天然級配砂礫排水固結效果顯著,需在施工過程做好灑水壓實工作,在施工之前需要做好砂礫表層的檢查,表層濕潤時則可采取施工處理。
2拋石擠淤處理技術
由于軟土層厚度較大,且處于流動狀態,這就給排水帶來了難度,在修建涵洞地基處理工程中主要結合拋石擠淤法。擠淤施工材料主要包括了難風化的石料,片石尺寸在30cm以上的。拋投過程中需要按照正確的順序進行,通常為延橋涵中軸線,自中間往兩邊,促使淤泥往向兩旁擠出。在片石擠淤固定的情況下設置一層砂礫反濾層,并做好相應的施工處理工作。拋石擠淤法的優點在于,操作方便、動作快捷。在施工時需盡量保證施工地點能夠滿足材料使用的需要,并結合正確的順序完成施工,這樣能夠避免因拋石厚度失衡而造成工程質量降低,若從成本和料源考慮也可運用鋼渣代替片石擠淤。
3粉噴樁加固處理技術
(1)在粉噴樁施工前期需要做好材料準備工作,主要是針對技術資料而言,需具備工程地質報告,土工試驗報告,室內配比試驗報告,粉噴樁設計樁位圖等相關資料。
(2)保證施工場地的整潔、無異常物質。遇到場地低洼時需做好回填粘性土;遇到施工場難以達到機械行使的需要時,需要增加砂土或碎石墊層。
(3)粉噴樁使用到的水泥性能應該達到工程設計的標準,并且配備相關的產品合格證,以及施工現場的檢驗合格才可使用。禁止運用受潮、結塊變質的加固料。
(4)準備必要的施工準備,并做好組裝與維護工作。
(5)粉噴樁的施工工藝制定需要參照配比和施工參數相互符合的,試樁通常為5根,這樣能夠確找出鉆進和攪拌速度,以及噴氣壓力、噴粉量等等。
4井點降水處理技術
4.1井點降水處理技術特征
對于地下水水位較高的區域,常常會對排水給施工帶來很大的阻礙,這時就需要積極采取井點降水法,這種方式常常具有很好的性價比。遇到降水深度過大,土質質量差的情況時,需要對井點降水法比集水坑法的作用進行綜合分析評比,尤其是在降水,工期、資金等指標做好對比工作。井點降水法的不足之處在于橋涵多,工期短時需要增加井點設備,投資金額也增多。
4.2實例分析
本次研究的某公路工程公路,其第二合同段地質為濕陷性黃土,且地下水位較高,地面到達980~160cm則有地下水。在地質面積里設置了8座小橋涵,而一道3m涵洞因為在設計早期,地質勘查問題使得橋涵基礎埋深達到了地面3m以下,因此難以制定軟基處理措施。在施工過程中將軟基處理措施劃定為屬于換填軟弱土,且適當增加片石砼。參照具體工程的施工環境與工期長短,使用了環形布置的單層輕型井點設備,單級離心泵則屬于主要的抽水設備,結合基坑地面實施開挖線,長度為1.5m;并設置了適當的集水總管,總長在45m;總管主要是由無縫鋼管組成,用直徑為10cm;井點管主要由無縫鋼管構成,數量共24根,長為6m,直徑為4cm,井點管的間距控制在3m,在地面的埋深度在5m;對井點管下端的1.5m面積內,參照梅花形態布置濾孔,直徑為1.5cm。包裹著銅絲細濾網,細濾網包裹著塑料紗布粗濾網,用鐵絲綁扎粗濾網外部,最后用粗麻環繞起來;離心泵、射流器、循環水箱構成了一個抽水機。
井點降水法施工工藝流程包括了:施工準備--安裝井點系統--抽水--挖基--基礎施工--井點系統去除環節。
施工準備分地表清理、施工放線、設備檢查等,而井點設備是檢點。安裝井點降水設備需把井點溝槽挖出后設置總管,并且結合井點管邊沖孔布置井點管,并灌填干凈粗砂形成一道濾層;利用彎頭把總管、各井點管組合起來再布置抽水設備。水電接通時需進行試抽、檢查,以保證設備使用性能的正常。抽水需順利進行,并對附近的地面變化進行觀察,發生變化時需要對抽水量調整。通常出水按先大后小,先濁后清情況進行。遇到施工附近存在建筑物,可布置回灌井點避免沉降。抽水時需要試挖基坑一點,劃定水位下降情況。在水位低于施工水位時對抽水馬力調整,盡早做好挖基工作。基礎施工需盡早完成,并針對性的回填,接著講井點系統拆掉,對總管和井點管進行清理。結合實際的工程施工結構看,筆者總結出了若工程施工時期劃定的妥當,且周圍的施工環境,及施工設備都能夠準備好,運用井點降水法對構造物軟基挖進行處理常常會起到重要的效果,不僅能夠達到工期和效益雙贏的局面,還能保證基礎施工達到理想的質量效果。
參考文獻
[1]孫家駟.公路小橋涵勘測設計[M].北京:人民交通出版社,2002.
【關鍵詞】軟土土地 地基橋頭跳車 影響 控制
中圖分類號:TU471.8文獻標識碼: A 文章編號:
一.引言
交通是經濟發展的先行官,國家也越來越重視道路的建設。伴隨著我國公路建設的飛速發展,也有越來越多的公路投入使用。但是調查顯示橋頭跳車的現象已經十分的普遍,高速公路尤為突出。特別是軟土地基處顯得格外嚴重,已經嚴重的影響到道路的行車舒適度,也存在安全隱患。這不僅僅增加了交通管理部門的道路維護成本,由于其頻繁的修理施工,還嚴重影響到了道路的正常運營。在我國南方,軟土地基路很多,所以橋頭跳車更為嚴重。車輛行駛到橋頭時會有明顯的顛簸,由于其沖擊力大所以對橋的損壞十分嚴重,不僅如此對車輛本身的損壞也十分明顯,這就不僅僅直接縮減了公路的使用年限而且損害了公共效益。
二.橋頭跳車的危害性
橋頭行車受到很多因素的影響,其行車機理比較復雜。橋頭搭板的長度不同對道路及車輛的影響度會不同,還有車輛的類型,重量不同也會有不同的影響,當然車速也是一個很重要的因素。如果發生橋頭跳車現象,車輛在通過橋頭時會發生跳動以及沖擊.由于其沖擊力又可以形成對橋梁及道路的附加衙載,對路面以及橋頭搭板都有很大的損壞作用,與此同時對車輛的損壞也是很大的,嚴重影響大車輛的使用壽命。除此之外,橋頭跳車導致車輛突然發生顛簸,會影響駕駛員的正常駕駛,也會導致乘客身體及心理的不適,嚴重的甚至有可能造成交通事故。由此可見橋頭跳車的危害是十分大的,必須引起有關部門的高度重視,駕駛員也必須重視這一問題,在行駛至橋頭時要適當減速。
三.橋頭跳車的原因分析
橋頭跳車不僅僅是一種安全隱患,而且還無形之中增加了有關交通管理部門的維修費用。橋頭跳車不僅僅降低了行車的速度,而且還對橋梁的路面造成了巨大的沖擊荷載力,嚴重的可以造成橋面搭板的脫落。其形成原因是多方面的,影響因素也是多方面的,包括自然環境的因素,也包括人為的原因。比如路基下沉,路堤變形、橋臺的形式、搭板的長度等等都會對其有很大的影響。我們在此主要介紹以下幾種較為重要的影響因素。
1. 橋頭跳車的一個重要原因是由于其土質不良而產生的路基下沉。通常來說低洼地帶的地下水位都比較高,而橋基往往位于這些低洼溝壑地帶,其土質酥軟,橋基填料物質量不高,當這些填料物在受到較大壓力是極易被壓縮變形,導致路基的下沉。再加之橋頭路基填筑的高度一般都較高,會承受較大的壓力,在車輛及橋身的長久負荷下,極容易引起橋頭地基的下沉。就從施工的角度而言,由于橋頭一般處于河道或溝壑帶,其施工空間的限制比較大,大型機械無法使用,所以在這種條件下橋頭路基的壓制工作質量會大打折扣,一般而言很難使橋頭地基的堅實度達到標準的要求,正是因為如此在橋梁通車以后,經過長時間的輾壓,以及維護期的加長,很容易出現橋頭路基下沉,這樣就形成了橋頭跳車。
2.我們知道任何物體都具有其固有的壓縮徐變性質,理所當然路基填筑物也具有這種性質。就是因為這個原因,即使橋頭路基已經得到了很充分輾壓,其堅實度也達到了應有的標準。但是在橋梁通車以后,隨著時間的不斷推移,橋梁長時間的承受巨大的壓力,這種壓力最終也是通過橋梁傳遞到了橋頭路基,這時物體的固有壓縮徐變性質就會顯現出來,路基因為受到長時間的壓縮變形下沉,最后形成橋頭跳車。這也是形成橋頭跳車的不可忽視的重要原因。
3.在施工時橋涵和路堤的結合部位會不可避免的存在一定的縫隙,正是因為如此雨水會源源不斷的沿這這個縫隙向下滲透,下滲的雨水會對橋頭路基產生巨大的破壞作用,其主要的破壞作用表現在對路基填充物產生侵蝕和軟化作用,特別是那些輾壓不夠的部位侵蝕作用更明顯,長時間的侵蝕最后導致填方體的變形。再加之外部強大的車輛荷載沖擊力,就會極容易造成橋頭路基的下沉,形成橋頭跳車現象。
4.施工時其施工程序不對,施工質量不達標,是形成橋頭跳車的最直接的原因,比如橋梁的臺背填筑速度過快,缺乏相應的輾壓,其臺背下沉的速度也會比較快。再如橋頭臺前護坡墻砌筑不合格或是時間不及時,那么就極容易以引起整個土體滑移的問題出現,這樣的滑移就會直接危害橋梁的基礎。一般而言再給臺背進行填土時,由于在這個階段一般施工時間都會比較緊,再加之施工空間受到嚴重的限制,自然其施工質量很容易出現問題,這種問題出現后極易引起橋身變形,形成橋頭跳車。
5.軟土路基十分常見,再加之橋頭路基一般位于河道溝壑低洼帶,地下水位高,橋基承受能力有限,極容易出現軟土下沉,最終形成橋頭跳車。
四.防止橋頭跳車的有效措施
1.軟土地基處理方法
我們在施工的過程中經常會碰到軟土地基,軟土地基由于其固有的軟弱性,使得其地基不夠堅固,如果處理不恰當那么地基的局部承載力不足,導致地基的沉降,引起橋頭跳車現象。再者軟土地基土壤含水量過高,正是由于局部地段含水量過大,極易造成地基軟彈,甚至出現翻漿等現象。所以為了防止橋頭地基下沉拉裂而造成橋頭跳車現象的出現,就需要采用有效的措施對軟地基進行適當的處理,使其變得足夠堅固,通過提高軟地基的固結度和穩定性,來減少橋頭跳車。在此我們需要根據施工地軟土的具體性質及施工期限的要求采用不同的軟土地基處理方法,其主要方法有以下幾點:
(1)真空預壓結合塑料排水板處理軟土地基,這種方法主要適用于淤泥土質,因為淤泥土質強度極低,淤泥的可壓縮性高,極易導致自己下沉,在這種地段采用真空預壓結合塑料排水板處理方法,使排水板低端穿過淤泥層,梅花形的布置,這樣施工后再通過沉降觀測,采取相應的措施可以取得良好效果。
(2)堆載預壓處理軟土地基,這種方法主要適宜我國東南沿海分布比較廣泛的海相,湖相等深厚軟粘土層,這種土層壓縮性大,強度低,空隙大,滲透性大,采取這種方法可增加土層密實度,減低壓縮性,這種方法是工程上應用比較廣泛的,效果明顯。
(3)水泥攪拌樁處理軟土地基,適用于處理粉土,黃土以及固結的淤泥這類土質,這種方法主要是在冬季施工,低溫對處理效果具較大的影響。
(4)預應力管樁處理軟土地基,采用這種方法,通過在樁頂澆灌妝帽等方法形成樁網結構,使上部壓力比較均勻的傳到持力部位,可以有效的提高地基的承載力,控制沉降。
2.減輕橋坡堆土質量,控制橋坡沉降。橋的質量過大也是橋基沉降的一個重要原因,為此我們要盡可能的減輕橋坡的堆土質量,以減輕橋的整體質量,減少橋自身對橋基的壓力,其最主要的方法是使用輕質土來堆填橋坡,可以有效減輕橋的質量。
3.控制回填土施工質量,減輕橋坡沉降,回填土的施工質量對橋有直接的影響,其橋基回填土的施工質量直接關系到橋基的沉降問題,我們在施工時必須注意的是要合理的選擇回填土的材料以及配料,選擇合適的壓實機械,并且按照科學的施工方法施工,來提高壓實度,保證施工的高質量。
五.結束語
軟土路段施工難度較大,再加之軟土自身的特性以經決定了其不穩定性的存在,所以在這種路段出現橋頭跳車的現象較多。我們要解決跳車這一問題,不僅僅要認真分析對待施工地的自然環境,在理論上做好準備工作,認真對待,從設計著手,考慮周全之后定出完整的設計方案。與此同時施工的監理單位以及施工單位要不斷的加強提高高質量的意識,嚴格照圖要求來施工,監理要嚴格履行監理工作的程序,努力控制好每道工序,保證每一道工序的質量能夠過關,只有這樣才能從根本上解決橋頭跳車的問題,其各方責任重大且意義深遠。
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關鍵詞:軟弱土基 沉降 機理 施工控制
中圖分類號:TU7 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2011)006-007-02
20世紀九十年代以來,我國公路建設進入跨越式發展階段,截止到2010年底,我國公路網通車總里程達到398萬公里,其中高速公路7.4萬公里。但是我國地域遼闊,有大量的公路穿過軟土地區。由于軟土地區的地質條件十分復雜,給公路建設及建成運營帶來很大的難題。軟土含水量高、孔隙率大、抗剪強度小、承載力低,在自身變形和車輛荷載的作用下,常常會引起道路的沉降變形,嚴重影響了道路的使用質量。
長期以來,在高速公路建設的實踐中逐漸形成了比較成熟的軟土地基處理方法和施工技術。但是,路基的工后沉降過大這一問題并未完全得到解決。工后沉降過大,地基強度和變形不能滿足設計要求,導致路面平整度差和橋頭跳車現象嚴重,極大地影響工程的經濟效益和社會效益。因此,研究探討公路軟土地基沉降變形機理及施工控制是非常有必要的,對保證公路建設質量、正常運營以及延長公路的使用壽命具有重要的意義。
1 軟土及軟土地基的工程特性
軟土一般是指天然含水量大、壓縮性高、承載力低的一種從軟塑到流塑狀態的黏性土系,主要包括淤泥、淤泥質土。軟土在工程分類中,屬于細粒土的中、高塑性黏性土,其塑性指數大、固結強度低,具有觸變性,流變性顯著。此外,軟土還有滲透性很小,壓縮固結過程緩慢,抗剪強度低,工程固結排水不暢等特點。
軟土地基是一種不良地基,主要由粘粒含量多的松軟土、孔隙大的有機質土、泥炭以及松散砂等土層構成。其強度增長緩慢,承載力低,具有滲透性小、觸變性及流變性大等特點。公路軟土路基的地下水位高,填方和構造物穩定性差,容易發生沉降變形。為了解決軟土路基存在不均勻沉降或沉降過大的工程問題,需要對地基進行加固處理。
2 公路軟土地基沉降特性研究
在公路建設中,沉降變形是由于軟土地基處治不當而引起的常見問題。當地基在外部荷載作用下產生過大的沉降變形時,會影響道路的使用質量和安全。特別是產生過大的不均勻沉降時,路面會發生開裂破壞,由于橋面與路堤的差異沉降形成錯臺,加上車速太高,很容易引起橋頭跳車。或因為路面寬,中心的沉降量大于兩側,會引起路面下涵管彎曲,涵身、通道凹陷等危害。針對這些問題,在公路建設前有必要對軟土及公路軟基沉降的特性做一些深入的研究。
2.1 軟基沉降變形機理及組成
軟土的壓縮性是構成路基沉降的主要原因。興建高等級公路時通常需要在軟土地基上填筑一定高度的路堤,地基內部會因為路堤荷載作用產生應力和固結變形。軟土路基的總沉降變形量S=Si+Sc+Ss,其中S;為瞬時沉降,即由于剪切變形引起土的側向擠出而產生的附加沉降;Sc為地基的排水固結沉降量,即主固結沉降;Ss是因土骨架蠕變而產生的次固結沉降。對于一般粘性土來講,主固結沉降是軟土地基沉降的主要組成部分。
高速公路軟基的沉降量包括施工期間沉降和工后沉降。
施工期沉降是指路基填土產生的荷載通過基礎傳給地基,在地基內部產生應力和變形,從而引起基礎的下沉,這部分沉降主要為瞬時沉降和主固結沉降。
工后沉降:施工完成以后,由于公路軟弱土基深厚固結速度慢,在路堤自重和路面荷載下作用下延續施工期間未完成的固結沉降,這種新沉降是路基在相應的車輛荷載作用下產生的附加沉降。對于較厚的軟土層,在路基填筑至設計高程以后的幾年內,主固結引起的沉降變形是主要的。
2.2 公路軟土地基沉降變形特點及變形規律
沉降變形量的大小與土的壓縮性、地基上荷載的性質和大小有關。由于軟土具有壓縮性高、滲透性小、抗剪強度低等特點,軟土路基在荷載作用下引起的路基沉降,一般具有沉降量大,側向變形大,變形時間長的特點。根據軟土路基沉降變形的機理和特點以及大量的沉降觀測資料,可以總結出軟土路基在沉降變化過程中基本上會經歷發生-發展-穩定-完成四個階段。
3 公路軟土地基沉降的施工控制
目前,工程上較常用的地基處理方法有排水固結法、樁體擠密加固法、換填法等。
3.1 排水固結法
公路軟基處治措施中,排水固結處理方法具有經濟適用、穩妥可行、施工簡便等優點。排水固結法包括排水系統和加壓系統兩部分。其基本原理是利用地基排水固結特性,通過施加預壓荷載擠密地基,并增設土層的垂直和水平排水通道,使土體中的孔隙水排出,加速地基的固結。排水固結法可同時解決軟土地基的沉降和穩定問題。最常見的排水固結法包括塑料排水固結法、砂墊層法以及土工織物法。
3.1.1 塑料排水固結法
塑料排水固結法主要用于處理深層處理軟土地基,是一種利用塑料排水板作為豎向排水通道,通過加載預壓提高地基承載力的一種的先進加固軟土地基的方法。塑料排水固結法主要的施工工藝流程包括:清理整平場地、鋪設排水砂墊層、在軟基中插設塑料排水板、加載預壓、卸載。塑料排水板的施工應加以重視,最好采用靜壓法施工,以防止擾動軟土引起強度的破壞。
塑料排水板由于具有成本低、性能好、施工效率高、對土的擾動小、可用輕型機械在軟土上施工等優點,迅速在國內得到推廣。
3.1.2 砂墊層
砂墊層主要用于淺層處理,工作原理是在軟土地基頂面鋪設排水砂墊層,利用其良好的透水性,使軟基在填土荷載作用下加速排水固結。砂墊層適用于軟土層不厚、砂資源豐富且工期不緊的情況下。
3.1.3 土工織物法
土工織物中一般具有強度高、延伸率低、抗腐蝕耐久性好等優點,在公路軟土地基處理工程中得到了大量應用。通過土工織物在軟土地基中的加筋作用以及良好的抗拉強度、徐變特性,使復合土體具有較高的抗剪強度和變形模量,另外使其上部施加的荷載能均勻分布在地層中。所以,當軟土地基在上覆荷載作用下可能產生剪切破壞時,土工織物能有效阻止破壞面的出現,最大限度地防止滑移、塌方、沉陷等現象的發生。
土工織物法通常用在軟土、沼澤地區及地下水位較高、地基濕軟的情況。對于高填方路堤適當分層墊隔,排水加固效果更好。
3.2 樁體擠密加固法
樁體擠密加固法主要包括粉體噴射攪拌樁法和碎石樁法。其工作原理是在軟土地基中注入樁體,通過樁體對土層的擠密作用,使得樁體和軟土形成復合地基。復合地基的強度和穩定性較原有軟基有很大的提高。
粉體噴射攪拌樁法就是利用深層噴粉攪拌機把水泥等粉體與軟土強制拌和均勻,利用粉體固化劑與軟土發生的一系列反應,生成一種加固體并與軟土基形成復合地基,能有效提高地基承載力,減少沉降。粉噴樁加固法適用于施工期限較緊,后期沉降要求很小的橋頭地基以及軟土層較厚地基。由于施工速度快、處理效果好、工后沉降小等優點,近年來粉體噴射攪拌樁法在高等級公路工程的軟基處理中得到了廣泛的應用。
碎石樁是指用振動、沖擊或水沖等方法在軟弱地基中成孔后,投入足夠的碎石,形成大直徑密實樁體。碎石樁是一種粗顆粒土樁,作為軟基加固處理方法,主要起到擠密、復合地基和排水通道的作用。
3.3 換填法
換填法的基本原理是將軟弱土層全部挖除,然后用用砂、碎石、礦渣或其他合適的材料進行填筑,以提高地基的承載力。換填法一般適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土。從經濟合理考慮,淺層地基深度通常不超過3m。換填法常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。
3.4 施工中的穩定措施
由于軟土基多為高路堤,填筑高度比較大,因此其穩定性成為重要問題。除了采取以上處治方案以外,在施工中還應注意控制填土速率以及加強觀測工作。根據軟土路基沉降機理和特點,在設計和施工中選擇合理的施工工藝,并確保施工質量,保證路基沉降的穩定性。
4 結論
(1)軟土地基是一種不良地基,研究公路軟土地基沉降變形機理及施工控制,對保證高速公路建設質量、正常運營以及延長公路的使用壽命具有重要的意義。
(2)對于公路軟基的處理要結合具體條件選擇合理的處理方案,使施工方案技術上先進、經濟上合理。
參考文獻:
[1]董澤,進韓敏,軟土路基沉降計算及其施工控制[J],科教文匯,2008(12)
[2]周珊珊,高速公路軟土地基沉降影響因素研究及灰色預測[D],中國地質大學(北京)碩士學位論文,2007
關鍵詞:公路施工;軟土地基;質量控制
一、軟土地基影響因素
軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。具有天然含水量高、天然空隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結系數小、固結時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物理力學性質相差較大等特點。
1、地基狀況
土質條件的影響。黏性土:一般采用的方法是壓實法。在施工中采取的處理方法對地基的擾動必須盡量小。砂性土:采用擠實砂樁法或振動壓實法對可能發生液化的砂性土進行改善,這主要是因為黏土一經擾動,強度降低很多。
地基構成情況。在軟土層較淺的情況下,需要進行簡單的表層處理。重要的構造物基礎常用開挖換填法。若軟土層較厚,應使用其他方法配合表層處理法,具體分析如下:夾有砂層且厚度較薄(5m~6m以下)的軟土層,采用表層處理法、荷載壓重法等,即使是7cm的砂層也是有效排水層,在土質調查中不要遺漏。軟土層厚且無砂層的情況,因排水距離長,因此固結沉降需較長的時間,同時強度也將增長。
2、公路等級要求的道路性質
對于設計要求的公路道路等級越高,平整度要求也越高,越需要采取強而有力的軟地基沉降處理措施。反之,公路等級較低時,可先鋪簡易公路路面,等待地基沉降結束后,再鋪常規的公路路面以達到節約資金的目的。
公路道路的形狀。路堤的設計寬度與高度也是選擇處理方法時要考慮的重要原因。一般來說,采用換填法時,對于寬而低的路堤容易出現局部破壞的現象;在設計高度大而穩定性不足的情況下,采用壓重法將受到較大的限制;此外設計的路堤越寬越高,則地基產生壓力的底部將越深,而引起深處黏土層沉降也越大。
3、公路施工的周圍環境
公路施工中對周圍環境的影響,如處理地基時的振動、噪聲及地下水的變化和多余的泥水散落等,因此在選擇軟地基施工方法時必須詳細的加以考慮。
對于路堤高度較高而地基特別軟弱的情況:在施工過程中,周圍地基可能會經常發生大的隆起或沉降。因此,假如在路堤坡腳附近有民房和重要建筑物時,應充分考慮多方因素以減小總沉降量,同時控制剪切變形。如果工程中不能采用這類方法實現目的,應考慮事先對可能受影響的建筑物或者民房加以保護,否則應考慮以高架橋梁代替路堤的方法。
二、公路工程軟土路基施工技術應用
1、碎石樁的壓密注漿技術
壓密注漿技術需要根據施工現場的情況,如地質地貌、天氣等,要對相關因素進行收集分析計算,最終設計出最適合的方案。壓密注漿碎石樁技術使用的材料主要是碎石和水泥。具體做法是對已經加固好的樁位投放碎石,然后使往樁里注入水泥,等到水泥凝結度達到初級的時候,再通過之前留下的管道向樁里注入水泥,這樣可以使碎石間的縫隙得到充分的銜接,使樁體四周的土質變得更加的密實,采用壓密注漿技術還需要用到其他輔助技術來,利用鉆孔技術對地基進行鉆孔,然后將碎石等材料投入鉆孔中,再進行注漿,將水泥封在孔中,與周圍的土地形成復合地基。壓密注漿技術,加快了工作的效率,節省了人力物力,壓密注漿技術與碎石樁相結合的方法,因受外界因素的影響較小,所以適合于各種地形環境;這種施工技術,所需要的設備簡單,操作簡單,成本低,提升了路基的承載力。
2、置換法改善軟土路基
在道路施工過程中,表面處理技術只能改善軟土路基表面土體的工程力學性質,而整個路基的耐久性卻難以保證,對道路的正常使用與養護造成了嚴重影響。用于處理軟土路基的置換技術主要就是通過將高強度土體替代軟土來增加軟土路基的承載力和穩定性。利用爆炸技術和人工置換土體等強制置換土體是軟土路基主要的置換技術,軟土路基置換技術可徹底改變路基的土質。在實際施工過程中的置換土體常常為粗粒土,在人工置換后還往往會將土體夯實。
3、軟土路基施工的凍結技術
凍結法在公路軟土路基施工中也是比較常見的,所需要的設備和材料包括制冷機、液化氮或者二氧化碳,凍結法首先要將液態的 C02進行膨脹,運用制冷裝置使軟土路基定型、冷凍,這樣可以有效的增加軟土的強度,凍結法液壓系統。液壓系統和制冷系統可以使得液體在低溫的狀態下流動,從而加固土層的硬度。
4、加載技術改善軟土路基
加載技術處理軟土路基主要是采用人工壓實的方法來改善軟土路基的工程力學性質。在實際工程中,應采用重型壓路機對軟土路基進行反復的人工壓實工作,排出軟土路基中的水分降低水含水量,減小軟土路基中的孔隙,減小軟土路基的變形。在對軟土路基進行反復壓實的過程中應該對其壓實工作的施工質量進行檢測與監督,以保證軟土路基的壓實效果。通過對軟土路基的反復壓實可將軟土路基壓制成符合道路工程施工要求的路基土壤。加載技術處理軟土路基簡單有效,降低施工成本,達到道路路基施工要求,已被廣泛的運用于我國的道路工程軟土路基施工處理中。
三、軟土路基施工質量控制措施
1、對施工技術的有效管理措施。完善施工管理是軟土施工工程的一個重點內容。良好有序的管理制度,能夠促進工程順利完成。在軟土施工中采取的措施需要我們結合實際進行探索。首先,嚴格劃分工作以及責任分配,由于軟土施工技術自身具有的特點,不同的部門應該分管不同的技術步驟,并且出現技術困難時,相應部門及時有效的予以處理。
2、對施工材料的管理措施。施工材料的好壞決定了工程的質量,在軟土路基的管理中同樣也需要保證施工材料的質量。軟土路基在現在的公路建設中有著舉足輕重的地位,在施工管理中應重點關注。首先,在施工前,要嚴格保證施工材料的質量,嚴格選擇符合資格的供應商,堅決杜絕等腐敗問題的出現;其次,在施工過程中,要隨時監督材料的使用以及進貨的過程,對材料進行抽樣檢查,防止不合格的材料被用在公路建設中,這將會威脅到人們生命財產的安全。在此,在工程驗收階段,需要對材料進行再次復核。做好每個環節的材料管理工作,使軟土路基達到我們的預期效果。
四、結束語
綜上所述,公路作為交通的主要方式,不僅關系到社會經濟的發展,也和人的生活工作息息相關,在施工過程中安全問題是重中之重,為了避免在竣工后投入使用時造成不可估量的后果,在設計時就要注意各種問題,軟基處理技術的應用可以使工程進展變得順利,也可以從很大程度上減輕工程量。
參考文獻
[1] 尹志鋼YIN Zhi-gang 公路施工中軟土地基處理技術分析及其應用[期刊論文] 《山西建筑》 -2010年5期.
[2] 吳金權 關于公路施工中軟土地基處理技術的分析[期刊論文] 《科技促進發展》 -2011年2期.
[3] 尹志鋼 公路施工中軟土地基處理技術分析及其應用[期刊論文] 《山西建筑》 -2010年5期.
關鍵詞:高速公路,軟基處理,卸載控制,固結度
中圖分類號:U412.36+6 文獻標識碼:A 文章編號:
1 引言
地基規范提出的卸載標準是:對以沉降控制的地基,經預壓消除的變形量滿足設計要求且受壓土層的平均固結度達到80%以上時,可以卸載。朱向榮對超載卸除后地基的殘余變形進行了研究,結果表明,超載卸除后土層的殘余應變與卸載時土層的平均固結度及超載比大小有關,當固結度相同時,土層的殘余應變隨卸載量的增大而減小,當卸載量一定時,土層的殘余應變隨平均固結度的提高而減小。
為了同時考慮卸除超載時地基達到的平均固結度和超載比對地基殘余變形的影響,較合理的是以有效應力面積R作為超載預壓設計和卸載控制的標準。對一維壓縮情況,有效應力面積比R的簡化公式為:
(1)
式中:Pf為永久荷載;為超載;為卸載前壓縮土層的平均固結度。
在工程實際操作中,卸載標準的確定一般均以現場監測為準。在路堤工程中,確定卸載時間的監測方法有平均速率法和工后沉降值法平均速率法指的是當荷載施加完成以后,路基中心的月沉降速率或連續兩個月沉降觀測值小于某一個限值時(京津塘公路為8mm/月,滬寧公路為5mm/月),即可卸載。工后沉降值法是通過沉降觀測資料預測最終沉降量,推算出的最終沉降量減去卸載時的實測沉降量應小于容許工后沉降。
工程實踐已經表明:采用工后沉降允許法和沉降速率法判定是否可以卸除超載均是可行的,在工程中可以互為補充,互為驗證。
2 現場超載預壓卸載控制
根據《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》(JTJ017-96)規定,在路面設計使用年限內(通常為15年),允許工后沉降為:一般路基段不得高于30cm、橋頭過渡段(約30 m長度范圍)應小于10cm;沉降速率法卸載標準采用連續兩個月沉降速率小于5mm/月。本路段采用工后沉降允許法和沉降速率法雙層判定是否可以卸除超載預壓土,為了保證路基的穩定性,更好的防止高速公路在今后使用過程中跳車現象的出現,允許工后沉降在一般路基和橋頭過渡段一律采用小于10cm;沉降速率法采用連續兩個月沉降速率小于5mm/月。
湖北某高速公路路基采用超載預壓處理軟土路基,淤泥厚度4.1~5.2m,塑料排水板間距1.2m,處理深度10m,塑料排水板打穿淤泥層,填土高度7m,其中包括預壓土2m,土工格柵兩層,實際路堤填筑期9個月,設計要求預壓期6個月。
經實測資料推算得到地基最終沉降后,那么在超載作用下地基應該發生的沉降量至少是:St≥最終沉降量-容許工后沉降,對于該斷面St≥最終沉降量-容許工后沉降(228.60 mm),按雙曲線配合法計算可得預壓時間t為31天,即可得到超載預壓土的卸載時間。
根據本路段的卸載控制標準,雖然至2月9日工后沉降以滿足卸載要求,但從表1可看出,二月月沉降量達18.2mm,路基沉降仍未穩定,如果在這個時候卸載,有可能由于路基縱向沉降不均勻而導致路面開裂,截止至最后監測日,本斷面已連續兩個月月沉降量在5mm以內,已滿足卸載要求,可以卸載。預壓期為163天,設計要求預壓期6個月,基本一致。
表1 斷面預壓期月沉降信息表
3 固結度分析
固結度是評價地基處理效果和預估工后沉降的主要依據,圖2為由實測孔壓計算的斷面單層填土固結度和總固結度與時間、填土的關系圖。從圖中可以看出,固結度總的變化規律:隨著填土的增加,固結度也隨之增大,加載期固結度增長速度明顯比停載期快;在加下一級荷載時,其固結度基本上都在70%以上,說明土體固結較快,從總固結度變化曲線可以看出,在施工前期,土體固結度增長較快,說明前期固結沉降量較大。
對比理論計算和實測固結度發現,理論計算固結度盡管在加載期或預壓前期比實測固結度小,但在預壓后期(預壓3個月以后),理論計算固結度都比實測固結度大,說明土體經預壓后,其固結系數隨時間和固結度的增加而不斷減小,對比地基處理前后土工實驗,其實測結果也證實了這一點。這是因為在加載前期,土體孔隙比較大,孔壓消散快,土體有效應力增加較快,因此其固結較快即固結系數較大。隨著土體逐漸被壓縮,其孔隙比越來越小,孔壓消散速率越來越慢,土體有效應力增長變慢,因此其固結也越來越慢即固結系數變小。
圖2 斷面固結度時程圖
4 結論
從工后沉降及固結度兩方面對超載預壓加固軟土路基進行了效果評價。結果表明,本標段預壓六個月后,固結度均達到90%以上、沉降速率和工后沉降均滿足卸載要求,可以卸載。
參考文獻
王敏,段紹偉.雙曲線配合法在某軟基段沉降預測中的應用[J].建筑科技與管理,2008,11(4).49-51.
戴濟群,深厚軟基高等級公路的路基沉降實用計算方法研究及其工程應用[D].河海大學碩士學位論文,1997,33-39.
張在喜,超載預壓加固軟土路基現場試驗研究[D].中國科學院碩士學位論文,2003,55-58.
關鍵字:軟土;地基處理;技術方法
Abstract: the soft soil foundation treatment is a large project construction need to solve problems and deal with one of our country in recent years, with increasing the scale of investment in infrastructure and urbanization process speed limits, all kinds of buildings and infrastructure construction process, will meet of the soft soil foundation processing technology, at present, soft soil foundation treatment of new methods, new techniques, new technology many, but to the applied range of this method and the objects have no very clear requirements and definition, once the choice of technology produces deviation, the result will directly affect the safety of the building will be infrastructure for steady running, therefore, the soft soil foundation treatment technology analysis is very necessary.
Key words: soft soil; Foundation treatment; Technology and methods
中圖分類號:TU447文獻標識碼:A 文章編號:
1 引言
軟土地基處理是大型工程建設中需要解決和處理的難題之一,隨著我國近年基礎設施投資規模的加大和城市化進程的提速,各種建筑和基礎設施建設過程中,都會遇到軟土地基的處理技術,目前,軟土地基處理的新方法、新工藝、新技術很多,但對方法的適用范圍和對象沒有很明確的要求和定義,一旦技術的選擇產生偏差,其結果會直接影響建筑物會基礎設施的安全穩定和持續運行,因此,對軟土地基處理技術進行總結分析是很有必要的。
2 軟土的定義和基本特點
軟土泛指淤泥及淤泥質土,是第四紀后期于沿海地區的濱海相、瀉湖相、三角洲相和溺谷相,內陸平原或山區的湖相和沖擊洪積沼澤相等靜水或非常緩慢的流水環境中沉積,并經生物化學作用形成的飽和軟粘性土,其主要組成成分是粘粒和粉粒等細小顆粒。軟土含水量一般在50%~70%之間,飽和度≥95%,天然空隙在1~2之間,具有很到的含水量和空隙性;在滲透性方面,軟土的滲透系數在i×10-4~i×10-8cm/s之間,滲透系數較小,且水平方向較垂直方向更甚,因此,在地基處理時需要很長的固結時間,隨著荷載的加大,常伴隨著較大的孔隙水壓力;在壓縮性方面,軟土的壓縮系數在0.7~1.5MPa-1之間,伴隨著荷載的增加,會經歷很長時間的不均勻且較大的變形;在抗剪強度方面;軟土的抗剪強度小且與加荷速度及排水固結條件密切相關,不排水三軸快剪所得抗剪強度值很小,且與其側壓力大小無關。排水條件下的抗剪強度隨固結程度的增加而增大;同時,軟土還具有較顯著的觸變性和蠕變形。
3軟土地基的處理方法研究
3.1軟土地基目的
在軟土區域進行施工和建設,工程的質量和穩定性會受到一定的考驗。軟土地基在沒有很好的措施和技術處理的情況下,會造成地基的抗剪強度不足以支承上部結構的自重及外荷載,使得地基出現局部或整體剪切破壞,同時,地基在上部結構的自重及外荷載作用下,會造成不確定和不均勻的沉降變形,影響地基上部結構的穩定性和正常使用,當沉降超出允許范圍時,會造成上部結構的開裂和整體破壞,造成重大損失,形成安全隱患,因此軟土地基處理目的是利用換填、夯實、擠密、排水、膠結、加筋和熱學等方法對地基土進行加固,用以改良地基土的工程特性,提高地基的抗剪強度,降低地基的壓縮性,改善地基的透水特和動力特性,改善特殊土的不良地質特性,使得地基能夠穩定,變形能夠控制在合理的范圍內,保證軟土地基上部建筑結構的安全和穩定運行。
3.2 軟土地基處理方案研究
目前,工程施工中軟土地基處理的方法很多,常用的方法有反壓法、換土墊層法、振密擠密法、強夯擠淤法、粉體攪拌法、土工合成材料加筋加固法、振動水沖法、預壓砂井法、拋石擠淤法、堤身自重擠淤法等
(一)反壓法。該方法較為傳統,也較為常用。主要用于對變形要求不高的堤防等水利工程和道路工程中,主要是通過在結構的一側或兩側修筑反壓平臺,以防止地基基土被上部結構自重壓力擠出,保證結構的穩定。基本原理是以反壓土體重量改變地基的應力狀態和變形條件,它可以壓制地基因加荷的不均勻而出現的塑性擠出和地面隆起的趨勢,還能使軟土地基得到部分固結,從而提高了反壓平臺下面地基的強度,特別是對排水條件比較好的薄層軟土,效果尤為顯著。
(二)換土墊層法。其基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土,分層碾壓或夯實土,按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。干渣分為分級干渣、混合干渣和原狀干渣;粉煤灰分為濕排灰和調濕灰。換土墊層法可提高持力層的承載力,減少沉降量;常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。該法常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大的回填土方工程,一般適用于處理淺層軟弱土層(淤泥質土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結的沖填土等)與低洼區域的填筑。一般處理深度為2m~3m。適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。
(三)粉體攪拌法。該方法主要是采用特制的設備和機具,將加固劑粉體材料(水泥或石灰)通過壓縮空氣的傳送,與地基土強行拌和,使之產生充分的物理、化學反應后,形成一定強度的粉噴樁。這是一種改善土質,提高地基強度的軟土地基加固方法,可以廣泛地適用于淤泥質土,雜填土,軟粘土等地基加固。該方法的主要特點是原理科學、費用低廉、加固成本低。施工不需要水源,不需要排污,場地干凈;樁體強度高,與深層攪拌法相比較,在條件相同的情況下,粉噴樁施工效果較好,因為深層攪拌法是濕法施工,而粉噴樁是干法施工,是從地基土中吸取一定的水量,從而提高了地基的加固效果;無側向擠土問題。
(四)自重擠淤法。該方法就是把一定量和粒徑的塊石拋在需要進行處理的淤泥或淤泥質土地基中,將原基礎處的淤泥或淤泥質土擠走,從而達到加固地基的目的。通常將不易風化的石料(尺寸一般不宜小于30cm)拋填于被處理堤基中,拋填方向根據軟土下臥地層橫坡而定。最后在上面鋪設反濾層。這種方法施工技術簡單、投資較省,常用于處理流塑態的淤泥或淤泥質土地基。
(五)旋噴法。該方法主要是利用旋噴機具造成旋噴樁以提高地基的承載能力,也可以作聯鎖樁施工或定向噴射成連續墻用于地基防滲。旋噴樁是將帶有特殊噴嘴的注漿管置于土層預定深度后提升,噴嘴同時以一定速度旋轉,高壓噴射水泥固化漿液與土體混合并凝固硬化而成樁。所成樁與被加固土體相比,強度大、壓縮性小。適用于沖填土、軟黏土和粉細砂地基的加固。對有機質成分較高的地基土加固效果較差,宜慎重對待。而對于塘泥土、泥炭土等有機成分極高的土層應禁用。
(六)強夯法。強夯法是將80KN的夯錘起吊到6~30m的高度,讓錘自由落下,對土進行夯實。經夯實后的土體孔隙壓縮,同時,夯點周圍產生的裂隙為孔隙水的出逸提供了方便的通道,有利于土的固結,從而提高了土的承載能力,而且夯后地基由建筑物荷載所引起的壓縮變形也將大為減小。
(七)預壓砂井法。預壓法是在排水系統和加壓系統的相互配合作用下,使地基土中的孔隙水排出,有效應力增加達到硬化固結的目的。其基本做法如下:先將加固范圍內的植被和表土清除,上鋪砂墊層;然后垂直下插塑料排水板,砂墊層中橫向布置排水管,用以改善加固地基的排水條件;再在砂墊層上鋪設密封膜,用真空泵將密封膜以內的地基氣壓抽至80KPa以上。該方法加固時間長,抽真空處理范圍有限,適用于工期要求較寬的淤泥或淤泥質土地基處理。流變特性很強的軟粘土、泥炭土不宜采用此法。
4 結論
軟土地基的處理是工程勘察設計和施工前期需要解決的重要問題。軟土地基處理的效果直接關系到施工的難度、成本的投入以及后期工程的運行安全、維護費用等。因此,根據工程地質勘察隊軟土構成的評定和分析,選擇合適的軟土地基處理方法顯得尤為重要。本文在分析軟土的構成以及軟土地基處理目的的基礎上,對軟土地基的處理方法進行了總結分析,其結果對軟土地基的處理具有重要的指導意義。
參考文獻:
[1]楊洪波.對公路軟土地基處理技術的分析[J].廣東科技,2007,(10):223―224.
[2]王東,粉噴技術在軟土地基加固和基坑支護中的應用[J],施工技術,1997. 9.
【關鍵詞】軟土地基;路基穩定性;驗算
Checking of the stability of the soft soil subgrade
Mo yan-ying
(Qinghai traffic Vocational and Technical College in Xining 810001)
【Abstract】Highway subgrade should have sufficient capacity to maintain the stability of the foundation , because it has the greater loads laid on the natural foundation . The soft clay ground of their own poor nature of the works may occur due to slide or larger depression after filling , resulting in the destruction of the road embankment and pavement , while it has to take appropriate measures to meet the general requirements of the stability. Checking the stability of soft clay ground in highway design is a key element, in this paper elaborated on several ways about checking the stability of the soft soil subgrade:stress method, the effective consolidation stress method, effective stress method etc.
【Keywords】Soft clay ground; Atability of subgrade; Checking
1.引言
軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。在這種細粒土軟弱地基上修筑路基,往往會發生路基失穩或過量沉陷,導致公路破壞或不能正常使用的情況,大大降低公路的使用效果。我國公路行業規范對軟土地基未作定義。日本高等級公路設計規范將其定義為:主要由粘土和粉土等細微顆粒含量多的松軟土、孔隙大的有機質土、泥炭以及松散砂等土層構成。地下水位高,其上的填方及構造物穩定性差且發生沉降的地基。
2.臨界高度的計算
軟土地基的臨界高度Hc,是指天然地基狀態下,不采取任何加固措施,所容許的路基最大填土高度。
2.1 均質薄層軟土地基
此時圓弧滑動面與軟土層底面相切,則
式中: ——容許填土的臨界高度,m;
c——軟土的快剪粘結力,kPa;
——填土的容重,kN/m3;
——穩定因數,其值與路堤坡腳 及深度因素 值有關。可查圖2-1而定。查圖時路堤高度為待
定值,需用試算法假定 ,計算 ( 為
軟土層厚度),據以查圖。
2.2 均質厚層軟土地基
由于 值很大, 值向無窮大數值接近,取 ,故
鑒于填土的容重,一般為17.5~19.5 kN/m3,所以工程中可近似取 。
對于非均質軟土地基的填土臨界高度,涉及因素較多,實際計算時可根據穩定性分析結果而定。
圖2-2 軟土地基穩定性計算模式
3.路基穩定性的計算方法
軟土地基的路堤滑動成圓弧滑動面,穩定性驗算方法采用圓弧條分法,根據計算過程中參數選擇不同,可分為總應力法、有效固結應力法、有效應力法等。
3.1 總應力法
當采用總應力法時,地基的抗剪強度采用總強度 ,或采用直剪快剪指標的 、 值,而路堤填料的抗剪強度則用直剪快剪指標,如圖2-2,此時安全系數的表達式為:
式中: ——各土條在滑弧切線方向的下滑力總和;
——地基土內(AB弧)抗剪力,
——地基土內(BC弧)抗剪力,
——滑裂體某一土條的(下標可為 或 )總重力, ,kN;
——土條底部滑裂面對水平面的夾角;
——土條底部滑弧長,m;
——滑裂面半徑,m;
——當第 土條的滑裂面處于地基土層內時,該土條滑裂面所處地基土層的天然十字板抗剪強度;
、 ——當第 土條的滑裂面處于地基內(AB弧)時,分別為該土條所在土層的快剪(直剪)粘聚力 (kPa)及快剪內摩擦角 ;
、 ——當第 土條的滑裂面處于地基內(BC弧)時,分別為該土條滑裂面所處路堤填料的粘聚力 (kPa)及快剪內摩擦角 ;
——當第 土條的滑裂面在路堤填料內時,若該土條滑裂面與設置的土工織物相交,則P為該層土工織物每延米寬(順路線方向)的設計拉力;
——某些外力(如水平向地震力產生的對滑裂面圓心的滑動力矩)。
總應力法中的抗剪強度指標可由十字板原位測定,也可從靜力初探的 換算取得。在不少地區有經驗公式可供參考。總應力法計算的 值主要是為快速施工瞬時加載情況下提供的安全系數,而從未考慮在路堤荷載作用下,土層固結所導致的土層總強度的增長。
3.2 有效固結應力法
有效固結應力法可以求固結過程中任意時刻已知固結度的安全系數,但它本身不計算固結度,只是把固結度作為已知條件。在路堤荷載作用下,達到某一固結度時,滑裂面上某一土條底面所出土層的軟土抗剪強度有兩部分組成,其一為未加荷前的土層天然強度 ,其二為路堤填筑后,固結過程所增加的強度 。此時安全系數 的計算如下式:
式中: —— 或 ;
——地基的固結度;
、 ——當第 土條的滑裂面處于地基內(AB弧)時,分別為該土條所在土層的快剪(直剪)粘聚力 (kPa)及快剪內摩擦角;
、 ——當第 土條的滑裂面處于地基內(AB弧)時,分別為該土條所在土層的固結快剪(直剪)的內摩擦角及滑裂面所處位置的固結度;其他符號意義同前。
在上述計算公式中, 是一個土基在路堤自重作用下,固結過程中土基強度雖路堤附加有效固結應力增長的增長率,因而可以采用固結快剪(直剪)指標。此時的安全系數是考慮了固結作用,但是屬于瞬時破壞的情況;也可以有效抗剪指標 ,但此時的安全系數表示考慮固結,且破壞是緩慢發生的(滑裂時有剪切引起的孔隙水壓力能消散)。用有效抗剪強度指標比固結快剪指標所算得的安全系數應大一些。
值得注意的事,當固結度較小時,用有效固結應力法計算的安全系數不一定比用快剪指標的總應力法計算的安全系數大。
3.3 有效應力法(準畢肖普法)
畢肖普假定條件切向分力為零(即土條間合力方向為水平),我國學者對畢肖普法求安全系數 的公式進行了改進后,提出的準畢肖普法,其公式為:
式中: ——地基的固結度;
——第 土條浸入地下水位以下的浸水深度,m;
——水的容重;
、 ——分別為土條內路堤部分的高度和容重。
準畢肖普法的優點:不需要事先知道孔隙水壓力 ,符合有效應力原理,同時也考慮了地下水位對 的影響,但必須對每層土做三軸試驗,在公路工程中要獲得有效指標 和 需做大量的試驗。此時可用固結快剪指標代入準畢肖普法中進行計算,一般固結快剪指標稍低于有效剪切指標,據它來設計是偏于安全的。
結語:
對于薄層軟土,原則上應清除換土;軟土層較厚時,如果填土高度 超過軟土所容許的填筑臨界高度 ,換土量較大,應采取加固措施。軟土地基的加固方法很多,對于路基而言,由于填筑面積較大,要根據需要和可能,選擇技術經濟條件許可的最佳方案,擇優而定。比較簡易的加固方法是鋪筑砂石墊層、修建反壓護道、采用柴排等;必要時也可以考慮設置砂、石灰樁、水泥攪拌樁等加固措施。
參考文獻
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