关于路桥软土地基处理方法的分析
摘 要: 对于软土地基的加固处理, 应当依据当地的实际情况, 且采取相应适当的处理方式,以达到更好的结果。
笔者结合多年工作实战经验，阐述了路桥工程中如何更好地处理软土地基的不同方式，仅供大家参考。
毕业论文网 关键词: 路桥工程；处理；软土地基；方式 1、沿海地带软土地基的特性 沿海地带软土地基分布有以下两个特点: 一是靠近海边地带, 因受海水潮汐的影响, 地下水位较高, 这些地带的软土以细粉砂层为多, 夹杂着部分有机质土; 二是在水塘、盆地、地形平坦低洼地带, 分布着成因和厚度不同的近代沉积软土, 这些地带的软土以粉性或重粘性土颗粒为主, 同时有些也夹杂着不同成分的有机质土。
以岩土工程而言, 软土是一种特殊土, 其物理、力学性质如下: a) 孔隙比大, 具海绵状结构, e值多在0.8～1.0之间, 大于1.0的亦常见; b) 内聚力小, 抗剪强度低, 快剪试验凝聚力C值一般为6kPa～7kPa, 内摩擦角φ值多为3°～5°, 因此土体抵抗剪切变形的能力差, 易造成路堤失稳而滑移; c) 天然含水量大, 一般为60%～70%甚至更大,饱和的软粘土的天然含水量大于液限含水量, 呈软塑状态; d) 富含粘性细颗粒, 透水性极差, 渗透系数低, K值一般介于( 3.5～6.5) ×10— 7cm/s之间, 故土层中的水分排泄困难; e ) 具高压缩性, 压缩系数常在0.74MPa—1～1.54MPa—1之间, 属高压缩性土, 故在公路路堤填土自重、路面和人工构造物的加荷载作用下, 产生的压缩, 沉降量大, 而且这种沉降长期难以消失; f) 灵敏度高, 原状土与重塑土的十字板剪切试验二者之比的灵敏度St为2～8, 即容易在土的原生结构遭破坏时, 触变性大; g) 固结系数小, Cu平均值为1.05×10—3cm2/s, 这意味着延缓了土基的固结时间, 而软土地区的路基稳定性要有一定的时间作保证。
由于软土具有上述特性, 反应在地基中就会出现排水不畅、透水性差、具有较大的孔隙水压力,土粒骨架强度降低、承载力偏小, 在填土荷载的作用下, 要经过长时间才能压密稳定而且会产生较大的沉降和不均匀变形。
且因φ值小, 易产生侧向位移而造成滑移失稳, 加之承载力低, 一般不宜作为持力层。
2、软土地基在公路工程中的问题 软土地基公路, 在桥涵构造物和高路堤地段出现的问题较多。
如桥头路堤大幅度沉降, 使桥路之间产生“门坎”, 行车时出现“跳车”现象, 既不舒适又影响行车安全, 在高速公路上反应尤为明显。
桥头高路堤还可能产生滑移, 桥台如未考虑此因素,会出现开裂甚至折断现象, 影响桥梁的寿命及其正常使用。
同时高路堤地段的不均匀沉降、滑动开 裂、侧向膨胀、基底向两侧挤出等病害, 如处理不彻底, 会严重地影响路面的质量、行车车速和安全,有的甚至还会危及到附近的房屋、农田和鱼塘等。
3、软土地基的治理方法 软土地基的治理方法很多, 在选择方案时, 一定要结合公路自身的特点。
公路是带状的建筑物,而软土地段并非完全集中, 多呈断续分布, 新线施工时, 交通运输条件差, 因此对施工机械、工艺流程、材料品种应力求简便易行, 取材方便, 以期达到效果好、工期短、造价低的目的。
3.1 砂垫层法。
即在软土层顶面铺设排水砂层,以增加排水面, 使软土地基在填土荷载的作用下加速排水固结, 提高其强度, 满足稳定性的需要(见图1)。
3.2 爆破排淤法。
此方法就是将炸药放在软土或泥沼中爆炸, 利用爆炸时的张力作用, 把淤泥或泥炭抛弃, 然后回填强度较高的渗水性土。
由于此方 法易对周围环境造成污染, 加之炸药成本日益昂贵, 在沿海地区软基处理中较少应用。
3.3 直排水法。
在地下软土层较厚, 路堤大于临界高度时, 公路上多采用垂直排水法来固结软土。
此种方法可以将土粒空隙中的水分排除, 加速地层固结沉降, 从而提高路基承载力, 增加抗剪强度,也可阻止侧向滑移现象的发生。
有时用此方法与砂垫层、反压护道、土工布等联合使用, 以便更好地提高地基的稳定性。
垂直排水法主要有振冲碎石桩、挤密砂桩、砂井、袋装砂井、塑料排水板法等。
3.4 反压护道法。
即在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道, 使路堤下的淤泥或软土向两侧隆起的趋势得到平衡, 从而保证路堤的临界高度, 反压护道的高度一般为路堤高度的1.2～1.3倍( 参见图2、图3)。
3.5 抛石挤淤法。
即在路基底部抛设一定数量的片石, 将淤泥挤出基底范围, 以提高地基的强度。
此法适用于常年积水的洼地以及排水困难、泥炭呈流动状态、厚度较薄、表层无硬壳、片石能达到底部的泥沼或厚度为3m～4m的软土。
采用此法需要石料来源丰富、价格低廉, 且所抛片石一般不应小于30cm。
抛投的顺序, 应先从路堤中部开始, 中部 向前凸起后再渐次向两侧扩展, 以使淤泥向两旁挤出(参见图4)。
3.6 置换法。
即将软土挖除, 用粒粗且透水性能好的砂砾土回填, 彻底改变土层的性质。
如果软土层较薄, 亦可掺入一定比例的生石灰, 以吸收土中 水分使其硬化, 在活性钙的作用下, 土的性质也有所改变。
当地面粘性土硬壳层下伏软土层较薄时,要注意充分利用表面硬壳层承载力较高的特点, 保护这层硬壳不被破坏, 再在其上铺以30cm～50cm砂砾土垫层后, 填土预压, 亦可达到处理的目的( 参见图5)。
3.7 侧向约束法。
在路堤两侧坡脚附近打入木桩、钢筋砼桩或者设置片石齿墙等, 可限制基底软土的挤动, 从而保持基底的稳定。
3.8 综合加固法。
即将以上加固处理软基的方法,同时采用其两种以上, 构成综合处治措施。
4、工程中软土地基的治理 在软土地基上填土存在的问题分为两大类: 一类是稳定性的破坏, 另一类是过大的下沉和变形。
因此, 在公路设计和施工中, 要讨论填土的稳定性和下沉问题, 同时还需注意对周围地基的影响。
具体要注意以下几个问题: a) 为使填土稳定, 应优先考虑慢速填土; b) 施工时应根据动态观测进行稳定性沉降速度控制; c) 对于沉降问题, 应尽可能保证填土设置时间, 有效地利用时间效应; d) 估计软基处理对工程费用影响较大时, 应进行试验性填土以研究处治方法。
以下介绍二个工程案例。
例1, 某路段出现了软基问题, 分析造成该段软基的原因, 主要是地下水位高, 因此提出了设置砂垫层的处治措施, 设置砂势层的厚度为60cm。
经实施后, 效果较好, 解决了路基松软的问题。
例2, 某高速公路路段, 经过一个废弃的鱼塘,出现了软基问题。
现场调查淤泥深度为3m～4m, 决定采取抛挤片石法, 再在上面铺一层50cm的砂垫层, 砂垫层上面再铺筑透水性良好的砂砾土50cm。
由于该处片石较经济, 通过合并处治后, 取得了很好的效果, 同时费用也比较低廉。
由前文的介绍和案例可知, 进行软基处理应因地制宜, 搞清软基成因, 再提出解决措施, 并尽量降低处治成本。
有条件的地方, 对软土地区的公路路基, 应提前进行土方作业, 采用加载预压的方法, 使其自然沉降而趋于稳定, 然后在稳定路基上铺筑路面, 通车运行。
这样可节省许多处治费用,降低公路造价。
但从我国目前公路基本建设的情况看, 凡应上马的工程项目经上级批准立项后, 才能拨款进行征地拆迁, 一旦开工就要尽快完成使用。
而采用自然沉降法, 工期需延长, 同时还必须超前对软基地段做出施工安排, 使得经费要先拨、征地拆迁要先办才能顺利进行施工, 达到预期目的。
针对目前我国基建程序的具体情况, 笔者建议: 一方面, 在高等级公路建设项目上开展一些试点工程, 使采用自然沉降法的能顺利实施, 摸索出经验, 再逐步推广, 这不失为一项既有创新又有实际经济效益的举措; 另一方面, 对软基的处治技术, 应投入一些资金进一步研究, 以找到更新、更好、更快、更经济的方法。
5、结 语 软土地基在路桥工程施工中是一个经常遇到的问题, 对软土地基的处理也提出了一系列的解决方法。
由于我国各个地区地质、地貌等情况不尽相同, 软土地基形成的机理也不尽相同, 因此对软土地基的加固处理, 必须依据当地的实际情况, 采取切实可行的处治方法, 其遵循的原则是既要保证在软土地段上修筑路桥的稳定性, 同时又应尽可能地降低软土地段的处治成本。
笔者针对我省沿海地区软土地基的特点, 根据自己对软土地段路桥施工处治的经验, 介绍了一些解决措施和方法, 以供同仁参考。
参考文献 [1] JTG F10—2006, 公路路基施工技术标准[S]. [2] 地基处理手册编写委员会. 地基处理手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1995. 注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。