公路軟土地基處理的常用方法概述

公路軟土地基處理的常用方法概述關(guān)鍵詞：公路軟土地基處理常用方法淺層處理法排水固結(jié)法加固土樁概述：本文對我國公路建設(shè)中常用的軟土地基的處理方法進行了分類，并依據(jù)不同處理方法進行了分析總結(jié)，從而為具體工程實踐應(yīng)用提供參考。從上世紀(jì)90年代開始，中國進入了公路建設(shè)快速發(fā)展的時期，尤其是1998年中國實施積極的財政政策以來，中國公路建設(shè)投資數(shù)量之大、開工項目之多舉世矚目。中國高速公路目前已突破3萬公里，高速公路總里程位居世界第二。而軟弱地基是在道路工程設(shè)計、施工中經(jīng)常遇到的問題，針對不同地基的具體情況，結(jié)合公路路基的整體設(shè)計要求，選定合理的處理方法，通過換填、夯實、擠密、排水、膠結(jié)、加筋和熱學(xué)等方法對地基土進行加固，用以改良地基土的工程特性，有效地提高地基承載力，減小不均勻沉降以及路面設(shè)計使用年限內(nèi)的殘余沉降（簡稱工后沉降）問題。軟土地基處理的目的及分類（一）軟土地基處理的目的軟土地基處理的目的是：提高地基的抗剪切強度；降低地基的壓縮性；改善地基的透水特性。（二）地基處理方法分類軟土地基處理的基本方法主要有置換、夯實、擠密、排水、膠結(jié)、加筋等方法。常用地基處理方法的原理、作用及適用范圍（三）表面處理法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，使路基的沉降值不影響設(shè)計預(yù)期目的時，按回填的材料可分為砂（或砂石）墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、十渣墊層、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(diào)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。該法一般適用于處理淺層軟弱土層（淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結(jié)的沖填土等）與低洼區(qū)域的路基填筑。一般處理深度為2?3m。適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。拋石擠淤法和爆炸排淤法拋石擠淤法和爆炸排淤法均適用于高含水量、高壓縮性的淤泥、淤泥質(zhì)粘土軟基的處理。高等級公路經(jīng)過水塘、魚池和較深的流動性強的淤泥地段，一般適合用這兩種方法進行處理。拋石擠淤法就是通過向流塑狀的高靈敏度的淤泥表面大量集中拋填土石填料，依靠填筑體的自重，擠開淤泥，強制置換飽和軟土地基的地基處理法。拋石擠淤法一般適用于厚度不超過4m,于表層硬殼被挖除的具有觸變性的流塑狀的飽和淤泥或淤泥質(zhì)土的處理.對5m以上的，則必須輔以爆破或強夯等措施,才可使填筑體下沉到下層較硬的持力層.對于10m以上的深厚淤泥或淤泥質(zhì)土，即使采用強夯等措施也很難使填筑體下沉到下層堅硬的持力爆炸排淤法是利用排石擠淤法原理對軟基進行處理。爆炸時，炮位附近的淤泥被排出而形成空腔，軟土被擾動后流動性填加，預(yù)先按設(shè)計位置填放好的石料在外力的振動作用下把淤泥換掉，大大增加了軟基的承載能力。爆炸排淤在保持拋石擠淤法處治效果的同時，使處治的深度達到15?20米，彌補了普通拋石擠淤的不足之處，經(jīng)處治后的地基穩(wěn)定性好，沒有滑坍,斷裂現(xiàn)象，工后沉降量少；并且施工方法簡便，進度快,工期短，適應(yīng)性廣。（四）振密、擠密法振密、擠密法的原理是采用一定的手段，通過振動、擠壓使地基土體孔隙比減小，強度提高，達到地基處理的目的。強夯法公路工程的軟土地基處理常用強夯法。這種方法是將重錘提升到高處自由落下，給地基以強烈的沖擊力和振動，使土體結(jié)構(gòu)破壞，孔隙壓縮，土體局部液化，通過裂縫排出孔隙水和氣體，地基土在新的狀況下固結(jié)，從而提高承載能力，并降低其壓縮性。強夯法施工簡便，效果顯著。強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。強夯法具有設(shè)備簡單，施工便捷，適應(yīng)范圍廣，節(jié)省材料，降低投資，工期短等優(yōu)點。擠密砂樁擠密砂樁是采用類似沉管灌注樁的機械和方法，通過沖擊和振動，把砂擠入土中而形成的。該方法主要通過以下三個作用起到處理可液化土和軟弱土層的效果：（1）擠密作用：采用振動法往地基土中下沉樁管和一次拔管成樁時，由于樁管下沉對周圍軟土產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，使其孔隙比減小，增加了密實度。（2）置換作用：密實的砂樁在軟弱粘性土中取代了同體積的軟弱粘性土，形成“復(fù)合地基”，使承載力有所提高，地基沉降也變小。荷載實驗和工程實踐證明，擠密砂樁復(fù)合地基承受外荷載時，發(fā)生壓力向砂樁集中的現(xiàn)象，使樁周圍土層承受的壓力減少，沉降也相應(yīng)減少。（3）排水作用：在軟弱粘性土地基中，砂樁可以象砂井一樣起排水作用，大大縮短了孔隙水的平均滲透路徑，從而加快地基的固結(jié)沉降速率，加速軟土的固結(jié)。該方法具有施工機械簡便、施工效率較高、工程造價較低等優(yōu)點。（五）排水固結(jié)法其基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產(chǎn)生固結(jié)變形。在這個過程中，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應(yīng)力增加，地基抗剪強度相應(yīng)增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。排水固結(jié)法主要由排水和加壓兩個系統(tǒng)組成。排水可以利用天然土層本身的透水性，也可設(shè)置砂井、袋裝砂井和塑料排水板之類的豎向排水體。加壓主要是地面堆載法、真空預(yù)壓法等。袋裝砂井根椐固結(jié)理論，軟粘土固結(jié)所需時間的長短與其相對排水距離的平方成正比。為了加速地基的固結(jié)，最有效的方法就是增加土層的排水途徑。袋裝砂井就是為此目的而設(shè)置的。袋裝砂井需結(jié)合堆載預(yù)壓來實現(xiàn)地基的排水固結(jié)。其具體方法是在含水量大、孔隙比大、壓縮性高、軟土深厚的軟土地基中打入砂袋作為排水通道以增加土層的排水途徑，縮短排水的距離。在上部荷載的作用下，產(chǎn)生的附加應(yīng)力使土顆粒間的孔隙水通過插在水量，增加土體密實度，在較短時間內(nèi)達到較高的固結(jié)度，以提高軟土路基的承載力和抗剪能力，從而保證路堤和地基的穩(wěn)定。袋裝砂井排水法的優(yōu)點即施工工藝簡單，成本低廉（相對于塑料排水板而言），但其缺點是地基變形后，容易產(chǎn)生斷頸和頸宿,不利于排水。塑料排水板塑料排水板法是在軟基中按一定的間距和布置形式插設(shè)塑料排水板，在軟土層內(nèi)形成排水通道，以增加土體的有效排水途徑，縮短排水距離，再通過上部荷載的作用，加速孔隙水的排出和地基的固結(jié)，減少工后沉降，從而提高地基土的承載力。塑料排水板常常結(jié)合堆載預(yù)壓來加速排水固結(jié)的速度。塑料排水板堆載預(yù)壓法施工方便，但堆載預(yù)壓期較長，且需反開槽施工樁基礎(chǔ);對于深厚軟土層，排水固結(jié)時間長，軟土彈性模量提高緩慢,塑性變形較大，在上覆路基荷載作用下，樁基仍長期存在較大的側(cè)向土壓力，路堤填筑宜分多層進行。塑料排水板處理軟基最適宜于存在一定厚度軟弱淤泥夾層的不良地基，插打的深度可以達到40m，并且成本低廉，但施工工期相對較長。堆載預(yù)壓法在填筑路基以前，通過臨時堆填土石等方法對地基加載預(yù)壓，達到預(yù)先完成部分或大部分地基沉降，并通過地基土固結(jié)提高地基承載力，然后撤除荷載，再填筑路基。臨時的預(yù)壓堆載一般等于路基填土的荷載，但為了減少由于次固結(jié)而產(chǎn)生的沉降，預(yù)壓荷載也可大于路基填土的荷載，稱為超載預(yù)壓。為了加速堆載預(yù)壓地基固結(jié)速度，常可與砂井法或塑料排水板法等同時應(yīng)用。如粘土層較薄，透水性較好，也可單獨采用堆載預(yù)壓法。該方法適用于軟粘土地基。適用于透水性低的軟弱粘性土，但對于泥炭土等有機質(zhì)沉積物不適用。真空預(yù)壓法砂井法和塑料排水板法也常常結(jié)合真空預(yù)壓法實施。真空預(yù)壓法是在粘土層上鋪設(shè)砂墊層，然后用薄膜密封砂墊層，用真空泵對砂墊層及砂井抽氣，使地下水位降低，將膜下土體的空氣和水抽出，使土體排水固結(jié)，從而達到固結(jié)的目的。真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法當(dāng)真空預(yù)壓達不到要求的預(yù)壓荷載時，可與堆載預(yù)壓聯(lián)合使用，其堆載預(yù)壓荷載和真空預(yù)壓荷載可疊加計算。公路本身是一個“線”的工程，尤其是高等級公路的路堤段的填土高度較高，特別是路橋連接處。利用公路本身的填土作為堆載，聯(lián)合真空預(yù)壓法加固軟土地基不失為一個技術(shù)上合理，經(jīng)濟效益好的方法。即在真空膜下的土體真空度保持一段時間后，按照堆載預(yù)壓的施工工藝要求，在膜上堆載，既可以安全穩(wěn)定快速地填筑路堤，又能提高軟基加固效果,增加有效加固深度。（四）加固土樁水泥攪拌樁以水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，將固化劑和地基土強制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的樁體的地基處理方法。根據(jù)固化劑的不同狀態(tài)，通常將深層攪拌法細分為粉體噴射攪拌法（簡稱DJM法或粉噴法）和水泥土深層攪拌法（簡稱漿噴法）兩種。噴漿法和噴粉法均通過深層攪拌機械將軟土和固化劑強制攪拌,固化劑采用水泥漿液時,稱為水泥漿攪拌樁法或濕法，固化劑采用水泥粉時,稱為粉體攪拌樁法或十法。高壓旋噴樁即高壓噴射注漿法。其原理是用高壓水泥漿通過鉆桿由水平方向的噴嘴噴出，形成噴射流，以此切割土體并與土拌和形成水泥土加固體的地基處理方法。利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進全土層預(yù)定深度后，用設(shè)備使水射流（30?40MPa）從噴嘴噴射出來，沖擊并破壞土體，使土顆粒從土體中剝落下來。一部分細小的土粒隨漿液冒出地面，其余土粒在噴射流的沖擊力和重力的作用下，與水泥漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列。漿液凝固后，便在土中形成一個強度較高的固結(jié)體，從而提高其強度和抵抗變形的能力。高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑可塑粘性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。樁體成型因地層而異，比較攪拌樁一般有攪拌更均勻、水泥土強度高、等優(yōu)點，但造價較高。CFG樁CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁（CementFly-ashGravelpile）的簡稱。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強度樁。工程中常采用CFG樁與樁間土和褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基。CFG樁為樁體中摻加適量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和，制成一種粘結(jié)強度較高的樁體，與樁間土和褥墊層一起構(gòu)成CFG樁復(fù)合地基。樁，樁間土與基礎(chǔ)之間必須設(shè)置一定厚度的褥墊層，即褥墊層是高粘結(jié)強度樁復(fù)合地基的一部分。CFG樁屬高粘結(jié)強度樁，就土性而言，CFG樁可用于填土、飽和及非飽和粘性土，既可用于擠密效果好的土，又可用于擠密效果差的土。振沖碎石樁振沖碎石樁和擠密砂樁不同，它不是使地基擠密，而是與周圍土共同組成復(fù)合地基，在這種復(fù)合地基中，振沖碎石樁的剛度比周圍土體大，因此大部分路基荷載將由振沖樁承擔(dān)，振沖樁承受荷載后，產(chǎn)生徑向變形。并引起周圍的粘土產(chǎn)生被動抗力。這種方法一般適用于砂土和粘土含量小于5%?10%的軟基土質(zhì)。（五）土工合成材料處治土工合成材料具有加筋、防護、過濾、排水、隔離等功能，利用土工合成材料的抗拉、抗剪強度好，均勻支承路堤荷載，減小地基的沉降和側(cè)向位移，提高地基的承載力。土工合成材料的種類有：土工網(wǎng)，土工格柵，土工模袋，土工織物，土工復(fù)合排水材料，土工墊等。公路軟土地基處理方法中，為解決路面竣工后殘余沉降問題而采取加筋墊層預(yù)壓處理是最常見的措施之一。采用加筋墊層處理公路軟基，既可以保證基底的完整性和連續(xù)性，又能約束淺層地基軟土的側(cè)向變形，均化應(yīng)力分布,從而提高地基承載力和穩(wěn)定性，減少總沉降量和差異沉降。加筋墊層除可以增加路基的整體穩(wěn)定性之外，還可以增加沿薄層軟土層下臥硬土層頂面滑動的穩(wěn)定性及地基側(cè)向擠出滑動的穩(wěn)定性。加筋土工布加筋土工布一般被鋪設(shè)在路堤底部，以調(diào)整上部荷載對地基的應(yīng)力分布。通過加筋土工布的縱橫向抗拉力，來提高地基的局部抗剪強度和整體抗滑穩(wěn)定性，并減少地基的側(cè)向擠出量，一般適用于強度不均勻的軟基地段、路基高填土、填挖結(jié)合處或橋頭填土的軟基處理。加筋土工布的材料不僅強度應(yīng)符合設(shè)計要求，而且斷裂時的應(yīng)變，在填料為砂礫、土石混合料時還須滿足一定的頂破強度，施工中加筋土工布應(yīng)拉平緊貼下承層，其重疊、縫合和錨固應(yīng)符合設(shè)計要求。我國公路使用加筋土工布處理軟基的時間不長，經(jīng)驗不多，對其施工尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而大部分土工布的經(jīng)、緯向強度是各不相同的。一般經(jīng)向強度大于緯向強度。故在處理公路軟基施工時，其經(jīng)線向應(yīng)垂直路基的軸線向鋪設(shè)。土工格柵土工格柵是經(jīng)過高強度拉伸的聚丙烯等特殊材質(zhì)縱橫向按一定的間距紡織或排列，采用特殊強化粘接的熔焊技術(shù)焊接其交接點組合而成的網(wǎng)格狀物。因此土工格柵有較強的抗拉強度及較好的延伸性，可解決土體的不均勻沉降及土體的側(cè)向位移。雙向拉伸類土工格柵縱橫向強度均勻，整體性好，剛性大，與土的嵌鎖作用強，延伸變形量小，與單向土工格柵相比較能較好地消除軟土地基沿路堤的縱橫向不均勻沉降。土工格柵尤其在與砂墊層共同作用時能將應(yīng)力均勻擴散到較大面積上，從而提高地基承載力；利用其與上下層土體嵌鎖作用，抗拔力大，加上整體性好，與土體接觸面積大，與上下層土體形成一個較高強度的抗剪切層.從而增加土體的抗剪強度。并且，土工格柵的存在可防止滑動圓弧通過路堤和地基上，從而增加路基的穩(wěn)定性。（六）反壓護道法反壓護道，是在路基兩側(cè)一定距離內(nèi)堆土石以防路基土被擠出，達到提高路基穩(wěn)定性的作用。當(dāng)軟土和沼澤較厚，路堤高度不超過極限高度的2倍時，路堤兩側(cè)填筑適當(dāng)厚度和寬度的護道，在護道附加荷載的作用下，限制軟弱土體向旁擠出，保持地基的平衡，增加抗滑力矩以及路堤的抗剪能力，防止路堤的滑動破壞。反壓護道法的優(yōu)點是:施工簡單方便,不需要特殊的施工機具;填料可就地取材，經(jīng)濟實用，但施工用地增大，適合軟土體分布面狹窄而軟土體厚度較大的軟土地基的處理。結(jié)語以上多種軟基處理技術(shù)已廣泛地應(yīng)用在公路工程的軟土地基處理中。軟基處理的各種方法均有針對性、適用范圍以及局限性，我國幅員遼闊，各地軟土的物理力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)成分差別很大，因此必須選擇適合于實際情況的軟基處理方法，并將兩種或兩種以上的方法綜合運用，才能取得理想的處治效果。近年來，大量出現(xiàn)的實例研究為系統(tǒng)性的理論研究提供了基礎(chǔ)，著手對這些實例研究資料進行系統(tǒng)化的研究，對軟土的工程評價、處理方法的選擇等都具有重要的理論和實踐意義。在公路施工中，軟基處理是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)工作，只有對軟基