地基加固處理技術(shù)在道路工程施工中應(yīng)用
2015-06-30
緒論
地基加固處理技術(shù)在建筑工程、道路工程及橋梁工程軟弱土地基加固施工中已廣泛應(yīng)用并取得了良好收效，在垃圾土地基處理方面還很少應(yīng)用。長(zhǎng)虹西路延長(zhǎng)線改建工程道路工程K0+180~K0+615區(qū)段總長(zhǎng)度435米范圍為生活垃圾、渣土堆填區(qū)，在該段道路路基的施工中，采用了多種地基處理技術(shù)對(duì)堆填垃圾土路基進(jìn)行了綜合加固處理，節(jié)約了工程投資，縮短了施工周期。該段道路于2004年8月20日竣工通車以來，歷經(jīng)三個(gè)春秋，歷經(jīng)重型交通三年的正常通行，該路段路面質(zhì)量經(jīng)多次檢查，路面中線高程、橫坡、井框與路面高差均無(wú)變化。個(gè)人認(rèn)為，這證明了地基加固處理技術(shù)在該路段應(yīng)用成功。本文將對(duì)該工程實(shí)踐加以回顧總結(jié)，希望能開拓思路，為以后在其它特殊地基上修建道路進(jìn)行地基處理方案的選擇和實(shí)施提供參考。
一 、地基加固處理方法、材料及設(shè)備
1．地基加固處理技術(shù)
地基加固處理技術(shù)根據(jù)軟弱土特點(diǎn)和所需處理的目的發(fā)展起來，在多年實(shí)踐中已形成了一定理論、方法，相應(yīng)的應(yīng)用材料技術(shù)、設(shè)備技術(shù)也得到了長(zhǎng)足發(fā)展。因此，在采用此項(xiàng)技術(shù)前應(yīng)首先了解其主要方法、常用材料及設(shè)備。
2．地基加固處理技術(shù)作用機(jī)理及常用方法
2．1作用機(jī)理
地基處理的作用機(jī)理大致有土質(zhì)改良、土的置換、土的補(bǔ)強(qiáng)等三類。土質(zhì)改良是指用機(jī)械（力學(xué)）的、化學(xué)、電、熱等手段增加地基土的密度，或是地基土固結(jié)，這一方法是盡可能地利用原有地基。土的置換是將軟土層換填為良質(zhì)土如砂墊層等。土的補(bǔ)強(qiáng)是采用薄膜、繩網(wǎng)、板樁等約束住地基土，或者在土中放入抗拉強(qiáng)度高的補(bǔ)強(qiáng)材料形成復(fù)合地基，以加強(qiáng)和改善地基土的剪切特性。
2．2地基處理的方法
根據(jù)其作用和原理大致分為六類，分述如下：
碾壓及夯實(shí)法是采用重錘夯實(shí)，機(jī)械碾壓，震動(dòng)壓實(shí)，強(qiáng)夯（動(dòng)力固結(jié)）。此法利用壓實(shí)原理，通過機(jī)械碾壓夯擊，把表層地基土壓實(shí)；強(qiáng)夯則利用強(qiáng)大的夯擊能，在地基中產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力，迫使土動(dòng)力固結(jié)密實(shí)。適用于碎石土、砂土、粉土、低飽和度的黏性土，雜填土等，對(duì)飽和黏性土應(yīng)慎重采用。
換土墊層包括砂石墊層，素土墊層，灰土墊層，礦渣墊層。以砂石、素土、灰土和礦渣等強(qiáng)度較高的材料，置換地基表層軟弱土，提高持力層的承載力，擴(kuò)散應(yīng)力，減小沉降量。適用于處理暗溝、暗塘等軟弱土的淺層處理。
排水固結(jié)處理法有天然地基預(yù)壓，砂井預(yù)壓，塑料排水帶預(yù)壓，真空預(yù)壓，降水預(yù)壓等形式。它的作用原理是在地基中增設(shè)豎向排水體，加速地基的固結(jié)和強(qiáng)度增長(zhǎng)，提高地基的穩(wěn)定性；加速沉降發(fā)展，使基礎(chǔ)沉降提前完成。適用于處理飽和軟弱土層，對(duì)于滲透性極低的泥炭土，必須慎重對(duì)待。
振密擠密法常見的有振沖擠密，灰土擠密樁，砂樁，石灰樁，爆破擠密等等。它的作用原理是采用一定的技術(shù)措施，通過震動(dòng)或擠密，使土體的孔隙減少，強(qiáng)度提高；必要時(shí)，在震動(dòng)擠密過程中，回填砂、礫石、灰土、素土等，與地基土組成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力，減少沉降量。適用于處理松砂、粉土、雜填土及濕陷性黃土。
置換與拌入法有振沖置換，深層攪拌，高壓噴射注漿，石灰樁等。此法采用專門的技術(shù)措施，以砂、碎石等置換軟弱土地基中的部分軟弱土，或在部分軟弱土地基中摻入水泥、石灰或砂漿等形成加固體，與未處理部分土組成復(fù)合地基，從而提高地基承載力，減少沉降量。適用于黏性土、沖填土、粉砂、細(xì)砂等；振沖置換法對(duì)于不排水剪切強(qiáng)度Cu<20KPa時(shí)慎用。
土的加筋補(bǔ)強(qiáng)法常見有土工聚合物加筋，錨固，樹根樁，加筋土等方法。在地基或土體中埋設(shè)強(qiáng)度較大的土工聚合物、鋼片等加筋材料，使地基或土體能承受抗拉力，防止斷裂，保持整體性，提高剛度，改變地基土體的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)，從而提高地基的承載力，改善變形特性。適用于軟弱土地基、填土及陡坡填土、砂土。
3．土工合成材料
土工合成材料是以人工合成的聚合物為原料制成的各類型產(chǎn)品，是道路巖土工程中應(yīng)用的合成材料的總稱。它可置于巖土或其他工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部、表面或各結(jié)構(gòu)層之間，具有加筋、防護(hù)、過濾、排水、隔離等功能。土工合成材料的種類有土工網(wǎng)、土工格柵、土工膜袋、土工織物、土工復(fù)合排水材料、玻纖網(wǎng)、土工墊等。
采用土工合成材料加筋可提高路堤的穩(wěn)定性，臺(tái)背路堤加筋能夠減少路基與構(gòu)筑物之間的不均勻沉降。土工合成材料還可用于坡面防護(hù)與沖刷防護(hù)。
4．經(jīng)編增強(qiáng)土工格柵
本工程使用經(jīng)編增強(qiáng)土工格柵。
經(jīng)編增強(qiáng)土工格柵是土工合成材料的一種，是經(jīng)編增強(qiáng)骨架織物經(jīng)涂覆瀝青混合物而成，較一般的機(jī)織類、無(wú)紡類、合成類等土工織物的性能更加優(yōu)越，具有高強(qiáng)度、高模量、低蠕變、抗腐蝕、抗老化、抗脆裂及可預(yù)設(shè)計(jì)的等多種特性。在瀝青路面的建造和修復(fù)上應(yīng)用經(jīng)編增強(qiáng)土工格柵可有效提高路面的承載能力，有效地控制車轍、反射裂縫，抗冷熱收縮裂縫，延長(zhǎng)路面使用，提高使用效率。在路基上應(yīng)用經(jīng)編增強(qiáng)土工格柵可大大減少路基的不均勻沉降，提高路基的承載能力，并可大大提高施工效率。
5．藍(lán)派沖擊壓路機(jī)
本工程使用了藍(lán)派沖擊壓路機(jī)。
藍(lán)派沖擊壓路機(jī)依靠沖擊力、振動(dòng)力和靜重力三者共同作用進(jìn)行壓實(shí)。它的沖擊力可達(dá)250噸，振動(dòng)采用振動(dòng)作用較大的大振幅低頻率振動(dòng)方式。
藍(lán)派沖擊壓路機(jī)的壓實(shí)有效深度在1米以上，且有效深度范圍內(nèi)壓實(shí)土密度比較均勻；而重型的振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)有效深度僅在0.3米至0.5米之間，每層壓實(shí)土的密度隨深度增加而減小。
藍(lán)派沖擊壓路機(jī)的工作效率與振動(dòng)壓路機(jī)相比也較高，每臺(tái)班平均可完成10000平方米的碾壓（按20遍計(jì)），是振動(dòng)壓路機(jī)的5倍。
藍(lán)派沖擊壓路機(jī)隨機(jī)配置的連續(xù)沖壓反應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)利用土的動(dòng)力剛度是土的密度的函數(shù)的原理，在土比較軟時(shí)，在沖擊作用下裝在沖壓機(jī)輪子上的儀器測(cè)到的減速度值比較低；如果土的密度加大，則土的剛度加大，在沖擊作用時(shí)，測(cè)到的減速度值加大。這種測(cè)試儀器可以測(cè)到每次沖擊的減速度峰值，同時(shí)，該系統(tǒng)裝有全球定位系統(tǒng)，無(wú)論沖壓機(jī)走到哪里，系統(tǒng)都會(huì)表現(xiàn)出這個(gè)位置，這樣測(cè)得了每個(gè)位置的減速度峰值，就可以得到一個(gè)圖形，它表示所有被沖壓部位的剛度，也就是對(duì)密度的一種反映。這一測(cè)試手段無(wú)須挖坑取樣進(jìn)行密度、壓實(shí)度測(cè)試，無(wú)須配置專用大型設(shè)備進(jìn)行回彈模量測(cè)試，比傳統(tǒng)的壓實(shí)度測(cè)試手段省時(shí)省力，而且能反映大面積的普遍情況（傳統(tǒng)測(cè)試只能測(cè)試一些代表性的點(diǎn)來代表大面積的質(zhì)量）。
二、長(zhǎng)虹西路延長(zhǎng)線改建工程概況
長(zhǎng)虹西路延長(zhǎng)線改建工程是京周公路改造工程的重要組成項(xiàng)目之一，設(shè)計(jì)起點(diǎn)長(zhǎng)虹西路、終點(diǎn)京石高速閻村立交橋匝道，全長(zhǎng)770.784m，道路橫斷面設(shè)計(jì)為城市干道三幅斷面設(shè)計(jì)，全寬38米。在京周公路改造工程實(shí)施過程中，長(zhǎng)虹西路延長(zhǎng)線工程的順利實(shí)施，是京周公路交通導(dǎo)行，實(shí)現(xiàn)進(jìn)京方向半幅路施工的重要條件之一長(zhǎng)虹西路位于房山區(qū)良鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)，是良鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)主要交通干道，同時(shí)也是連接鎮(zhèn)內(nèi)其他道路的交通樞紐，對(duì)穿鎮(zhèn)市到京周公路的交通流量具有重要的局部分流作用。由于京石高速立交上跨線較窄導(dǎo)致良鄉(xiāng)至房山的雙向交通在此出現(xiàn)擁堵，瓶頸現(xiàn)象嚴(yán)重。將長(zhǎng)虹西路延長(zhǎng)接至京石立交匝道，可緩解此處的交通壓力，同時(shí)配合京周路的改造。
因此，只有確保本項(xiàng)工程的順利竣工并盡早通車，才能保證京周公路改造工程整體組織計(jì)劃全面實(shí)現(xiàn)。作為此項(xiàng)工程的施工負(fù)責(zé)單位，我們深知本工程在京周公路改造工程系列工程重要作用，必須切實(shí)地科學(xué)組織、合理安排、嚴(yán)格管理、精心施工，按照業(yè)主要求的工期、質(zhì)量圓滿地完成此項(xiàng)工程任務(wù)。
三、路基處理方案確定的背景
1．設(shè)計(jì)文件中關(guān)于堆填垃圾范圍內(nèi)路基處理方案
長(zhǎng)虹西路延長(zhǎng)線改建工程設(shè)計(jì)文件中指出，現(xiàn)況路段內(nèi)K0+330－K0+600長(zhǎng)270米范圍為生活垃圾、渣土填埋坑。若全部挖出工程量較大，在保證道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下此段采用路基局部還填，清除垃圾至原狀地表高度，（1）在滿足路面結(jié)構(gòu)厚度的條件下，再向下?lián)Q填1米厚天然砂礫，（2）若不滿足路面結(jié)構(gòu)厚度，則繼續(xù)下挖至同時(shí)滿足路面結(jié)構(gòu)厚度和換填厚度。換填1米厚天然砂礫下鋪設(shè)土工格柵，以增加路基穩(wěn)定性。
2．施工現(xiàn)場(chǎng)原貌實(shí)況
我公司于二ΟΟ四年五月份，承接了房山區(qū)京周公路改建工程長(zhǎng)虹西路延長(zhǎng)線改建工程項(xiàng)目的施工任務(wù)，由于工期緊、任務(wù)重，我們立即著手進(jìn)行各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)挖探。
我們沿道路樁號(hào)按一定間距布設(shè)探溝11道，在明顯為不良土紙?zhí)幫谔娇?個(gè)，進(jìn)行全面挖探。經(jīng)機(jī)械挖探后，發(fā)現(xiàn)垃圾堆填層深度為3m~7.8m，分布于K0+180~K0+615區(qū)段，總長(zhǎng)度達(dá)435米，分布寬度為道路全寬范圍。其分布面積之大，深度之深都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出業(yè)主及設(shè)計(jì)的預(yù)計(jì)，如果全部換填，總換填量預(yù)計(jì)達(dá)九萬(wàn)立方米。
垃圾堆填埋區(qū)堆積密實(shí)度不一、垃圾組成成分雜（主要以建筑垃圾、生活垃圾為主），且結(jié)構(gòu)松散，堆積物極不均勻，按常規(guī)施工方法進(jìn)行壓實(shí)處理幾乎不可能實(shí)施，更無(wú)法保證質(zhì)量。
另外，由于垃圾經(jīng)多年浸泡腐蝕，惡臭難聞，刮風(fēng)時(shí)，白色垃圾漫天飛舞，不僅影響施工人員的身心健康，同時(shí)給周圍環(huán)境也造成污染，給居民帶來諸多不便，如何能盡可能降低垃圾污染也是我們應(yīng)當(dāng)關(guān)注的問題。
3．業(yè)主要求
施工單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件提出幾種科學(xué)可行的方案，必須保證工程質(zhì)量，必須可實(shí)施保證工程工期，工程造價(jià)盡可能降低。
四、地基加固處理方案的確定
1．方案的提出
1．1方案一
對(duì)于地基不符合工程要求的情況，傳統(tǒng)的做法是全部挖除并換填適宜土，層層壓實(shí)達(dá)到規(guī)范要求的密實(shí)度，從而保證路基的穩(wěn)定性和力學(xué)要求。
1．2方案二
設(shè)計(jì)提出的局部換填方案是應(yīng)用了地基處理方法中“換土墊層法”和“土的加筋補(bǔ)強(qiáng)法”。只要對(duì)格柵基底垃圾層進(jìn)行處理，提高地基的承載力，減少沉降量，使格柵基底平整堅(jiān)實(shí)便于施工并保證格柵有效地發(fā)揮作用便可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)有關(guān)專家現(xiàn)場(chǎng)查勘并討論，采用大功率壓實(shí)設(shè)備對(duì)垃圾地基進(jìn)行振沖擠密，可以使土體的孔隙減少，強(qiáng)度提高，在震動(dòng)擠密過程中，回填灰土與地基土組成復(fù)合地基，可以達(dá)到如上目的。最終，我們選用了藍(lán)派沖擊式壓實(shí)機(jī)并采用30厘米厚5%的石灰土進(jìn)行回填的“振密擠密法”對(duì)格柵基底垃圾層進(jìn)行處理，從而完善了局部換填方案。
2． 方案比較
2．1經(jīng)濟(jì)比較
全部換填工程預(yù)計(jì)直接工程費(fèi)為：
（90000-16000）*（35+35）+16000*（35+70）=6860000元
局部換填工程預(yù)計(jì)直接工程費(fèi)為：
16000*（35+70）16000*14+8*20000=2064000元
說明：A.垃圾總量預(yù)計(jì)為90000立方米,清理并消納費(fèi)單價(jià)為35元;
B. 換填天然砂礫總量預(yù)計(jì)為16000立方米,單價(jià)為70元;
C.換填適宜土單價(jià)為35元;
D.30厘米厚灰土共16000平方米,單價(jià)為14元;
E. 藍(lán)派沖擊壓路機(jī)預(yù)計(jì)8臺(tái)班,每班按20000元計(jì)。
由以上計(jì)算可見，采用地基加固處理局部換填方案的施工成本比全部換填方案施工成本要節(jié)省三分之二以上。
2．2 工期比較
全部換填施工周期按挖運(yùn)90000立方米，回填90000立方米，每天4000立方米計(jì)，約須44天才能完成全部換填工作；而采用地基加固處理局部換填方案，挖填總量?jī)H為32000立方米，施工周期8天，灰土施工周期4天，強(qiáng)夯施工周期8天，共計(jì)20天。由上述可見，采用地基加固處理局部換填方案的施工周期比全部換填方案施工周期要節(jié)省一半以上。
2．3技術(shù)比較
地基加固處理局部換填方案采用應(yīng)用比較成熟的地基加固處理方法、先進(jìn)設(shè)備和材料，質(zhì)量保證和技術(shù)先進(jìn)性要明顯優(yōu)于全部換填方案。
3．方案確定
我們將兩種方案上報(bào)業(yè)主后，業(yè)主組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理及有關(guān)專家討論后，確定采用地基加固處理局部換填方案。
五、方案實(shí)施
5．1施工工藝流程
5．2地基加固處理主要過程
5.2.1灰土墊層施工
灰土墊層與清除換填層垃圾同時(shí)進(jìn)行，灰土施工前應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)地平整預(yù)壓實(shí)，然后再進(jìn)行30公分厚灰土墊層施作，攤鋪時(shí)須平整穩(wěn)壓，以便藍(lán)派沖擊壓實(shí)機(jī)作業(yè)。
5.2.2地基的沖擊夯實(shí)
灰土墊層完成后應(yīng)及時(shí)開始沖擊壓實(shí),防止白灰結(jié)板失效。為保證地基壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，選用壓實(shí)效果較好的藍(lán)派沖擊式壓實(shí)機(jī)進(jìn)行沖擊壓實(shí)作業(yè)。經(jīng)過20遍的沖壓后,藍(lán)派沖擊壓實(shí)機(jī)隨機(jī)測(cè)試系統(tǒng)顯示，土基回彈模量達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，垃圾層面下降了15.5�，灰土墊層頂面由設(shè)計(jì)路面下1.66m降至路面下1.815m。
5．2．3灰土整平
經(jīng)沖擊壓實(shí)后的基面一般不平整，須重新對(duì)經(jīng)過藍(lán)派沖擊壓實(shí)后的基面進(jìn)行細(xì)找平以便下道工序施工。本工程采用T140推土機(jī)進(jìn)行平整、18噸振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，連續(xù)3遍后，基面達(dá)到了平整密實(shí)。
5.2.4土工格柵鋪設(shè)
格柵鋪設(shè)前首先須鋪設(shè)格柵底基層，基底不能有顆粒（大于5�），平整度不大于10mm,壓實(shí)度不小于90%，以確保格柵鋪設(shè)平整穩(wěn)定。本工程采用攤鋪30�厚砂礫層作為其底基層，經(jīng)仔細(xì)找平壓實(shí)后達(dá)到了要求。
玻纖格柵鋪設(shè)時(shí)須注意，鋪設(shè)完成后應(yīng)及時(shí)檢驗(yàn)及時(shí)覆蓋，嚴(yán)禁在太陽(yáng)下暴曬，嚴(yán)禁車輛直接蹂壓，覆蓋層厚度不小于30�且粒徑不大于5�。另外，縱橫搭接不小于10�，用配置的鋼釘夾墊片固定，鋼釘間距不大于1.5m并且要成梅花狀，不能出現(xiàn)起鼓現(xiàn)象。
考慮到本工程的特點(diǎn)。我們選擇每件規(guī)格為4m寬，長(zhǎng)50m，以盡量減少接縫數(shù)量。在施工過程中，嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行施工，質(zhì)控、質(zhì)檢人員不離現(xiàn)場(chǎng)。經(jīng)監(jiān)理多次抽檢都比較滿意，從而作到了完成一段覆蓋一段，有效地進(jìn)行了成品保護(hù)。
5.2.5天然砂礫回填施工
天然砂礫層施工是本工程路基處理的一項(xiàng)內(nèi)容，也保證路基穩(wěn)定性的關(guān)鍵部位。施工時(shí)應(yīng)分層攤鋪碾壓成活，進(jìn)料及攤鋪時(shí)須嚴(yán)格把關(guān)石料的最大粒徑，碾壓時(shí)應(yīng)調(diào)整其含水量至最佳含水量，壓路機(jī)須選用重型壓路機(jī)。并做到及時(shí)檢驗(yàn)，確保天然砂礫層的壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
六、結(jié)束語(yǔ)
長(zhǎng)虹西路延長(zhǎng)線改建工程采用地基加固處理方法進(jìn)行地基的加固處理，在項(xiàng)目部的精心組織和嚴(yán)格管理下，不但節(jié)省了投資，縮短了施工周期，確保了本項(xiàng)工程如期竣工，而且為京周公路改造工程的順利開展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
結(jié)論
本次工程的成功實(shí)踐為我們?cè)诂F(xiàn)代技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)備及材料的應(yīng)用方面提供了一次寶貴的經(jīng)驗(yàn)。作為具有現(xiàn)代知識(shí)的技術(shù)人員，應(yīng)當(dāng)積極學(xué)習(xí)應(yīng)用行之有效的技術(shù)成果，不斷提高工程項(xiàng)目的技術(shù)水平和質(zhì)量保證能力。
應(yīng)當(dāng)指出的是，在應(yīng)用新的技術(shù)成果方面，需要特別注意兩點(diǎn)：
一、任何一種理論和技術(shù)，都有一定的局限性。例如本文所提的地基處理方法，大多是根據(jù)軟弱土的特點(diǎn)和所需處理的目的而發(fā)展起來的，在具體應(yīng)用時(shí)，切忌只要一種方法在一項(xiàng)工程中應(yīng)用成功，便盲目套用。應(yīng)從地基條件、處理的指標(biāo)及范圍、工程費(fèi)用、工程進(jìn)度及材料來源、當(dāng)?shù)丨h(huán)境等多方面進(jìn)行考慮和研究后，再借鑒使用。
二、任何一種工藝方法都有相應(yīng)的組織和管理，在應(yīng)用一種新技術(shù)新工藝時(shí)，必須科學(xué)研究其過程，精心組織嚴(yán)格管理，才能保證新技術(shù)新材料有效發(fā)揮作用。
