軟土地基的加固措施探討
2016-01-25
1.工程概況
本文選取某高速公路標(biāo)段線路長5.04km，經(jīng)過勘察設(shè)計：第一層，耕殖土層，厚0.5-1.5m灰黃或灰褐色，由淤泥質(zhì)土及亞粘土組成，濕、可塑；第二層，淤泥層.厚1.3-4.8m，灰黑色，粘性好，飽水、流塑，局部夾薄層細(xì)砂；第三層，淤泥質(zhì)細(xì)砂層，厚3.2-8.1m，灰或灰黑色，粉細(xì)砂含量占總重的80%，飽水、松散，含少量貝殼；第四層，淤泥層，在地質(zhì)勘探報告上未見底，灰黑色，粘性好，飽水、流塑狀態(tài)，局部夾薄層細(xì)砂。
由于全線軟土路基較多，在設(shè)計中對軟土小于4.5m地段采用換填處理，對于軟土大于4.5m地段采用攪拌樁復(fù)合地基處理，攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計主要可以分為6個路段：k1+105~k1+328段，設(shè)計樁長8.5m，2800余根；k1+861~k2+428段，設(shè)計樁長7.9m，1500余根；k2+640~k2+980段，設(shè)計樁長6.4m，1800余根；k3+206~k3+600段，設(shè)計樁長6.0m，1040余根；K3+880~k4+300段，設(shè)計樁長6.5m，1600余根；k4+420~k4+960段，設(shè)計樁長6.5m，2600余根；設(shè)計樁長總數(shù)20余萬米。
2.軟基的特征及其危害性
軟土泛指天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1，壓縮系數(shù)不大于0.5MPa、不排水抗剪強(qiáng)度小于30kPa的細(xì)粒土。主要為飽和軟粘土。我國廣泛分布的軟土絕大部分在全新世中、晚期形成，軟土一般具有以下特征：
(1)地基沉降量大，一般可達(dá)數(shù)十厘米甚至到數(shù)百厘米；
(2)地基沉降時間長,一般達(dá)數(shù)十年甚至到數(shù)百年，特別是沿海一帶的軟土地基，由于厚度大，固結(jié)速度較慢；
(3)地基沉降不均勻，由于上部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與荷載差異，常常引起地基不均勻沉降；
(4)地基抗剪強(qiáng)度低。
由于軟土地基具有上述特征，常常影響公路工程質(zhì)量，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。其危害性主要表現(xiàn)為：
(1)軟土地基的過大和不均勻沉降將嚴(yán)重影響公路路面的平整度，制約路面通行能力、行車安全度和舒適度；
(2)路基、路堤可能會隨著軟基一起產(chǎn)生滑移，引起公路路面的整體破壞。
由于軟土地基的危害性，公路建設(shè)對于軟基的處理標(biāo)準(zhǔn)要求高，而這同時也對軟基工程地質(zhì)勘察的深度和廣度提出了很高的要求。
3.軟土地基的加固措施與施工
3.1 塑料排水板
塑料排水板處理軟基的原理是利用深插軟基的排水板，避免路基外側(cè)地表及地下水進(jìn)入路基范圍，當(dāng)填筑路基時，荷載作用于軟基，地下水由于受擠壓和毛細(xì)作用沿塑料排水板上升至砂墊層內(nèi)，由砂墊層向兩側(cè)排出，從而提高基底承載力。
塑料排水板要在砂墊層完成后施工，由測量人員測量出需處理的范圍，用小竹簽定出每根排水板的具體位置，插板機(jī)對中調(diào)平，把排水板在鉆頭上安放好，開動打樁機(jī)錘打鉆桿，將塑料排水板送入設(shè)計深度，把鉆桿提上來，將地面上的塑料排水板截斷，并留有一定富余長度，在塑料排水板四周填砂后即完成本根排水板的施工。施工中一定要注意“回帶”現(xiàn)象，即雖然鉆頭打至設(shè)計深度，但提升鉆桿時，塑料排水板隨鉆桿提升而上升的現(xiàn)象，此時要采用在鉆頭用短鋼筋頭等辦法防止“回帶”現(xiàn)象。
打設(shè)塑料排水板的設(shè)備有兩種：一種為履帶式打樁機(jī)，另一種為門架式插板機(jī)(帶導(dǎo)軌)。要求用能打入設(shè)計深度的靜力式或振動式設(shè)備，不可用錘擊式或水沖式。套管插入桿為扁平狀或圓形，內(nèi)徑應(yīng)大于排水板的寬度，長度應(yīng)大于排水板的設(shè)計長度，在打設(shè)中要保護(hù)排水板不被損壞。
此方法的優(yōu)點(diǎn)是：排水板是工廠生產(chǎn)的，質(zhì)量容易控制，成本較低；在施工過程中沒有排水孔斷面不均勻和受堵塞的情況；斷面小，對地基擾動小；打設(shè)機(jī)械輕，可用于較軟的地基。
3.2 砂井排水法
此方法是在軟土層設(shè)置垂直排水井，一般由中砂或粗砂構(gòu)成，國內(nèi)也有用紙板的。方法是用下端裝有埋入式樁靴的鋼管打入土中，然后從上端灌入砂子，分層夯實(shí)，同時將管向上拱起，直至樁孔灌滿砂，形成砂井。在粘性土中也可先打入木樁，拔出樁后在孔中填砂夯實(shí)。
根據(jù)施工方法的不同有打入式和振動式。打入式與振動式的區(qū)別在于砂井施打時用錘還是用振動器。
砂井布置一般為等距離梅花形或正方形。砂井填料可選天然級配的中砂或粗砂，粒徑為0.3～10mm，小于0.3mm部分應(yīng)篩除，含泥量不應(yīng)超過2%。
3.3 換填法
3.3.1開挖換填法
即在一定范圍內(nèi)把軟土挖除，用無侵蝕作用的低壓縮散體材料置換，分層夯實(shí)。按軟土層的分布形態(tài)與開挖部位，有全面開挖換填和局部開挖換填兩種。如下圖所示是開挖換填工程施工實(shí)例。
在開挖換填法施工中選擇填料時，要考慮路堤高度、軟土層厚度及地下水位等因素，宜用排水性能好的砂、砂礫及其他粗粒料。另外，應(yīng)根據(jù)開挖的深度與土的抗剪強(qiáng)度確定合理的邊坡坡度，開挖時若用水泵排水，邊坡容易被破壞，從而增加挖方量，因此，如果有不需要壓實(shí)的良好換填材料，為防止邊坡塌落，應(yīng)隨時開挖隨時填料。
3.3.2強(qiáng)制換填法
?。?）路堤載荷強(qiáng)制換填法
此方法就是依靠路堤載荷將部分軟土層強(qiáng)制擠出，并用良好的填筑材料置換。施工時，應(yīng)從中線起逐漸向外側(cè)填筑。但對于寬路堤，由于其沉降不一致，從而在路堤下面殘留有部分軟土，完工后會發(fā)生不利的不均勻沉降，應(yīng)引起注意。
（2）爆破換填法
此方法就是把炸藥裝入軟土層，通過爆破作用將軟土擠出的方法。這種方法對周圍影響很大，只限于爆破對周圍構(gòu)造物或設(shè)施沒有不良影響的地區(qū)使用。并且一般要通過幾次爆破使路堤逐漸下沉，兩側(cè)擠出隆起的軟土要及時挖除，以保證爆破效果不致降低。
3.4灰土擠密樁
當(dāng)軟土地層含水量過大或過小時，可采用灰土擠密樁。含水率過大時，可往孔內(nèi)填干土粉或石灰粉，以吸去部分水分，或快速成孔澆灌或邊成孔邊下套管，或成孔后下套管；含水率過小時，應(yīng)預(yù)先浸濕加固范圍內(nèi)土層，成孔順序應(yīng)先外圈、后里圈并間隔進(jìn)行。對已成孔應(yīng)防止受水浸濕，且應(yīng)當(dāng)天回填夯實(shí)。為避免夯打造成縮頸堵塞，應(yīng)打一孔填一孔。當(dāng)樁孔較密、土質(zhì)松軟時，應(yīng)采取間隔跳打夯實(shí)?？滋盍锨皯?yīng)先夯打孔底3～4錘；根據(jù)試驗(yàn)測定的密實(shí)度要求，隨填隨夯，嚴(yán)格控制下料速度和夯擊次數(shù)；回填料應(yīng)拌和均勻，并控制其含水量；每個孔填料用量應(yīng)與計算用量基本符合；夯錘質(zhì)量不宜小于l00kg；錘型以梨形或棗核形較合適，這有利于夯實(shí)邊緣土，不宜采用平頭夯錘，落距一般應(yīng)大于2m；如果地下水位較高，應(yīng)降低水位后再回填夯實(shí)。已出現(xiàn)疏松、斷裂或夾層的，應(yīng)用洛陽鏟將其全部取出來，并按規(guī)定重新填夯灰土，達(dá)到設(shè)計要求。認(rèn)真按操作規(guī)程施工，灰土要按配合比稱量，攪拌要均勻，干濕要適度。每次下灰厚度、數(shù)量、落錘高度、夯擊次數(shù)要按試驗(yàn)規(guī)定做到前后一致，施工中嚴(yán)格按質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)。
4.軟土地基加固處理應(yīng)考慮的因素
4.1路基狀況
在路基加固中，在軟土層淺而薄的情況下，常用簡單的表層處理法。重要的構(gòu)造物基礎(chǔ)常用開挖換填法。若軟土層較厚，應(yīng)使用其他方法配合表層處理法。夾有砂層且厚度較薄的軟土層，一般采用表層處理法、強(qiáng)夯法等方法，即使是5cm的砂層也是有效排水層，在土質(zhì)調(diào)查中不要遺漏。軟土層厚且無砂層的情況，因排水距離長，固結(jié)沉降需很長時間，強(qiáng)度也不增長。因此，沉降處理常用表層排水法。在淺層部位堆積有4m以上厚度砂層，以下為軟弱粘土層的情況。一般來說，穩(wěn)定不成問題，只需沉降處理，常用強(qiáng)夯法。
4.2道路性質(zhì)
道路等級愈高，平整度愈重要，愈需要采取有效的沉降處理措施。等級較低時，可先鋪簡易路面，待沉降結(jié)束后，再鋪正式路面以節(jié)約資金。同時路堤的設(shè)計高度與寬度也是選擇處理方法時要考慮的重要因素。如采用換填法時，寬而低的路堤易發(fā)生局部破壞；反之窄而高的路堤，下面易被換填。在設(shè)計高度大而穩(wěn)定有危險的情況下，采用強(qiáng)夯法將受到限制。還有路堤越寬越高，則地基產(chǎn)生壓力球的根部越深，而引起深處粘土層沉降。
4.3施工環(huán)境
不同的施工環(huán)境選用的處理方法不同，經(jīng)濟(jì)性也不同。比如噪音、振動地基及地下水的變化和排出的泥水等，在選擇施工方法時必須考慮。同時在路堤高度較而地基特別軟弱的情況下，周圍地基經(jīng)常發(fā)生大的隆起或沉降。這樣，在路堤坡腳附近有民房和重要構(gòu)造物時，應(yīng)考慮以減小總沉降量且控制剪切變形的方法為主要措施。不能采用這類方法時，應(yīng)考慮事先對可能受影響的構(gòu)造物加以保護(hù)，否則應(yīng)考慮以高架構(gòu)造物代替路堤。
5.結(jié)束語
總之，軟土地基的加固處理質(zhì)量直接影響到路基的基礎(chǔ)承載力，也是保證道路建成后安全、高效運(yùn)營的關(guān)鍵。所以選擇合理的軟基加固處理方案及方法并快速實(shí)施，從而取得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)和社會效益，就具有重大的實(shí)際意義。
