公路工程軟土路基加固技術(shù)研究
2016-01-25
1公路工程軟土路基的特性
軟弱土基是指路基持力層中含有淤泥、淤泥質(zhì)土、部分沖填土和雜填土以及其他高壓縮性土。軟土具有整體強度低、壓縮性大以及滲透性差的特點，如果不采取任何處理措施，一般難以承受荷載作用，軟土路基的具體工程特性如下：
軟土路基土質(zhì)具有含水量較高、孔隙比較大的特點。由于軟土成分主要由粘土粒組以及粉土粒組組成,而且內(nèi)不含有少量的有機質(zhì)。軟土含水量一般在35~80%左右，空隙比介于1~2之間；軟土路基土具有較強的結(jié)構(gòu)性，軟土土體絮狀結(jié)構(gòu)受到擾動以后容易破壞,導(dǎo)致土體強度顯著降低，甚至流動失穩(wěn)。因此在高靈敏土基上進行路基處理時，應(yīng)盡可能的避免土體擾動。軟土擾動后，隨著時間的延長強度會逐步恢復(fù)，但難以恢復(fù)至原來水平；軟土路基土質(zhì)壓縮性高，透水性能差。軟土的壓縮系數(shù)一般在0.5-1.5 MPa-1之間,隨著液限的增大，其壓縮性也逐步提高。
由于軟土含水量較高，因此軟土滲透性小,其豎向滲透系數(shù)在10-6~10-8cm/s左右,因此土層難以在短時間內(nèi)靠自重或荷載作用下達到完全固結(jié)；軟土抗剪強度較低，土體具有明顯的流變性，根據(jù)相關(guān)試驗結(jié)果，軟土天然不排水抗剪強度值變化范圍在5-25kPa,有效內(nèi)摩擦角20~350。在持續(xù)荷載的作用下，軟土路基夠排水固結(jié)可以使抗剪強度發(fā)生顯著變化，排水固結(jié)速度越快,軟土強度提高越大。軟土承受剪應(yīng)力作用下，會緩慢產(chǎn)生剪切變形,導(dǎo)致抗剪強度的降低。大量工程實測數(shù)據(jù)表明，軟土土中孔隙水壓力消散后，路基基礎(chǔ)仍會繼續(xù)沉降。
2公路軟土路基的危害
公路路基作為一項重要的結(jié)構(gòu)層，主要承受著路面?zhèn)鬟f的大量交通荷載，是路面的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，直接關(guān)系到路面的穩(wěn)定性。為了保證路面的正常使用，路基必須具有足夠的強度與穩(wěn)定性。公路軟土路基土質(zhì)松軟，含水量大，結(jié)構(gòu)承載力較低，無法滿足設(shè)計要求的承載力，必須進行妥善的加固處理，否則會造成路基強度低、施工結(jié)束后沉降過大以及路基下沉等問題，導(dǎo)致路面唧漿，開裂或者塌陷，影響路面的使用功能。公路軟土路基的主要危害有：
?。?）造成路基強度以及穩(wěn)定性不足。由于軟土路基的特點，因此，其抗剪強度遠遠不能夠滿足路面交通荷載的要求，如果不進行加固處理，軟土路基很容易產(chǎn)生整體或者部分剪切變形破壞，從而導(dǎo)致路基坍塌，失穩(wěn)變形以及橋臺破壞等路面問題。
?。?）沉降量過大。由于軟土土質(zhì)松軟，含水率以及空隙比較大，因此在交通荷載的作用下，軟土路基會產(chǎn)生較大的沉降變形，從而影響公路的正常運行，當(dāng)沉降量過大時，容易造成不均勻沉降，進而導(dǎo)致路面產(chǎn)生開裂，塌陷等一系列病害，造成路面的損壞。
3建筑工程軟土路基處理方法
軟土路基對建筑工程極其不利，由于其承載立即變形不能滿足設(shè)計要求，通常需要采取加固處理。軟土路基處理必須結(jié)合工程實際情況，綜合考慮材料來源，施工機具以及施工條件等確定處理方案。根據(jù)路基處理的作用機理，可以分為以下幾種形式：
3.1表層軟土路基處理方法
?。?）化學(xué)加固法?；瘜W(xué)加固法主要適用于處理濕陷性黃土路基。通過將水玻璃或者燒堿等化學(xué)漿液灌入黃土之中，使其與土顆粒膠結(jié)起來形成強度較高且難溶于水的加固體，與沒有加固路基土形成復(fù)合路基，以達到改善路基土的物理以及力學(xué)性質(zhì)，提高路基承載力，減小沉降量的目的。
（2）換土墊層法。換土墊層法通過將基礎(chǔ)淺層的軟弱土層挖去，回填力學(xué)性能較好，強度較高的砂石材料等，并分層碾壓或夯至密實的路基處理方法。根據(jù)回填材料可以分為砂墊層、碎石墊層、灰土或素土墊層以及礦渣墊層等。通過換土墊層法可以有效提高持力層的路基承載力，通過以抗剪強度較高的建筑材料置換基礎(chǔ)淺層的軟弱土，可避免提高路基強度，避免破壞。換土墊層法可以減少路基沉降量，由于換填的砂墊層或其它墊層，對荷載應(yīng)力加以擴散，可以有效減少下臥層土體的沉降量。換土墊層也可以起到，加快軟弱土層的排水固結(jié)，改善土體抗液化的性能。墊層的厚度先擬定一厚度，需要滿足以下條件：
3.2深層軟土路基處理方法
?。?）排水固結(jié)法。排水固結(jié)法適用于處理厚度較大的飽和軟土和沖填土路基，通過布置垂直排水井，改良路基排水條件，并采用加壓抽氣抽水滲電等措施，加速土基排水固結(jié)以及提高整體強度，從而達到提高土基承載力，降低路基沉降的目的。排水固結(jié)法一般有堆載預(yù)壓法，真空預(yù)壓以及電滲排水法，排水固結(jié)法需要有預(yù)壓的荷載以及時間條件。根據(jù)理論研究表明，粘性土固結(jié)所需時間與排水距離平方成正比，因此，增加土層排水途徑，縮小排水距離，可以有效加速土層固結(jié)。
?。?）振密擠密法。通過擠密或振動使深層土密實，砂樁是利用打樁機在松散的砂性土或人工填土中沖擊或振動成孔并灌填砂料后形成的樁體。在成樁過程中，由于以周圍砂性土產(chǎn)生了擠密作用，或同時產(chǎn)生了擠密或振密作用，從而提高了周圍土體的密度，改善了路基的承載性能和整體穩(wěn)定性，減少了路基的沉降量，消除或部分消除濕陷性或液化性。擠密砂樁最初主要用于擠密砂土路基，隨著高效能專用機具的出現(xiàn)，又逐漸用于可液化粉土路基的加固。近年來，通過與預(yù)壓法聯(lián)合使用，在軟弱粘性土路基上取得了良好的效果，成為一種用途極為廣泛的路基處理方法。振密擠密施工作業(yè)如下圖所示：
（3）強夯法。強夯法是通過強夯設(shè)備產(chǎn)生的強大的夯擊能，對路基進行強力夯實，使地基土產(chǎn)生動力固結(jié)，從而使路基土密實，提高路基承載力的深層軟土路基處理方法。強夯法具有施工工藝簡單，施工作業(yè)速度較快、造價低、適用范圍廣、路基處理效果好的特點。強夯法適用于處理碎石土、砂土以及低飽和度的粉土與粘性土，而且對于濕陷性黃土路基的加固處理效果較好。
?。?）深層攪拌法。深層攪拌加固的基本原理是基于水泥等固化劑加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程，通過機械設(shè)備將固化劑噴入待處理的軟土路基內(nèi)，并不斷上下攪拌均勻，促使水泥與土發(fā)生水解水化反應(yīng)并形成凝膠體，最終形成一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)整體，從而提高了土體的整體強度，滿足路基使用承載力的要求，減小路基的變形。
?。?）振沖置換法。振沖置換法通過采用振沖方法，將砂石材料置換部分軟土路基，或者在其中摻入部分水泥，使填料形成的樁體與土組成復(fù)合路基，從而提高持力層承載力，減小沉降量的方法。振沖置換法適用于處理砂類土和粉性土，以及粘粒含量較小的粘性土，不是與處理淤泥土。
（6）碎石樁以及CFG樁。碎石的樁身由碎石填充，通過置換軟土層從而加固路基。碎石樁通過是荷載應(yīng)力重新分布，承載了主要的荷載，由于碎石樁在荷載作用下，容易產(chǎn)生徑向變形，如果周圍粘土強度過低，碎石樁就難以提供徑向支持力，導(dǎo)致加固效果降低。因此，碎石樁加固地基適用于土基天然抗剪強度大于20kPa的情況。
CFG樁作用原理與碎石樁類似，換填材料由碎石換為水泥粉煤灰碎石，通過水泥粉煤灰碎石，形成一種具有較強粘結(jié)力的樁體，從而與樁間土層與一起形成復(fù)合土基，由于復(fù)合地基可以起到墊層作用，從而將上部荷載加以擴散，使應(yīng)力分布更加均勻，提高路基的承載力強度降低沉降量。CFG樁可以有效的提高土體抗剪強度，從而提高路基穩(wěn)定性。
結(jié)語
軟土路基對于公路工程具有非常不利的影響，如果不進行加固處理，容易導(dǎo)致路基強度失穩(wěn)，造成路面開裂或者塌陷等一些列病害，嚴重影響了公路工程施工質(zhì)量。因此，在公路工程施工過程中，應(yīng)根據(jù)不同軟土路基的特點，在確保加固效果可以滿足路基的承載力要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，綜合選擇軟基處理的材料與方式，科學(xué)合理的制定方案，對于確保軟土路基加固的有效完成，保證公路工程施工質(zhì)量具有重要的意義。
