淺析高速公路軟土路基加固辦法應(yīng)用
2016-03-23
1高速公路軟土路基處理、加固原理
土體是由不同尺寸和不同成份的土粒組成的多相分散體系。就構(gòu)成強(qiáng)度而言 ,土體屬于分散介質(zhì) ,土體的強(qiáng)度由土粒之間的連接強(qiáng)度所決定。從構(gòu)成土體的整體強(qiáng)度來(lái)講 ,起決定作用的是土粒之間的粘聚力和土粒之間的內(nèi)摩阻力。通常情況下 ,土中礦物都具有不同程度的親水性 ,水的浸入使土體與水發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用 ,致使土粒周圍的結(jié)合水膜加厚 ,特別是擴(kuò)散層松馳結(jié)構(gòu)水的增多而引起土體的膨脹。水的存在又起到潤(rùn)滑作用 ,降低了土粒之間的內(nèi)摩阻力。大量水浸入土體使土體離散 ,形成濕坍和水化現(xiàn)象 ,降低了土體的穩(wěn)定性。
影響土體穩(wěn)定性的因素較多 ,主要有分散度、土的成分、土中天然膠質(zhì)的性質(zhì)以及土體的密實(shí)性。土體的密實(shí)度越大 ,則孔隙率越小 ,水不易浸入土體 ,因而水穩(wěn)定性較好。從土體的特性可知 ,含水量和密實(shí)度對(duì)于土體的強(qiáng)度、穩(wěn)定性影響較大 ,也是加固處理的關(guān)鍵。
加固土的方法有多種 ,按其技術(shù)措施可分為:機(jī)械方法、物理方法、外加劑法、熱處理、電化學(xué)方法等。加固土?xí)r所出現(xiàn)的各種作用過(guò)程是非常復(fù)雜和多種多樣的 ,視土的性質(zhì)和結(jié)合料的種類不同而異?？纱篌w概括為化學(xué)過(guò)程、物理化學(xué)過(guò)程、物理力學(xué)過(guò)程三種情形 ,根據(jù)不同的加固方法上述的每一過(guò)程都將可能占主導(dǎo)地位 ,但這三種過(guò)程處于相互聯(lián)系、彼此配合和相互促進(jìn)之中。一般說(shuō)來(lái)只有產(chǎn)生化學(xué)過(guò)程和物理化學(xué)過(guò)程才能使土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得以徹底的改善。而物理過(guò)程則是加速并保證化學(xué)過(guò)程和物理化學(xué)過(guò)程的充分發(fā)生。
2高速公路軟土地基的加固方法
軟土地基加固或處理方法很多 ,根據(jù)作用機(jī)理可概括為換填法、排水固結(jié)法、擠密法、化學(xué)加固法、土工織物、加筋晾曬法、調(diào)整結(jié)構(gòu)法等。
2.1 換填法
換填法就是將地基軟弱層的全部或部分換填為強(qiáng)度較高、透水性好的材料 ,可以提高地基承載力,降低沉降量。在工期較緊、優(yōu)質(zhì)材料來(lái)源充足時(shí)是一種有效的方法。可分為挖填法、拋石法、爆破法、墊層法等。
①挖填法
當(dāng)軟弱層較薄時(shí) ,且位于地表 ,在排水施工方便的情況下 ,可采用挖填法。采用此方法就是將軟弱層挖除 ,用適宜的材料回填并碾壓密實(shí)。一般挖填深度不宜超過(guò)2m。
②拋石法
采用不小于 30cm的片石 ,從路堤中部向兩側(cè)拋投片石 ,從而使泥沼或軟土擠出 ,待拋石露出水面后應(yīng)用小石塊填塞墊平 ,用重型壓路機(jī)壓實(shí)。此種方法適用于排水困難的洼地 ,軟弱層呈流動(dòng)狀態(tài) ,厚度較薄、表面無(wú)硬殼且石料方便的情況。
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爆破法就是將炸藥埋在軟弱層中爆炸 ,把泥沼或軟土排除 ,從而換填入透水性軟好的材料。爆破法換填深度較大 ,工效高。適用于軟弱層較厚、稠度大、路堤較寬且工期較緊的情況下。
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在稠度較大的軟弱層表面上 ,墊以砂、砂礫石、碎石、灰土、素土等材料 ,充分碾壓密實(shí)后形成具有一定穩(wěn)定性的硬殼層。設(shè)置墊層可提高承載力 ,減少沉降量 ,加速軟弱層的排水固結(jié) ,防止凍脹 ,消除膨脹土的脹縮作用。
2.2 排水固結(jié)法
排水固結(jié)法是根據(jù)固結(jié)理論在軟土中設(shè)置排水通道 ,通過(guò)加壓排水促使固結(jié)沉降 ,提高抗剪強(qiáng)度。
常用的方法有砂墊層、碎石墊層、砂井、袋裝砂井、塑料排水板、降水預(yù)壓、真空預(yù)壓、加載預(yù)壓法等。
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砂井是用鉆探、沉入鋼管或高壓射水法在地基中形成井孔 ,再灌入粗、中砂 ,砂井系三向排水固結(jié) ,在平面上以矩形或梅花形布置。
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袋裝砂井是將中、粗砂裝入聚丙烯等細(xì)長(zhǎng)袋內(nèi) ,放入預(yù)先成好的井中 ,與普通的砂井相比 ,直徑小、重量輕、施工機(jī)具簡(jiǎn)單、便于操作。砂袋是一個(gè)整體 ,具有連續(xù)性和密實(shí)性 ,質(zhì)量可靠 ,并有一定的抗滑能力。
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將預(yù)制好的特制塑料板插入軟土中 ,形成類似袋裝砂井的豎向排水通道 ,頂面則鋪以砂墊層或土工織物形成排水系統(tǒng)。塑料板重量輕、插板機(jī)具簡(jiǎn)單、操作方便。排水固結(jié)的方法較多 ,在處理軟土?xí)r應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)土壤條件、軟土層厚度、地下水位情況 ,往往需幾種方法同時(shí)應(yīng)用并舉進(jìn)行加固。
2.3 擠密法
擠密法是通過(guò)對(duì)地基壓實(shí) ,提高強(qiáng)度和降低收縮性達(dá)到加固的目的 ,或者在地基中用錘擊、振沖、爆破等方法成孔 ,在孔中分別填入砂、碎石、灰土、生石灰等材料 ,壓實(shí)后形成直徑較大的樁體 ,并與樁間擠密的土共同組成復(fù)合地基 ,提高地基強(qiáng)度。
?、?gòu)?qiáng)夯法
強(qiáng)夯法又稱動(dòng)力固結(jié)法。它是以8～12t(甚至200t)的重錘和8～20m (最高可40m)的落差 ,對(duì)地表進(jìn)行強(qiáng)力夯擊 ,利用沖擊波和動(dòng)應(yīng)力使地基土達(dá)到密實(shí)。
②碾壓密實(shí)法
根據(jù)土體的壓實(shí)機(jī)理和影響壓實(shí)效果的因素,對(duì)于不同的土體應(yīng)選擇不同的壓實(shí)機(jī)具和采用不同的壓實(shí)方法。通常情況下 ,在含水量一定時(shí) ,土基壓實(shí)功越大 ,密度越大 ,壓實(shí)度越高。
③樁基擠密法
樁基法根據(jù)孔中填入的材料不同 ,施工工藝及加固機(jī)理也有差異。常用的有碎石樁、砂樁、生石灰樁、粉煤灰柱樁、木排樁、鋼筋混凝土樁、水泥攪拌樁等。
碎石樁與砂樁作用機(jī)理相同,即將地基擠緊 ,孔徑較大提高了地基承載力。碎石樁或砂樁由于料源充足易得 ,施工簡(jiǎn)單 ,造價(jià)低廉 ,是常用的加固方法之一。
在成好的孔中填入生石灰塊即形成生石灰樁,生石灰樁中加固軟土地基的機(jī)理是生石灰遇水發(fā)生反應(yīng) ,在反應(yīng)過(guò)程中生石灰可吸收大量的土體空隙水 ,使得樁體周圍土體含水量降低 ,同時(shí)因吸水石灰體積膨脹將土體擠密 ,石灰與土體主要發(fā)生放熱反應(yīng)、離子交換作用、膠凝作用等使樁體硬化。這樣使土體的物理、力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)都得以改善 ,從而提高了土體的承載力。
樁基擠密法中樁體的種類較多 ,其加固原理相似 ,就是應(yīng)用填料與軟土中地體發(fā)生反應(yīng)或者擠密、填料相互嵌擠等機(jī)理形成軟土與填料的復(fù)合地基,提高土體的整體強(qiáng)度 ,減少沉降。
2.4 化學(xué)加固法
化學(xué)加固法就是利用化學(xué)溶液或膠結(jié)劑 ,采用噴射或灌注等措施通過(guò)填充土體空隙、離子交換、結(jié)硬反應(yīng)等 ,使土體與土粒膠結(jié)在一塊 ,達(dá)到加固土體的目的。
?、贉\層攪拌法
將石灰、水泥、粉煤灰、水硬性膨脹粉、干氫氧化鋁粉等結(jié)合料摻入土中 ,加以拌和 ,并進(jìn)行碾壓 ,從而形成硬殼層 ,一般處理深度不超過(guò)1. 5m。
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利用特制的攪拌機(jī)械在地層內(nèi)邊攪拌邊壓送結(jié)合料 ,形成加固樁體或加固墻體 ,以提高承載力 ,限制地體的側(cè)向移動(dòng)及截阻地下的滲透水流。
③高壓噴射法
用高壓脈沖泵將漿液高速噴出 ,與土體結(jié)合 ,借助漿液的高壓沖擊力使?jié){液快速充填于土體空隙中并與土體混合發(fā)生膠凝作用 ,從而形成柱狀或壁狀加固體 ,加固后的土體滲水性很差 ,可以起到截水的作用 ,常用的漿液有水泥漿、水玻璃為主的漿液、丙烯酸胺為主的漿液、紙漿為主的漿液等。
a.灌漿法
灌漿法就是利用機(jī)械壓力或電化學(xué)原理 ,將漿液注入地層內(nèi) ,漿液以填充、滲透的方式將土體中的空氣或水份擠出 ,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后漿液將原土體膠結(jié)成整體。
b.旋噴法
旋噴法是在灌漿法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。施工時(shí)鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)深度 ,用高壓脈沖泵通過(guò)安裝的鉆桿下面特殊的噴射裝置向土體中噴射化學(xué)試劑 ,在噴射的同時(shí)鉆桿以一定的速度上提 ,高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞 ,強(qiáng)制使土體與化學(xué)漿液混合 ,膠結(jié)硬化后在土體中形成直徑較為均勻的圓柱體。提高了土體的整體強(qiáng)度。
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在濕土中摻入生石灰粉 ,使土體產(chǎn)生了水化吸水的蒸發(fā)石灰效應(yīng) ,降低過(guò)濕土的含水量 ,促使土的工程性質(zhì)發(fā)生顯著變化。施工時(shí)可先挖除表土 ,在原地基上用輕型壓路機(jī)碾壓1～2遍 ,在不破壞土體天然結(jié)構(gòu)的情況下 ,在已備好的適當(dāng)晾曬的土中摻入4%～6%的生石灰粉采用路拌法拌均勻 ,經(jīng)碾壓密實(shí)后可以繼續(xù)鋪筑下一層次 ,隨著層次的增多和厚度的增加 ,壓實(shí)密度隨之提高。
2.5 土工織物
土工織物是加固軟土路基和治理基層病害常用的一種土工材料 ,在軟土路基或路堤內(nèi) ,鋪設(shè)一層能夠隨一定拉力的塑料膜、化纖無(wú)紡布、樹(shù)脂網(wǎng)、各種格柵、筋條等 ,其特點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度大 ,抗斷裂和沖擊性能好 ,可以增強(qiáng)路堤強(qiáng)度 ,防止坍滑和側(cè)向位移 ,并能沿縱橫方向傳遞荷載 ,改變軟土地基受力狀態(tài) ,使應(yīng)力分布均勻 ,增強(qiáng)了路基穩(wěn)定性 ,降低了路基沉降量。
2.6 加筋土處理軟土
加筋土有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和性能 ,在處治軟土地基中可以發(fā)揮作用。把加筋土結(jié)構(gòu)與其他處治軟土的方法恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來(lái)會(huì)取得更好的效果。在許多情況下 ,加筋土是避免深基礎(chǔ)處理的有效方法 ,節(jié)約了大量的工程費(fèi)用 ,而且能夠保證路堤和結(jié)構(gòu)物之間沉降的連續(xù)性。常用的加筋土處理方法為:直接填筑法、分階段施工法、加筋土與換土相結(jié)合、加筋土與豎向排水相結(jié)合、加筋土與石柱相結(jié)合、輕質(zhì)材料加筋土等。
2.7 排溝晾曬法
對(duì)于地下水位較低 ,具有排水條件的路段 ,可采用挖溝排水法疏干路基范由內(nèi)淺層地下水,通過(guò)晾曬達(dá)到降低濕土含量的目的 ,便于碾壓成型 ,提南土體的穩(wěn)定性。
2.8 調(diào)整結(jié)構(gòu)法
軟土路堤加固處理時(shí)可以采用改變路堤結(jié)構(gòu)的方法。改變結(jié)構(gòu)即調(diào)整了地基應(yīng)力。反壓護(hù)道就是一種簡(jiǎn)單而又常用的一種處理方法。此種方法施工簡(jiǎn)單,不需要砂石材料 ,但占地較多。反壓護(hù)道就是在路堤兩側(cè)填筑適當(dāng)高度和寬度的護(hù)坡道,迫使軟土向兩側(cè)隆起的趨勢(shì)減少 ,在護(hù)坡道作用下得以平衡。一般采用單級(jí)形式 ,其高度為路堤高度的0. 3～0. 5倍。
3 結(jié)束語(yǔ)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,新材料、新工藝的開(kāi)發(fā) ,對(duì)于軟土地基處理的方法會(huì)越來(lái)越多 ,越來(lái)越經(jīng)濟(jì)、方便、更有效 ,將更有利于高等級(jí)公路路基的處理 ,充分發(fā)揮出高速公路的優(yōu)越性。
