高速公路軟土地基處理方案設計分析(7000zi)

1、高速公路軟土地基處理方案設計分析摘 要蘇州繞城高速公路全部處在不同程度的軟弱地基上，為在軟基處理上達到效果、投資、工期、技術等方面的最優(yōu)組合，并為以后的大規(guī)模施工積累經(jīng)驗，本試驗段工程采用了眾多不同的軟基處理方式。為確保處理取得預期的效果、達到預期目的，本文從處理方案和施工工藝兩方面出發(fā)，結合本工程的實際情況作一定的分析與總結，希望能對以后的施工有一定的參考作用。關鍵詞：高速公路；軟土地基；處理方案；分析目 錄1 引言12 軟土地基處理方式及機理分析22.1粉噴樁加固機理22.2 碎石樁加固機理22.3排水固結法加固機理33 軟土地基處理方案設計43.1 工程概況及要求43.1.1 工程地質概

2、況43.1.2 軟土地基處理要求43.2 軟土地基處理方案布置43.3軟土地基處理效果評價54 總結與結論9參考文獻10致 謝111 引言隨著高等級公路建設的飛速發(fā)展，設計速度的提高，對線形指標的選用也隨之提高，從而不可避免地帶來公路路基穿過軟土地區(qū)的情況。因此，在軟土地基上修筑路基已非常普通。對公路軟土地基的成功處理，往往也成為提高建設速度、確保工程質量、降低工程造價的十分重要的措施之一。軟土路基的特點是強度低、固結慢、變形大,在軟土地基未能很好處理就修筑路基,由地基沉降或差異沉降過大將產(chǎn)生如下問題: 地基抗剪強度不夠引起路堤側向整體滑動,邊坡外側土體隆起。人工構造物與路堤銜接處產(chǎn)生差異沉降

3、,引起跳車。路堤的變形以及地下水位過高,將導致路面的破壞。因此，在軟土地基上建造建筑物或是進行路基施工，都要求對軟土地基進行處理。其處理的目的主要是改善地基土的工程性質，達到滿足建筑物對地基穩(wěn)定和變形的要求，包括改善地基土的變形特性和滲透性，提高其抗剪強度和抗液化能力，消除其他不利的影響。2 軟土地基處理方式及機理分析2.1 粉噴樁加固機理粉噴樁屬水泥系深層攪拌樁，它的成樁基礎是水泥土的物理化學反應，即水泥在土中水解和水化反應使土的強度增加。具體的反應有：（1）水泥的水化和水解反應。水泥在軟土中與水迅速發(fā)生水化水解反應，從而使土中的水溶液達到飽和并形成膠體，同時生成“水泥桿菌”化合物，結果把大

4、量的自由水以結晶水的形式固定下來，并具有膨脹作用；（2）離子交換和團?；饔?。軟土中膠體顆粒表面的離子易發(fā)生吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的粒團，另一方面，水泥水化生成的凝膠粒子比原水泥顆粒大上百倍，因而產(chǎn)生很大的表面能，具有強烈的吸附活性，能使較大的土粒團進一步結合起來，形成水泥土的團粒結構、并封閉各土團之間的空隙，形成堅固的聯(lián)結，使水泥土的強度大大提高；（3）硬凝反應。隨著反應的深入，溶液中析出的鈣離子進一步化學反應逐漸生成不溶于水的結晶化合物，這些新生成的化合物在水中和空氣中逐漸硬化，增大了水泥土的強度，而且由于結構比較致密，水分不易侵入，從而使水泥土具有足夠的水穩(wěn)定性；（4）碳酸化作

5、用。水泥中的Ca（OH）2與水及空氣中的CO2發(fā)生反應，生成不溶于水的CaCO3從而使強度增加。由于粉噴樁的物理力學性能穩(wěn)定，因此在水穩(wěn)定性、防凍脹等方面有良好表現(xiàn)。而水泥土重度增加很少，對下部未加固部分不會發(fā)生較大附加沉降。另一方面，樁體膨脹以及滲透的離子作用使得樁體之間的軟土致密，提高承載能力。該種處理方法最適宜于處理淤泥、淤泥質土以及地基承載力不大于120KPa的粘性土和粉性土。2.2 碎石樁加固機理碎石樁是指通過向地層中夯填入碎石料后在地基中形成的由碎石料組成的樁（柱）體。碎石樁的加固原理因加固土體的性質和狀況的不同而不同，一般為擠密和置換兩種作用。對于飽和粘性土，碎石樁加固的主要機理

6、是置換；對于砂性土，加固的主要機理是擠密；而對于粉性土和非飽和的粘性土，則同時兼有擠密和置換兩種作用。對于砂土、粉土以及非飽和粘性土的加固機理有：（1）擠密作用。對高含水量用振沖法施工，低含水量土中用沉管擠密，非飽和粘性土用干振法施工，在施工過程中通過強大的振壓功使土中的水相與氣相減少，使土顆粒重新排布，從而達到使土更加密實的目的。土體的擠密效果不但可增大土體的密實度和抗剪強度，提高地基承載力，降低壓縮性，還可大大提高地基土的抗液化能力；（2）排水作用。反濾性和滲透性良好的碎石樁，能使孔隙水迅速排出，有效防止孔隙水壓的增高和土體的液化。此外，碎石樁的存在也大大縮短了樁間土的固結排水路徑，有利于

7、土體的固結和抗剪強度的提高；（3）預振作用。對于具有液化勢的土體 ，由于碎石樁施工中的強烈振動，使土體產(chǎn)生較大的動應變，土體得到擠密，密度得到增加，同時土體所產(chǎn)生的這種預振大大改善了地基的抗液化性能，（4）減振作用。對于可液化地基，經(jīng)加固后，地震烈度會因為剪應力在碎石樁上發(fā)生集中而得到降低。對于飽和性土的加固機理：（1）置換作用。飽和粘性土粒料含量大，粒間結構力強，滲透性差，孔隙水很難排出土體，在外力作用下擠向四周的土體造成周圍土體產(chǎn)生側移和地表隆起，因此，飽和粘性土地基上的碎石樁加固不是通過擠密樁間土，而是通過剛度較大的樁體置換樁體部位的軟土來分擔上部荷載；（2）排水作用。對于不同的地質、土

8、質環(huán)境碎石樁處理可選用振沖法、沉管法、干振法、射水成孔、強夯等不同的施工方法。2.3 排水固結法加固機理排水固結法是利用天然地基土層本身的透水性或設置在地基中的豎向排水體，通過預先在地表進行加載預壓或利用結構物自身重量使土中孔隙水逐漸排出，土體逐漸固結壓密，強度逐漸提高的方法。排水固結法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成。根據(jù)排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)的不同，排水固結法有等載預壓、堆載預壓、排水板（砂井）等載預壓以及真空預壓等。等載預壓、堆載預壓與排水板預壓的區(qū)別在于等載預壓和堆載預壓是利用天然地基作為排水系統(tǒng)、其排水過程是一維固結排水過程；而排水板預壓法則在地基中設置了豎向排水體、使其固結排水過程變?yōu)槿?/p>

9、維固結排水。在本試驗段工程中，廣泛采用了等載預壓、塑料排水板等載預壓等處理方法，對于普通路段，其地基軟土層較高、較薄的情況均采用砂墊層與等載預壓相結合的方法。3 軟土地基處理方案設計3.1 工程概況及要求3.1.1 工程地質概況蘇州繞城高速是蘇州市道路規(guī)劃網(wǎng)的重要組成部分，該高速公路處于平原水網(wǎng)地區(qū)及低洼河蕩地區(qū)，項目區(qū)為第四系地質覆蓋，厚度大，經(jīng)調(diào)查項目范圍內(nèi)軟土地基廣泛分布，軟土地基的處理將是本項目投資、進度、質量的重要控制方面，為指導工程大規(guī)模的施工，根據(jù)“工可”建議、建設單位要求，先修建先導試驗路段。全試驗段位于平坦水網(wǎng)及低洼湖蕩平原區(qū)，起點k8+400至K9+900段為低洼魚塘路段，

10、地面高程在-0.40.8m，K9+900到終點K13+400段為平坦水網(wǎng)路段，地勢開闊，地面高程在1.82.4m。受地質構造控制，本區(qū)第四紀地層覆蓋厚度達200m左右，其間河、湖、海頻繁交替，層序清晰，勘探深度范圍內(nèi)有第四紀全新統(tǒng)，上、中、下更新統(tǒng)地層。其中更新統(tǒng)相對穩(wěn)定，主要以硬粘土、亞砂土為主；全新統(tǒng)穩(wěn)定性相對較差，發(fā)育較多軟土，是區(qū)內(nèi)的主要不良地質現(xiàn)象。本試驗段的主要不良地質問題是21m以淺部分廣泛分布兩層軟土，第一層1.55.0m厚度的流塑狀淤泥質亞粘土，層底標高在-1.6-5.8m，在K9+900K11+400段局部厚度達15.0m層底標高在-13.97m，該層特點是厚度大、強度低、

11、壓縮性高、抗剪強度低、滲透性小、具有觸變性，易導致路基沉陷和失穩(wěn)；第二層為3.37.2m厚的軟塑狀亞粘土層，層底標高在-14.618.5m，其特點是強度低，中高壓縮性，易導致工后沉降。3.1.2 軟土地基處理要求針對各區(qū)軟土層的厚度、埋深及其性質，軟土地基處理結合工期、經(jīng)濟、工程效果、施工工藝技術水平等分別采用了預壓固結、塑料排水板、土工織物、粉噴樁、碎石樁、砂墊層以及綜合處理等方法，以尋求有效提高承載力、減少沉降量、穩(wěn)定地基的效果。為取得工程的最佳效果，在優(yōu)化了軟基處理的各種方案后，針對不同的地質地理環(huán)境，采用了恰當?shù)奶幚矸椒?；另一方面，工程項目采用了全面質量管理體系，強調(diào)施工的重要性，在軟

12、基處理過程中主抓施工工藝水平，控制技術要點，這為后面的大面積施工積累了經(jīng)驗，提供了充分的指導意見。3.2 軟土地基處理方案布置由于本路段地質環(huán)境復雜，針對不同的軟弱地基環(huán)境，工程上采用了不同的軟基處理方法，例如：在構造物（通道、橋梁的兩端）附近采用了粉噴樁+砂墊層+等載預壓，在流塑狀淤泥質亞粘土較厚的區(qū)域采用塑料排水板+砂墊層+等載預壓，在硬塑狀亞粘土較淺、流塑狀淤泥質較薄的地方則采用砂墊層+等載預壓，同時 在一座橋的兩端還試用了碎石樁處理尋求縮短工期情況下的效果。工程進行至現(xiàn)階段，軟基處理工作基本完成，為了總結經(jīng)驗，分析各種處理方式的處理效果以及與工程相關的各方面的情況，以指導后面的規(guī)模施工

13、.在本試驗段中，在進行了粉噴樁、排水板、碎石樁處理后的路段，我們都采用了預壓處理，在本試驗段較短路段，因為軟土層較薄，不需其他處理的情況我們也采用預壓處理，因此總的來說等載預壓處理是全路段都采用的處理方法。3.3 軟土地基處理效果評價工程質量是第一位的，軟基處理的效果如何是考察各種處理方案的關鍵因素，可以從工后沉降（現(xiàn)階段沉降）、水穩(wěn)定性等方面來分析研究。1）粉噴樁的沉降觀測結果粉噴樁到現(xiàn)在的總沉降相對較少，一般在10cm左右，K79+933處粉噴樁的沉降觀察結果如表1所示。表1 K79+933處粉噴樁的沉降觀測結果K9+933處粉噴樁處理 設計總沉降：450mm日期觀測沉降值 單位（mm）左

14、幅中線右幅11.12.01000 12.4000 12.08002 12.17181517 12.232928292012.1.5516051 01.10536354 01.17576859 01.23597062 01.31627264 02.16637365 02.21677466 03.07637667 03.16737870 03.24738070 04.14758073 04.22788476 05.08959283從表1的觀測結果可以看出，粉噴樁有處理達到了預期效果，在穩(wěn)定性、側向位移上，同樣可以從上面沉降值看出，都滿足相關要求。2）碎石樁的沉降觀察結果碎石樁到現(xiàn)階段的沉降量相對很

15、少，一般在10cm左右，K11+043處的碎石樁的沉降觀察結果見表2。表2 K11+043處的碎石樁的沉降觀察結果K11+043處碎石樁處理 設計總沉降：450mm日期觀測沉降值 單位（mm）左幅中線右幅11.12.0100012.0400012.0800012.1717151312.233131292012.1.541393501.1042424001.1743475001.2350555101.3157575502.1665676202.2170676303.0770726903.1673757203.2479818004.1480838004.2291858705.08978992由上表

16、的沉降值我們可以看到，沉降均勻穩(wěn)定，并且總量很小，達到預期效果。3）塑料排水板處理的沉降觀測結果排水板到現(xiàn)階段的沉降量相對較大，一般在20cm左右，K8+900處的沉降觀察結果如表3所示。表3 K8+900處塑料排水板處理的沉降觀察K8+900處塑料排水板處理 設計總沉降：770mm日期觀測沉降值 單位（mm）左幅中線右幅11.10.22000 10.2412115 11.03192015 11.23242721 12.03303125 12.04263626 12.10313626 12.16353437 12.19365039 12.27365011012.01.065453110 01.

17、196466119 01.266970126 02.257979128 03.028085134 03.088685134 03.2413596155 03.3014097157 04.0614098157 04.16147104161 04.24149110166 05.01167129188 05.11181152202由表3的沉降值，我們可以看出塑料排水板處理路段沉降值較大，排水固結加快。4）工程經(jīng)濟情況對于本試驗段，從機械、人員、組織、材料等方面綜合考慮，我們在成樁（處理完成后），進行了統(tǒng)計計算，其大概經(jīng)濟情況如表4所示。表4 不同處理方案的工程經(jīng)濟情況處理方法處理環(huán)境處理效果施工與技

18、術要求工期情況工程經(jīng)濟情況粉噴樁較多地用在橋梁的兩端，以及涵洞、通道的下部及兩端，以防止橋頭跳車和構造物的不均勻沉降從沉降值來看，粉噴樁處理使軟基的強度迅速提高，承載力與穩(wěn)定性很快能達到預期效果， 為后繼施工打下了堅實基礎粉噴樁的工藝流程比較復雜，技術要求相對較高，技術控制點很多，要求操作人員的技術水平較高，施工組織嚴密粉噴樁在施工時速度比較慢，但成樁快，從總的工期看需要的時間比較短，可以很快進行后繼工程的施工綜合計量價格為62.0元/延米碎石樁在本試驗段僅在一座橋的一側采用，以替代原設計中的粉噴樁處理，其處理深度更深且比粉噴樁容易施工碎石樁處理后的橋頭沉降穩(wěn)定，取得了用粉噴樁處理的同樣效果，

19、同時彌補了粉噴樁處理深度不夠的缺陷碎石樁的施工工藝相對粉噴樁要簡單，但技術要求還是比較高的，要求在施工中嚴格控制好電、水、料三要素碎石樁在施工時速度最慢，但它與粉噴樁一樣，總工期很短，很快達到處理效果綜合計量價格為157.0元/延米塑料排水板在本試驗段普通路段，軟弱地基較厚的地段都采用了塑料排水板處理塑料排水板處理明顯使軟基排水固結加快，沉降迅速，提高了軟基的承載力與穩(wěn)定性塑料排水板的施工工藝簡潔明了，對施工人員來講比較容易掌握，而且質量容易控制塑料排水板在施工時最快，打一樁僅需要幾分鐘，但后面的排水固結速度較慢，因此總工期較長綜合計量價格為13.0元/延米等載預壓在本試驗段全程幾乎都采用了等

20、載預壓，使其與其他各種處理方法相結合，或單獨處理等載預壓與其他各種處理方法的結合使用，使處理效果更好，可靠性更強等載預壓處理是比較簡單而實用方法的處理，在操作上沒有太多的困難等載預壓處理，在本路段采用了160天與360天兩種預壓期計入工程土方量從表4可以看出：1）粉噴樁：62元/延米。2）碎石樁：157元/延米。3）排水板：13.0元/延米。等載預壓，是全程采用并且直接從取土坑取土，計入工程土方量。4 總結與結論軟基處理是本試驗段路基工程的重要組成部分，也是工程能否保質、保期完成的關鍵所在，軟基處理在工期、經(jīng)費上占據(jù)了路基工程的很大部分，做好軟基處理工作，同時也是整個工程質量的保證，因此，我們

21、在設計、方案選擇、軟基施工上都做了充分準備與認真細致的實地操作，為了保證軟基處理工作取得預期的效果，保證質量與工期要求，我們從以下兩方面從發(fā)，重點控制，嚴格把關：1）從宏觀上講，我們針對工程不同斷面的地質地理環(huán)境，綜合考慮工期、技術，經(jīng)濟等要求，選擇最優(yōu)化處理方式，以做到客觀實際，對癥下藥。2）從微觀上講，我們在確定了適當?shù)奶幚矸椒ê螅谑┕すに嚵鞒躺?，嚴把技術關，層層控制，環(huán)環(huán)抓緊，確保了工程質量。通過本試驗段對軟基處理的施工與觀測，我們在軟基處理的方案比較，施工工藝、質量控制等方面取得了廣泛的認識，積累了大量的經(jīng)驗，驗證了設計與施工參數(shù)，這為后期大規(guī)模施工提供了詳盡的參考資料與指導意見，同時也為后續(xù)工程打下了堅實的基礎。參考文獻1 梁中天. 軟土地基處理方法探討J. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟, 2008(12).2 郭雙田,李慶躍,盧偉. 塑