濕軟地基的分類及處理方法

1、濕軟地基的分類及處理方法摘要濕軟基地是道路建設中的重要課題，做好濕軟地基處理直接關系到道路的質量，交通的安全，國家的利益。本文就道理建設中常見的一些濕軟地基處理方法進行了若干探討。關鍵詞濕軟地基軟基處理路基夯實引言軟土對公路的危害，引起我國公路方面各部門的重視，科研、設計、施工等單位全力以赴，協(xié)同作戰(zhàn)，經(jīng)過多年努力，已摸索了不少對策，并取得了可喜的成績?？蒲胁块T成立了專門機構組織機關。交通部下屬科研院，為了承擔軟土科研及試驗工程臨時組成科研小組。近年來為設計、科研與施工為一體專門服務于軟基，也兼作其它特殊性巖土處治工程而紛紛出現(xiàn)一些新型的巖土公司，在廣東、湖南、遼寧、陜西等省均有這樣的聯(lián)合配套

2、公司，給軟基處理帶來新的生機?？辈煸O計部門利用他們勘察單位的優(yōu)勢，采用多種勘探，測試手段，尤其近年來不僅用單一的鉆探方法而且更廣泛采用靜力觸探、十字板剪、旁壓等原位測試儀以及多種土工儀器進行原狀土和擾動土的物理、力學、水理試驗項目，為設計提供了可靠的地質資料和各種必需的土工試驗數(shù)據(jù)，大大提高設計成果的可靠度。在設計方法方面更有大的突破，過去對軟土的沉降、穩(wěn)定計算，多用手算，現(xiàn)在采用計算輔助設計，不僅加快了設計進度，而且便于優(yōu)化設計，且能迅速提供設計成果，也無形中減輕了設計人員的勞動強度。其他部門在學術活動方面，不時地舉行軟土地基經(jīng)驗次序或專題研究會，以提高科技人員素質并收到取長補短加快信息傳遞

3、的多方面的效果。在管理工作方面：交通部及生產(chǎn)單位，經(jīng)過三年努力，編制出交通行業(yè)標準公路軟土地基路堤設計施工技術規(guī)范即將頒布與出版，將使我國公路軟土地基無論在設計方面或施工方面，出現(xiàn)了有章可循的局面。1軟土地基的定義及特征所謂軟土，從廣義上說，就是強度低、壓縮性高、承載能力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的粘性土。軟土包括淤泥、淤泥質土、雜填土及飽和松散粉細砂與粉土。堤防工程中主要是指天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的亞粘土、粘土所組成的淤泥和天然孔隙比大于1.0小于1.5的粘土組成淤泥質粘土。修建在軟土地區(qū)的路基，主要是路堤填筑荷載引起軟基滑動破壞的穩(wěn)定問題和量大且時間長的沉降問題。軟土地

4、基是指壓縮層主要由淤泥、淤泥質土或其他高壓縮性土構成的地基，其承載能力很低，一般不超過50kpa。其主要特征如下：1.1 孔隙比和天然含水量大我國軟土的天然孔隙比e一般在1.01.9之間，大部分軟土的天然含水量=34%72%液限一般為35%60%普遍大于液限。1.2 壓縮性高我國淤泥和淤泥質土的壓縮系數(shù)一般都大于0.5Mpa,建造在這種軟土上的建筑物將發(fā)生較大的沉降，尤其是沉降的不均勻性，會造成建筑物的開裂和損壞。1.3 透水性差軟弱土盡管其含水量大，透水性卻很小，滲透系數(shù)均在10-810-6cm/s之間。因此，土體受到荷載作用后，呈現(xiàn)很高的孔隙水壓，影響地基的壓密固結。1.4 抗剪強度低軟土

5、通常呈軟塑流塑狀態(tài)，在外部荷載作用下，抗剪性能極差，我國軟土無側限抗剪強度一般小于30kpa（相當于0.03Mpa）o不排水剪時，其內摩擦角幾乎為零，抗剪強度僅取決于凝聚力C,一般C<30kpa；周結快剪時，內摩擦角等于5°15°。2軟土地基對公路的危害路基是道路線性的主體，貫穿公路全線，與沿線的橋梁、涵洞和隧道等相連接。路基是在天然地表面上按照道路的設計線形（位置）和設計斷面（幾何形狀）的要求填筑或開挖而成的巖土結構物，是路面結構的基礎。如果路堤松軟不穩(wěn)定，在行車荷載的反復作用下，將會引起路面的不均勻沉降，從而影響路面的平整度，導致車速降低，燃料消耗增加，甚至導致路

6、面過早破壞，嚴重時會引起路堤塌方或滑坡，造成重大的交通事故。隨著我國高等級公路的不斷修建，濕軟地基的處理加固已顯得越來越重要。作為路基本身或其支承體，軟土地基因土體含水量大、空隙比大而使地基呈現(xiàn)出強度低、壓縮性大、沉降量大的軟弱土層地基。在軟土地基上修筑路基，若不加處理，往往會發(fā)生路基失穩(wěn)或過量沉陷，導致路基病害的產(chǎn)生，繼而影響車輛的正常運行。3軟土地基施工處理的基本方法隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，在軟土地基上修建高速公路的數(shù)量越來越多。對軟土地基進行處理，已引起設計、施工和管理人員的高度重視，近年來工程實踐已積累了大量的第一手資料。人們對軟土的種類及其性質有了比較統(tǒng)一的認識，根據(jù)高速公路地基

7、軟土的不同特征、分布情況和地理環(huán)境等因素，可采用一種或兩種以上的軟土地基處理方法。在施工中經(jīng)常碰到的情況多數(shù)不是軟土地基，因為如果有軟土地基一般情況在設計時應該根據(jù)地質資料提出處理方法。多數(shù)情況是有局部地段地質情況和原來設計不同，出現(xiàn)局部地基承載力達不到設計要求，或者由于局部地段含水量過大（原有排水系統(tǒng)不暢，原有地基土質滲水性不好）造成地基軟彈（翻漿，彈簧土地段）。當路堤穩(wěn)定驗算或沉降計算不能滿足設計要求，對道路工程有嚴重影響時，必須對軟土地基進行加固。根據(jù)出現(xiàn)的這些情況一般常用的方法主要有：3.1 塑料板排水法塑料板排水法是把用濾膜包裹的塑料芯板用機械打入軟土地基，利用濾膜的透水性和塑料板的

8、溝槽構造把水匯集起來排到地面砂墊層內的軟基加固方法。塑料芯板是由聚丙烯和聚乙烯塑料加工而成的兩面帶有間隔溝槽的板條，濾膜一般采用不低于60號、耐腐蝕的滌綸襯布，且含膠量不小于35%插入土中形成豎向排水通道。因此施工簡單、快捷、應用較為廣泛。最大的有效處理深度可達到18米。3.2 砂井砂井是利用各種打樁機具擊入鋼管，或用高壓射水、爆破等方法在地基中獲得按一定規(guī)律排列的孔眼并灌入中、粗砂形成砂柱，形成較大的密實柱體，提高軟土地基的整體抗剪強度，從而減少沉降。由于這種砂井在飽和軟粘土中起排水通道的作用，又稱排水砂井。砂井頂面應鋪設墊層，已構成完整的地基排水系統(tǒng)。砂井適用于軟土層厚度大于5m時。最大的

9、有效處理深度可達到18米。3.3 袋裝砂井為了縮短砂井排水距離，往往預先在直徑約7cm的圓筒狀聚丙烯或其他適用的編織料制成的袋里裝滿砂，然后放入成孔中，此法稱為袋裝砂井。袋裝砂井主要用導管式振動打樁機（在進行方式上普遍采用的有軌道門架式、履帶臂架式、吊機導架式等），選用聚丙烯或其他適用的編織料制成的袋，采用滲水率較高的中、粗砂（大于0.5mm的砂的含量宜占總重的50%以下，含泥量不應大于3%。滲透系數(shù)不應小于5X10-3cmZs）,按整平原地面攤鋪下層砂墊層機具定位-打入套管-沉入砂袋-拔出套管-機具移位-埋砂袋頭-攤鋪上層砂墊層的施工工藝流程進行。經(jīng)對固結時間的影響沒有井距那樣敏感。但一般砂

10、井如果井徑太小，既無法施工，也無法防止因地基變形而斷開失效。因此，現(xiàn)在廣泛采用網(wǎng)狀織物袋裝砂井，具直徑僅7cm左右，比一般砂井要省料得多，造價比一般砂井低廉，且不會因施工操作上的誤差或地基發(fā)生水平和垂直變形而喪失其連續(xù)性。最大的有效處理深度可達到18米。3.4 土工聚合物處治土工布鋪設于路堤底部，在路基自重作用下受拉產(chǎn)生抗滑力矩，提高路基穩(wěn)定性。土工布在軟土地基加固中的作用包括排水、隔離、應力分散和加筋補強。土工格柵加固土的機理存在于格柵與土的相互作用之中。一般可歸納為格柵表面與土的摩擦作用；格柵孔眼對土的鎖定作用和格柵肋的被動抗阻作用。三種作用均能充分約束土的顆粒側向位移，從而大大地增強了土

11、體的自身穩(wěn)定性，對土的加固效果明顯高于其他土工織物。高填土可適當分層，采用土工布加強路堤剛度，并在軟土基上隔墊，使荷載均勻，避免局部破壞，對地下水防治相當有利，也可以用土工布攤鋪軟土底層，并折向沿邊坡作防護，這樣既提高基底剛度也使邊坡受到維護，有利于排水和因地基應力再分配而增加路基的穩(wěn)定性。在軟土地基表層鋪設一層或多層土工織物，可以減少路堤填筑后的地基不均勻沉降，又可以提高地基的承載能力，同時也不影響排水。對于淤泥之類高含水量的超軟弱地基，在采用砂井及其他深層加固法之前，土工織物鋪墊可作為前期處理，便于提高施工的可能性。3.5 堆載預壓法在軟土地基上修筑路堤，通過填土堆載預壓，使地基土壓密、沉

12、降、固結，從而提高地基強度，減少路堤建成后的沉降量。堆載預壓法對各類軟弱地基均有效；使用材料、機具簡單，施工操作方便。但堆載預壓需要一定時間，適合工期要求不緊的項目。對于深厚的飽和軟土，排水固結所需要的時間很長，同時需要大量的堆載材料，在使用上會受限。其方式有超載預壓（進行預壓的荷載超過設計的道路工程荷載）和等載預壓（預壓荷載等于道路工程荷載）兩種。如果工期不緊，可以先填筑一部分或全部，使地基經(jīng)過一段時間周結沉降，然后再填筑和鋪筑路面。最大的有效處理深度可達到30米。3.6 深層攪拌樁法深層攪拌法，是膠結法處理軟土地基的一種。它利用水泥漿材料作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，就地在軟土中利用

13、壓縮空氣噴射水泥漿，與軟土強行攪拌，利用固化劑與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學反應，使軟土固結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的地基，以達到提高地基承載力、減少地基的沉降量。其地基應視為復合地基，以及樁土共同承擔應力。它具有施工速度快，設備輕便，便于移動，方法容易掌握，處理深度較大等優(yōu)點，且工后沉降較小，排水固結時間短。利用工程鉆機，將旋噴注漿管置入預定的地基加固深度，通過鉆桿旋轉，徐徐上升，將預先配制好的漿液，以一定的壓力從噴嘴噴出，沖擊土體，使土和漿液攪拌成混合體，形成具有一定強度的人工地基。最大的有效處理深度可達到20米。3.7 換填土層法這是最常用的方法。這種方法最大的有效處理深度可

14、達到3米。采用人工或機械挖除路堤下全部軟土，換填強度較高的粘性土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料，形成良好的持力層，從而改變地基承載力特性，提高抗變形和穩(wěn)定能力，施工時應注意坑邊穩(wěn)定，保證填料質量，填料應分層夯實。換填的深度要根據(jù)承載力確定。主要的施工方法有：3.7.1 墊層法其基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實土，按回填的材料可分為砂（或砂石）墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土（灰土、二灰）墊層等。干渣又分為分級干渣、混合干渣和原狀干渣；粉煤灰分為濕排灰和調濕灰。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量；常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。該法常用于基坑面積寬大和

15、開挖土方量較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層（淤泥質土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結的沖填土等）與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為23nl適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。3.7.2 強夯擠淤法如當?shù)厥县S富，亦可直接在路基基底拋投片石，將濕軟土層擠出基底范圍，以提高路基強度的方法稱為強夯擠淤法。在路基底從中部向兩側拋投一定數(shù)量的片石，將淤泥擠出路基范圍，以提高路基強度，所有片石宜采用不易風化的大石塊，尺寸一般0.3m。其上鋪0.1m厚碎石及0.1m厚砂層后再填土。這種方法的適用范圍為：軟土厚度3.0m,表層無硬殼，呈流動狀態(tài)、排水困難的地基狀態(tài)。就是在

16、有軟土或彈簧土以及有積水的路段填石頭，填石的高度以露出要處理的路段原有土層（或積水）高度為宜。在填石的過程中注意一定要用推土機把石塊壓實，不能出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象。然后再填筑土方。采用邊強夯、邊填碎石、邊擠淤的方法，在地基中形成碎石墩體，可提高地基承載力和減小變形。適用于厚度較小的淤泥和淤泥質土地基，應通過現(xiàn)場試驗才能確定其適應性。對于非粘性及松散土而言，振動壓實法效果良好。振動壓實效果，因土質和振動時間而不同，一般是振動時間越長，效果越好，但時間過長就會無效。對于主要由礦渣、碎磚、瓦塊為主要的建筑垃圾，時間約1min多些即可；含細爐渣等顆粒填土，振動時間35min,有效深度為1.21.5m。重錘夯實

17、法加固地基，可提高地基表層土的強度，對濕陷性黃土，可降低地表的濕陷性，對雜填土可減少表層土的強度不均一性。重錘夯實法適用于地下水位0.8m以下稍濕的一般粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土等。實踐證明，強夯過程中，土體中因含可壓縮的微氣泡，而產(chǎn)生幾十厘米的沉降,土體產(chǎn)生液化，使土的結構破壞，強度下降至最小值，隨后在夯擊點周圍出現(xiàn)徑向裂縫，成為加速空隙水消散的主要通道，這一過程無法用傳統(tǒng)的固結理論解答，因而就有飽和土是可壓縮的重要機理。實踐證明，由于土中有機物的分解，含氣約1%4%強夯過程中，氣相體積被壓縮，加上孔隙水被擠出，兩者體積有降低，重復夯擊作用，氣體被壓縮接近于零時，土體變成不可壓縮，相應

18、的孔隙水壓力上升到與覆蓋壓力相等的能量級時，土既產(chǎn)生液化，吸附水變成了自由水，土的強度達到最小值，繼續(xù)施加外界能量，對強度提高無效，需要停止夯擊，等待強度恢復。與此同時，夯點四周形成有規(guī)則垂直裂縫，出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。當孔隙水壓力消散到水于土粒間的側向壓力時，裂縫即自行閉合，土中水的運動恢復常態(tài)。隨著孔隙水的消散，土的抗剪強度和變形模量有了大幅度增長，這是由于土粒間精密接觸，以及新吸附水層逐漸固定所致。實踐證明，強夯法具有施工簡單，加固效果好、使用經(jīng)濟、運用而較廣等優(yōu)點。據(jù)報載，經(jīng)強夯法處理的地基，其承載力可提高25倍,壓縮性降低210倍，廣泛用于雜填土、碎石土、砂土、粘性土、濕陷性黃土及泥炭和沼澤

19、土。3.7.3 排水砂墊層在軟土地基上鋪設厚度為0.61.0米的砂層，可使軟土頂面增加一個排水面，在填土的過程中，荷載逐漸增加，促使軟土地基排水固結滲出的水就可以從砂墊層中排走。促進路基底的排水固結，提高路基的強度及穩(wěn)定性。砂墊層材料的選擇是以透水性好的砂或砂礫作為標準，以保證所需的排水能力。在軟土層頂面鋪砂墊層，主要起淺層水平排水作用，使軟土中的水分在路堤自重的壓力作用下，加速沉降發(fā)展，縮短固結時間。但對基底應力分布和沉降量的大小無顯著影響。適用于路堤高度小于兩倍極限高度（在天然軟土地基上，基底不作特殊加固處理而用快速施工方法修筑路堤的填筑最大高度），軟土層及其硬殼較薄，或軟土表面滲透性很低的硬殼等情況。亦適用于軟土層稍厚