材料換填處理公路軟基的施工實例分析

1、材料換填處理公路軟基施工實例分析摘要：軟土地基需要結(jié)果物理、化學(xué)的方法進(jìn)行處理,才能保證公路路基的質(zhì)量。主要的處理方法有：換填法、排水固結(jié)法、輕型填方施工法和復(fù)合地基處理法等。本文對公路軟地段擋墻工程的軟土地基處理進(jìn)行全面地介紹和總結(jié)，分析了換填法是公路軟土地基處理工程中的應(yīng)用，為今后公路軟土地基處理提供有益的借鑒。關(guān)鍵詞：軟土地基；材料換填；換土墊層法；砂質(zhì)粉土當(dāng)巖溶地基因風(fēng)化作用而使其承載力、變形或由于表層溝壑不平滿足不了建筑物的要求，而風(fēng)化層厚度又不大時，將基礎(chǔ)底面下處理范圍內(nèi)不良土層全部挖去，然后分層換填強(qiáng)度較大的砂碎石、素土、灰土、礦渣或其他性能穩(wěn)定的材料，并壓實，這種方法即為換填法

2、。換土墊層法在巖溶風(fēng)化嚴(yán)重或巖溶紅粘土地基中比較實用。如圖1。（1）提高地基承載力。承載力與地基下土層的抗剪強(qiáng)度有關(guān)。砂、碎石等填筑材料抗剪強(qiáng)度較軟弱土層高，因此可提高地基承載力。（2）減小沉降量。一般來說，地基中淺層部分的沉降量占總沉降量比重較大，換填后可減小這部分沉降；另外由于換填材料對應(yīng)力的擴(kuò)散作用，可以使作用在下臥層的壓力減小，從而減少下臥層的沉降。（3）加速軟弱土層的排水固結(jié)。不透水基礎(chǔ)或透水性差的路堤直接與軟弱土層相接觸，在荷載作用下，使軟弱土層不易固結(jié)，形成較大的孔隙水壓力，可能導(dǎo)致由于地基強(qiáng)度降低而發(fā)生塑性破壞的危險。而砂石等墊層材料透水性大，排水良好，可迅速消散孔隙水壓力，加

3、速其下軟弱土層的固結(jié)和強(qiáng)度的提高。（4）防止凍漲。由于粗顆粒墊層孔隙率大，不易產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象，因此可以防止寒冷地區(qū)地基土發(fā)生凍脹現(xiàn)象。此時砂墊層底面應(yīng)滿足當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度的要求。（5）消除膨脹土的脹縮作用。在各類工程中，墊層所起的主要作用有時也是不同的。對膨脹土地基而言則主要消除膨脹土的脹縮作用。1、 設(shè)計計算實踐表明，不同換填材料的承載力和沉降基本相同，可近似按砂墊層的設(shè)計方法進(jìn)行計算：（a） 墊層厚度的確定以 “墊層底面處土的自重壓力與附加壓力之和不超過同一標(biāo)高處軟弱土層的地基承載力設(shè)計值”為標(biāo)準(zhǔn)。如圖1所示，其表達(dá)式如下：式中 fz墊層底面處土層地基承載力設(shè)計值，(kpa)pcz墊層底面處土

4、的自重壓力，(kpa)pz墊層底面處土的附加壓力設(shè)計值，(kpa)實際設(shè)計時，一般根據(jù)下臥層承載力確定墊層厚度。墊層厚度先根據(jù)經(jīng)驗初步擬定，然后用式（1-1）校核。厚度一般在 0.5m一3m 范圍內(nèi)，太小則墊層作用不顯著，太大則施工較困難、且不經(jīng)濟(jì)。墊層底面處附加壓力可由下式簡化計算：（b） 墊層寬度的確定墊層寬度應(yīng)滿足應(yīng)力擴(kuò)散的要求，可按下式計算或根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定(1-4)式中 b 墊層底面寬度。墊層頂面每邊宜超出基礎(chǔ)底邊不小于300mm，或從墊層底面兩側(cè)向上按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗放坡，整片墊層的寬度可根據(jù)施工的要求適當(dāng)放寬。2、 施工工藝按換墊材料的不同，有砂和砂石墊層、素土墊層、灰土墊層、碎石和廢渣

5、墊層等。由于篇幅所限，本文只介紹前兩種。（1） 砂和砂石墊層（a） 對材料的要求宜選用級配良好、質(zhì)地堅硬的粒料，不均勻系數(shù)大于 10，中、粗砂為好，可摻入一定量的碎石、卵石，但要分布均勻。材料含泥量不應(yīng)大于 5%，對于用作排水固結(jié)的墊層，含泥量不應(yīng)大于 3%，且不宜夾雜過大的石塊，否則會導(dǎo)致墊層的不均勻壓縮。一般要求碎、卵石粒徑不大于 50mm。（b） 施工要點砂墊層的施工關(guān)鍵是將砂加密到設(shè)計的密實度。常用的加密方法有振動法、水撼法、碾壓法等。要求分層鋪砂，逐層密實。下層密實度經(jīng)檢驗合格后方可進(jìn)行上一層施工。檢驗標(biāo)準(zhǔn)為干密度達(dá)設(shè)計要求。分層厚度視不同密實方法而定，一般為 15、20cm， 具體

6、的分層最大厚度和最優(yōu)含水量可根據(jù)具體施工方法確定，見附錄2:鋪筑前應(yīng)先驗槽，保證基槽穩(wěn)定。開挖基坑及鋪設(shè)墊層時，應(yīng)避免擾動軟弱土層的表面，否則坑底土遭到破壞后，強(qiáng)度會顯著降低，在荷載作用下將產(chǎn)生很大沉降。因此，開挖后應(yīng)及時回填，并防止踐踏坑底。砂石墊層底面應(yīng)鋪設(shè)在統(tǒng)一標(biāo)高上。但如深度不同時，應(yīng)注意做好搭接，并搗實搭接部分，施工時按先深后淺的順序進(jìn)行。人工級配砂石墊層，應(yīng)拌和均勻后再鋪填搗實。搗實墊層時，也應(yīng)注意不要破壞基坑底面和側(cè)面土的強(qiáng)度。采用細(xì)砂作墊層材料時，應(yīng)加入一定數(shù)量的碎、卵石，且應(yīng)防止地下水的影響。水撼法施工時，在基槽兩側(cè)設(shè)置樣樁，控制鋪砂厚度，每層25cm,每鋪一層，灌水與砂平齊

7、，然后用鋼叉搖撼，直至全部沉實。檢驗合格后再進(jìn)行下一層施工。（2） 素土墊層素土墊層是先挖去基礎(chǔ)下的部分或全部軟弱土，然后回填素土，分層夯實。常用于處理濕陷性黃土地基和雜填土地基。素土墊層土料一般以粘性土為宜，施工中基槽內(nèi)不得有水。夯（壓） 實施工時控制土料含水量使之接近最優(yōu)含水量。 分層填筑時，虛鋪厚度150300mm。施工中由壓實系數(shù)控制填土密實度。3、 質(zhì)量檢驗墊層質(zhì)量檢驗包括分層施工質(zhì)量檢驗和工程質(zhì)量驗收。分層施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)使墊層達(dá)到設(shè)計密實度，對不同墊層其標(biāo)準(zhǔn)也不同：如砂墊層應(yīng)滿足干重度要求，中砂16knm，粗砂根據(jù)經(jīng)驗適當(dāng)提高。砂墊層的分層施工質(zhì)量檢驗可采用下述方法之一：環(huán)刀壓入

8、法：采用徑高比為 1:1， 容積 21064106m 的環(huán)刀。取樣前測點表面應(yīng)刮去3050mm 厚松砂，并采用定向筒壓入。環(huán)刀內(nèi)砂樣應(yīng)不含尺寸大于10mm 的泥團(tuán)或石子。貫入法：采用長1.25m的20 平頭光圓鋼筋，落距700mm，使之垂直自由下落，貫入度應(yīng)符合試驗測定的控制貫入度。砂石墊層設(shè)置純砂檢驗點后，可按砂墊層檢驗方法檢驗。分層施工質(zhì)量檢驗的測點布置應(yīng)滿足以下要求：對于整片墊層，當(dāng)面積300m2時，環(huán)刀法為3050m2布置一個，貫入法為1015m2一個；當(dāng)面積300m2時，環(huán)刀法為50100m2布置一個，貫入法為2030m2一個。條形基礎(chǔ)下墊層，同整片墊層做法相同,且應(yīng)滿足環(huán)刀法20m

9、至少一個； 貫入法每10m至少一個。單獨基礎(chǔ)下墊層，同整片墊層做法相同，且每個基礎(chǔ)不少于兩個測點。換填結(jié)束后，按工程要求應(yīng)進(jìn)行墊層的工程質(zhì)量驗收?？赏ㄟ^載荷試驗測定承載力，當(dāng)有充分依據(jù)時，也可采用標(biāo)貫試驗或靜力觸探試驗。當(dāng)有試驗證明通過分層施工質(zhì)量檢驗可滿足工程要求時，也可不進(jìn)行工程質(zhì)量整體驗收。4、工程實例1、某公路地段擋墻工程的墊層設(shè)計擋土墻為條形基礎(chǔ)， 寬1.2m，埋深1.0m，作用在基礎(chǔ)底面上的荷載為120kn/m，基礎(chǔ)及基礎(chǔ)上土的平均重度為20kn/m3。場地土質(zhì)條件：第一層粉質(zhì)粘土，層厚1.0m，重度為17.5knm3；第二層為淤泥質(zhì)粘土，層厚 15.0m，重度為17.8kn/m3

10、，含水量為 65%；第三層為密實砂礫石層。地下水距地表為1.0m。經(jīng)研究分析， 確定采用砂墊層處理方案。（a） 確定砂墊層厚度取墊層厚度 1.7m，并要求分層碾壓夯實，其干密度要求大于1.6t/m3。墊層頂面處基底平均壓力為墊層底面的附加壓力按公式 （1-2）示計算：墊層底面處的自重壓力為第二層淤泥質(zhì)粘土的含水量為 65%，查出其地基承載力基本值f。=50kpa，從勘察報告中查得回歸修正系數(shù)切，f=0.90，則地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 fk為由地基規(guī)范查得深度修正系數(shù)d=1.0，經(jīng)深度修正后，則地基承載力設(shè)計值為說明滿足設(shè)計，故墊層厚度取1.7m。（b）確定墊層寬度按式（1-4），取墊層寬度為3.2m

11、。2、素土墊層材料的壓實特性研究及應(yīng)用實例換填施工前應(yīng)通過室內(nèi)擊實試驗，選擇壓實性能良好的土料，并確定該土可能達(dá)到的最佳密實度（以干密度表示）范圍與相應(yīng)的含水量值，為換填設(shè)計合理選用填筑含水量和填筑密度提供依據(jù)。如某橋頭引道工程，寬度36m，高度5m，其下河道淤泥35m厚，含水量為48%，孔隙比為1.1，塑性指數(shù)為18，壓縮系數(shù)為0.8mpa-1，靈敏度為6.7，屬典型軟土。設(shè)計采用素土墊層，將淤泥全部挖除。通過對該工程所選土料的擊實特性研究，發(fā)現(xiàn)砂質(zhì)粉土和某些粘質(zhì)粉土的擊實特性既不同于純凈砂土，也不同于粘性土，其擊實曲線形狀呈現(xiàn)多峰型或型，這一情況在國內(nèi)尚未見過有關(guān)報道。下面將就此作一介紹，

12、以供工程實踐及繼續(xù)研究參考。（a） 試驗設(shè)備及規(guī)格擊實試驗 采用輕型擊實。擊實儀為：擊實筒內(nèi)徑9.215cm，筒高15cm，擊實筒容積 1000cm3，擊錘質(zhì)量2.5kg，錘底直徑5cm，落距30.5cm， 單位體積擊實功應(yīng)為 561.0kjm3。擊實試樣的制備采用干法，分3層擊實，每層25擊。顆分試驗細(xì)粒含量的確定為密度計法。采用乙種土壤密度計：刻度為0.9951.020，最小分度值為0.0002。量筒：容積為1000ml,內(nèi)徑為60mm，刻度為01000ml。（b） 土工試驗成果本次試驗共作土樣11個。其土工試驗成果匯總于表 1。（c） 成果分析根據(jù)本次試驗成果（表 l） 及以往的工程經(jīng)驗

13、， 可得出下列結(jié)論：1） 粉質(zhì)粘土及塑性指數(shù) ip7 的粘質(zhì)粉土，擊實曲線呈單峰型，輕型擊實的最大干密度d一般大于 1.6t/m3，其最優(yōu)含水量基本符合 wop=wp2%的經(jīng)驗公式。土樣17的擊實曲線均為典型的單峰型。下文中圖2為土樣7的擊實曲線。2）砂質(zhì)粉土和塑性指數(shù) ip7 的粘質(zhì)粉土，擊實曲線不再呈單峰型，而是呈多峰型（具有23 個峰值點）或峰型，輕型擊實的最大干密度d一般小于1.6t/m3， 其最優(yōu)含水量也基本符合wop=wp2%的經(jīng)驗公式。上圖中的圖 3、圖4和圖5分別為土樣9、土樣10 和土樣11的擊實曲線。3） 試驗表明，砂質(zhì)粉土和塑性指數(shù) ip7 的粘質(zhì)粉土壓實性能較差。壓實后的干密度和壓實系數(shù)很難達(dá)到設(shè)計要求。尤其對擊實曲線為雙峰型和多峰型的填土，當(dāng)需大量填方時，因填筑含水量很難按設(shè)計要求嚴(yán)格控制，從而導(dǎo)致壓實后的干密度較室內(nèi)擊實最大干密度偏小。三、 結(jié)論對軟土的工程特性以及公路工程中由于對軟土處理不當(dāng)而引發(fā)的工程問題進(jìn)行了總結(jié)。對工程中常用的軟土地基處理方法一換填法， 從作用原理、適用+范圍、 設(shè)計計算等方面進(jìn)行了總結(jié)， 以期對工程實踐具有一定的指導(dǎo)作用。實際工程中，當(dāng)采用粉土作為填方工程的土料時， 應(yīng)選用塑性指數(shù) ip7 的粘質(zhì)粉土，不宜采用砂質(zhì)粉土和塑性指數(shù) ip7 的粘質(zhì)粉土。通過對試驗資料的分析，某引道工程采用了土樣