軟土地基的加固處理探討
2015-04-14
1、前言
近年來，隨著中國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，高等級道路的建設(shè)需求也不斷增大。但由于不同地質(zhì)條件成的特殊性。沿線道路路基下經(jīng)常存在深厚的軟土層。在軟土地基上修建道路時，若對地基處理不當(dāng)，有可能因為地基差異沉降過而影響道路的正常使用功能。軟土地基的處理質(zhì)量直接影響到路基的承載力與變形，也是保證路建成后安全、高效運營的關(guān)鍵，因此，探索和改進軟土地基處理工藝，進而選擇最適用的軟土地基處理方法。具有重要的社會效益和經(jīng)濟價值。
本文以某工程為例，闡述低位高真空分層預(yù)壓擊密法在深厚軟弱土層路基處理工程中的應(yīng)用情況和效果。
2、工程特點分析
本工程，擬建道路為東二區(qū)內(nèi)主要道路，其中道路的K3+521～K3+700、K4+125～K4+670和K4+763～K5+000段軟弱淤泥層深厚，總長度約961m，地基處理寬度64m，總面積約62000m2。
擬建道路路基主要土層自上而下分述如下：①1淤泥：流塑，為河底、魚塘浮泥。層厚0.40～0.5m。壓縮性極高，工程性能差。①2素填土：松軟，成分以粘性土為主。該土層擬建道路沿線除河道、魚塘外均有分布。層厚0.9~2.0m。壓縮性高，工程性能較差。②1粉質(zhì)粘土：可塑，層厚1.0m。壓縮性中等，工程性能一般。②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：流塑，含少量有機質(zhì)（有機質(zhì)含量在4.86%）及腐質(zhì)物，局部夾有粉土薄層。層厚4.8~10.8m，該層壓縮性高，工程性能差。以下是②3粉質(zhì)粘土。
主要需要進行地基處理的土層為②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，該層土含水量高、壓縮性高、承載力很低。
地基處理的主要目標為：①承載力達到110kPa；②表層回彈模量達到30MPa；③工后沉降不大于20cm。
3、地基處理方法比選
3.1粉噴樁
粉噴樁是加固飽和軟粘土地基的一種成熟方法，它利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基中就地將軟土和固化劑（粉體狀）強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基[1]。
該方法在江蘇省的市政道路工程中應(yīng)用較廣泛，在學(xué)院路深厚軟弱土層分布的路段也適用，但該方法工程造價較高，且因為施工過程中向土體中增加了水泥等添加劑，對地下水質(zhì)有影響。
3.2低位高真空分層預(yù)壓擊密法
低位高真空分層預(yù)壓擊密法是一種專利工法，其分為兩個階段，第一階段為低位預(yù)壓，通過在土體中設(shè)置豎向排水通道、在表層設(shè)置水平向排水通道，對軟弱土層進行預(yù)壓，加速深厚軟弱土層的排水固結(jié)，從而消除深層軟弱淤泥層的大部分沉降；第二階段為高真空擊密，通過設(shè)置真空管進一步對軟弱土層強制排水，并結(jié)合強夯擊密在路基表層形成一定厚度的硬殼層。
該方法在保證工程質(zhì)量的前提下，工程總造價較粉噴樁節(jié)省約30%；因施工過程中無需向土體中增加添加劑，施工過程環(huán)保。
經(jīng)過各方面的對比后選定在該工程的深厚軟弱土層路段采用低位高真空分層預(yù)壓擊密法進行軟地基處理。
4、低位高真空分層預(yù)壓擊密法主要施工步驟
低位預(yù)壓階段：清淤清表后回填素填土至要求的標高，回填40cm砂墊層作為水平排水墊層，插設(shè)塑料排水板，塑料排水板插設(shè)到②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層底部，間距1.0m，正方形布置，在砂墊層上鋪設(shè)土工布和真空膜形成密封系統(tǒng)，進行低位預(yù)壓，穩(wěn)壓后在預(yù)壓區(qū)充水1.0m。
高真空擊密階段：低位預(yù)壓卸載后，回填1m厚的道渣后進行高真空擊密，真空管深管間距3.5m×4.5m，淺管間距3.5m×4.5m，深淺管交叉布置，擊密點間距3.0m×4.5m，擊密能量1200~1600kN•m，1遍高真空擊密后進行一遍滿夯，能量800kN•m。
5、低位高真空分層預(yù)壓擊密法地基處理效果
5.1處理前后場地對比
處理前場地內(nèi)積水嚴重、設(shè)備難以進場，處理后從管線開挖斷面來看，處理效果明顯。
5.2靜力觸探試驗
在地基處理施工過程中，為及時了解處理前后②2層的強度提高情況，進行了靜力觸探試驗進行監(jiān)測對比。
經(jīng)過對比，經(jīng)過低位預(yù)壓處理后，②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層的Ps值有明顯提高，其中K4+845處②2層的Ps值由0.33MPa提高至0.52MPa，提高幅度59%，K4+945處②2層的Ps值由0.22MPa提高至0.38MPa，提高幅度71%。從Ps曲線可明顯看出，經(jīng)過處理后深層的軟弱土層強度有所提高，在表層約2m的范圍內(nèi)存在一層硬殼層，硬殼層的作用對于道路這種局部應(yīng)力集中的使用對象很重要，可以增加地基的回彈模量，減薄結(jié)構(gòu)層厚度或增加結(jié)構(gòu)層的使用壽命。
5.3沉降計算和觀測
選擇代表性點位進行使用期間沉降計算，采用分層總和法進行計算，主要壓縮層為②2層，沉降經(jīng)驗系數(shù)取1.3。
在地基處理過程中，為了了解軟弱土層的壓縮情況并根據(jù)沉降情況作為停止預(yù)壓的判別標準，進行了沉降觀測。
當(dāng)沉降穩(wěn)定后停止預(yù)壓，判別標準為最后5天每天的沉降值均不超過2mm。
施工荷載包括回填土方荷載以及低位預(yù)壓荷載和覆水荷載，預(yù)壓荷載與覆水荷載約95kPa，相當(dāng)于約5m厚的填土荷載，大于施工后使用期間新增加的回填土方以及車輛的使用荷載之和，屬于超載預(yù)壓，施工期間完成了軟弱淤泥層的大部分沉降。
5.4第三方檢測
地基處理結(jié)束后，為進一步檢驗地基處理效果，由第三方檢測單位進行了載荷板試驗和回彈模量檢測。檢測點位由檢測單位確定。
載荷板試驗采用1m2的正方形承壓板，對K4+325處的試驗點進行分析，P-S曲線見圖8，取s=0.01b（s為累積沉降量，b為載荷板寬度或直徑）即5mm沉降所對應(yīng)的荷載為承載力特征值，但其值不應(yīng)大于最大加載量的1/2，處理后道路的承載力特征值為160kPa，滿足設(shè)計要求。
回彈模量試驗采用路面回彈彎沉測定儀，各點的回彈模量均大于要求的30MPa，區(qū)K4+763～K5+000段為例。
6、結(jié)束
該工程軟弱淤泥層深厚路段經(jīng)過低位高真空擊密法處理后，承載力和回彈模量均達到了設(shè)計要求；從靜力觸探曲線來看，軟弱淤泥層的強度有較大幅度的提高。
低位高真空分層預(yù)壓擊密法未向土體中增加化學(xué)添加劑，即避免了對地下水的污染，又節(jié)省了資源，避免了環(huán)境污染和資源浪費，節(jié)省了工程總造價。
通過以上的分析，對于存在深厚軟弱淤泥層的道路處理，低位高真空分層預(yù)壓擊密法在總工程質(zhì)量、工程造價和環(huán)境保護方面都具有明顯的優(yōu)勢。
