公路工程軟土路基加固技術(shù)研究
2016-01-25
1公路工程軟土路基的特性
軟弱土基是指路基持力層中含有淤泥、淤泥質(zhì)土、部分沖填土和雜填土以及其他高壓縮性土。軟土具有整體強(qiáng)度低、壓縮性大以及滲透性差的特點(diǎn)，如果不采取任何處理措施，一般難以承受荷載作用，軟土路基的具體工程特性如下：
軟土路基土質(zhì)具有含水量較高、孔隙比較大的特點(diǎn)。由于軟土成分主要由粘土粒組以及粉土粒組組成,而且內(nèi)不含有少量的有機(jī)質(zhì)。軟土含水量一般在35~80%左右，空隙比介于1~2之間；軟土路基土具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，軟土土體絮狀結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)以后容易破壞,導(dǎo)致土體強(qiáng)度顯著降低，甚至流動(dòng)失穩(wěn)。因此在高靈敏土基上進(jìn)行路基處理時(shí)，應(yīng)盡可能的避免土體擾動(dòng)。軟土擾動(dòng)后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)強(qiáng)度會(huì)逐步恢復(fù)，但難以恢復(fù)至原來(lái)水平；軟土路基土質(zhì)壓縮性高，透水性能差。軟土的壓縮系數(shù)一般在0.5-1.5 MPa-1之間,隨著液限的增大，其壓縮性也逐步提高。
由于軟土含水量較高，因此軟土滲透性小,其豎向滲透系數(shù)在10-6~10-8cm/s左右,因此土層難以在短時(shí)間內(nèi)靠自重或荷載作用下達(dá)到完全固結(jié)；軟土抗剪強(qiáng)度較低，土體具有明顯的流變性，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，軟土天然不排水抗剪強(qiáng)度值變化范圍在5-25kPa,有效內(nèi)摩擦角20~350。在持續(xù)荷載的作用下，軟土路基夠排水固結(jié)可以使抗剪強(qiáng)度發(fā)生顯著變化，排水固結(jié)速度越快,軟土強(qiáng)度提高越大。軟土承受剪應(yīng)力作用下，會(huì)緩慢產(chǎn)生剪切變形,導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的降低。大量工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，軟土土中孔隙水壓力消散后，路基基礎(chǔ)仍會(huì)繼續(xù)沉降。
2公路軟土路基的危害
公路路基作為一項(xiàng)重要的結(jié)構(gòu)層，主要承受著路面?zhèn)鬟f的大量交通荷載，是路面的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，直接關(guān)系到路面的穩(wěn)定性。為了保證路面的正常使用，路基必須具有足夠的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。公路軟土路基土質(zhì)松軟，含水量大，結(jié)構(gòu)承載力較低，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的承載力，必須進(jìn)行妥善的加固處理，否則會(huì)造成路基強(qiáng)度低、施工結(jié)束后沉降過(guò)大以及路基下沉等問(wèn)題，導(dǎo)致路面唧漿，開(kāi)裂或者塌陷，影響路面的使用功能。公路軟土路基的主要危害有：
（1）造成路基強(qiáng)度以及穩(wěn)定性不足。由于軟土路基的特點(diǎn)，因此，其抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿(mǎn)足路面交通荷載的要求，如果不進(jìn)行加固處理，軟土路基很容易產(chǎn)生整體或者部分剪切變形破壞，從而導(dǎo)致路基坍塌，失穩(wěn)變形以及橋臺(tái)破壞等路面問(wèn)題。
?。?）沉降量過(guò)大。由于軟土土質(zhì)松軟，含水率以及空隙比較大，因此在交通荷載的作用下，軟土路基會(huì)產(chǎn)生較大的沉降變形，從而影響公路的正常運(yùn)行，當(dāng)沉降量過(guò)大時(shí)，容易造成不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致路面產(chǎn)生開(kāi)裂，塌陷等一系列病害，造成路面的損壞。
3建筑工程軟土路基處理方法
軟土路基對(duì)建筑工程極其不利，由于其承載立即變形不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，通常需要采取加固處理。軟土路基處理必須結(jié)合工程實(shí)際情況，綜合考慮材料來(lái)源，施工機(jī)具以及施工條件等確定處理方案。根據(jù)路基處理的作用機(jī)理，可以分為以下幾種形式：
3.1表層軟土路基處理方法
?。?）化學(xué)加固法?；瘜W(xué)加固法主要適用于處理濕陷性黃土路基。通過(guò)將水玻璃或者燒堿等化學(xué)漿液灌入黃土之中，使其與土顆粒膠結(jié)起來(lái)形成強(qiáng)度較高且難溶于水的加固體，與沒(méi)有加固路基土形成復(fù)合路基，以達(dá)到改善路基土的物理以及力學(xué)性質(zhì)，提高路基承載力，減小沉降量的目的。
?。?）換土墊層法。換土墊層法通過(guò)將基礎(chǔ)淺層的軟弱土層挖去，回填力學(xué)性能較好，強(qiáng)度較高的砂石材料等，并分層碾壓或夯至密實(shí)的路基處理方法。根據(jù)回填材料可以分為砂墊層、碎石墊層、灰土或素土墊層以及礦渣墊層等。通過(guò)換土墊層法可以有效提高持力層的路基承載力，通過(guò)以抗剪強(qiáng)度較高的建筑材料置換基礎(chǔ)淺層的軟弱土，可避免提高路基強(qiáng)度，避免破壞。換土墊層法可以減少路基沉降量，由于換填的砂墊層或其它墊層，對(duì)荷載應(yīng)力加以擴(kuò)散，可以有效減少下臥層土體的沉降量。換土墊層也可以起到，加快軟弱土層的排水固結(jié)，改善土體抗液化的性能。墊層的厚度先擬定一厚度，需要滿(mǎn)足以下條件：
3.2深層軟土路基處理方法
?。?）排水固結(jié)法。排水固結(jié)法適用于處理厚度較大的飽和軟土和沖填土路基，通過(guò)布置垂直排水井，改良路基排水條件，并采用加壓抽氣抽水滲電等措施，加速土基排水固結(jié)以及提高整體強(qiáng)度，從而達(dá)到提高土基承載力，降低路基沉降的目的。排水固結(jié)法一般有堆載預(yù)壓法，真空預(yù)壓以及電滲排水法，排水固結(jié)法需要有預(yù)壓的荷載以及時(shí)間條件。根據(jù)理論研究表明，粘性土固結(jié)所需時(shí)間與排水距離平方成正比，因此，增加土層排水途徑，縮小排水距離，可以有效加速土層固結(jié)。
?。?）振密擠密法。通過(guò)擠密或振動(dòng)使深層土密實(shí)，砂樁是利用打樁機(jī)在松散的砂性土或人工填土中沖擊或振動(dòng)成孔并灌填砂料后形成的樁體。在成樁過(guò)程中，由于以周?chē)靶酝廉a(chǎn)生了擠密作用，或同時(shí)產(chǎn)生了擠密或振密作用，從而提高了周?chē)馏w的密度，改善了路基的承載性能和整體穩(wěn)定性，減少了路基的沉降量，消除或部分消除濕陷性或液化性。擠密砂樁最初主要用于擠密砂土路基，隨著高效能專(zhuān)用機(jī)具的出現(xiàn)，又逐漸用于可液化粉土路基的加固。近年來(lái)，通過(guò)與預(yù)壓法聯(lián)合使用，在軟弱粘性土路基上取得了良好的效果，成為一種用途極為廣泛的路基處理方法。振密擠密施工作業(yè)如下圖所示：
（3）強(qiáng)夯法。強(qiáng)夯法是通過(guò)強(qiáng)夯設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)大的夯擊能，對(duì)路基進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，使地基土產(chǎn)生動(dòng)力固結(jié)，從而使路基土密實(shí)，提高路基承載力的深層軟土路基處理方法。強(qiáng)夯法具有施工工藝簡(jiǎn)單，施工作業(yè)速度較快、造價(jià)低、適用范圍廣、路基處理效果好的特點(diǎn)。強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土以及低飽和度的粉土與粘性土，而且對(duì)于濕陷性黃土路基的加固處理效果較好。
?。?）深層攪拌法。深層攪拌加固的基本原理是基于水泥等固化劑加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，通過(guò)機(jī)械設(shè)備將固化劑噴入待處理的軟土路基內(nèi)，并不斷上下攪拌均勻，促使水泥與土發(fā)生水解水化反應(yīng)并形成凝膠體，最終形成一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)整體，從而提高了土體的整體強(qiáng)度，滿(mǎn)足路基使用承載力的要求，減小路基的變形。
?。?）振沖置換法。振沖置換法通過(guò)采用振沖方法，將砂石材料置換部分軟土路基，或者在其中摻入部分水泥，使填料形成的樁體與土組成復(fù)合路基，從而提高持力層承載力，減小沉降量的方法。振沖置換法適用于處理砂類(lèi)土和粉性土，以及粘粒含量較小的粘性土，不是與處理淤泥土。
?。?）碎石樁以及CFG樁。碎石的樁身由碎石填充，通過(guò)置換軟土層從而加固路基。碎石樁通過(guò)是荷載應(yīng)力重新分布，承載了主要的荷載，由于碎石樁在荷載作用下，容易產(chǎn)生徑向變形，如果周?chē)惩翉?qiáng)度過(guò)低，碎石樁就難以提供徑向支持力，導(dǎo)致加固效果降低。因此，碎石樁加固地基適用于土基天然抗剪強(qiáng)度大于20kPa的情況。
CFG樁作用原理與碎石樁類(lèi)似，換填材料由碎石換為水泥粉煤灰碎石，通過(guò)水泥粉煤灰碎石，形成一種具有較強(qiáng)粘結(jié)力的樁體，從而與樁間土層與一起形成復(fù)合土基，由于復(fù)合地基可以起到墊層作用，從而將上部荷載加以擴(kuò)散，使應(yīng)力分布更加均勻，提高路基的承載力強(qiáng)度降低沉降量。CFG樁可以有效的提高土體抗剪強(qiáng)度，從而提高路基穩(wěn)定性。
結(jié)語(yǔ)
軟土路基對(duì)于公路工程具有非常不利的影響，如果不進(jìn)行加固處理，容易導(dǎo)致路基強(qiáng)度失穩(wěn)，造成路面開(kāi)裂或者塌陷等一些列病害，嚴(yán)重影響了公路工程施工質(zhì)量。因此，在公路工程施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不同軟土路基的特點(diǎn)，在確保加固效果可以滿(mǎn)足路基的承載力要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，綜合選擇軟基處理的材料與方式，科學(xué)合理的制定方案，對(duì)于確保軟土路基加固的有效完成，保證公路工程施工質(zhì)量具有重要的意義。
