道路軟基處理

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　　簡介： 根據(jù)軟土地基的生成原因和地基的厚度及其所處的位置，可采用表層處理法、置換法、加載法、豎向排水法四種方法進(jìn)行軟基處理。本文介紹了這四種方法的設(shè)計思想和注意事項。

　　關(guān)鍵字：公路 軟基 處理 方法

　　道路軟基處理盡可能早期進(jìn)行，有充分的間隔時間使軟基達(dá)到沉降穩(wěn)定后方可進(jìn)行填土施工。下面介紹軟基處理的四種方法：

　　1　表層處理法

　　表層處理法用于地表面極軟弱的情況。該法是通過排水、敷設(shè)或增添材料等辦法，提高地表強(qiáng)度，防止地基局部剪切變形，保證施工機(jī)械作業(yè)；同時盡可能把填土荷載均勻地分布于地基上。屬于這類處理方法的有：表層排水法，砂墊層法，敷設(shè)材料法，添加劑法等等。

　　1.1　表層排水法

　　對土質(zhì)較好因含水量過大而導(dǎo)致的軟土地基，在填土之前，地表面開挖溝槽，排除地表水，同時降低地基表層部分的含水率，以保障施工機(jī)械通行。為了發(fā)揮開挖出的溝槽在施工中達(dá)到盲溝的效果，應(yīng)回填透水性好的砂礫或碎石。

　　設(shè)計、施工注意事項

　?、贉喜鄣牟贾谩喜鄄贾靡紤]利用地形自然坡度排水；填土沉降要注意坡度的變化；不使來自四周挖方部位的地表水、滲透水浸入填土；溝槽的間隔要盡可能加密，以增大排水能力，即使有部分溝槽被切斷也不會妨害整體排水。

　?、跍喜鄣臉?gòu)造　溝槽尺寸一般取寬0.5m，深0.5～1.0m.填土之前在溝槽內(nèi)用透水良好的砂（砂礫）回填成為盲溝。縱向盲溝一般沿道路縱向或中央縱向開挖，橫向盲溝一般間距10m～15m布置。溝槽內(nèi)埋設(shè)多孔排水管時，必須用優(yōu)質(zhì)反濾層加以保護(hù)。

　　1.2　砂墊層法

　　對于地基上部軟土層極薄且含水量大時，在軟土地基上敷墊0.5～1.2m左右厚的砂墊層。這樣可達(dá)到固結(jié)軟土層，使砂墊層起到上部排水層作用；同時，砂墊層又成為填土內(nèi)的地下排水層，以降低填土內(nèi)的水位；在進(jìn)行填土及地基處理施工時，為施工機(jī)械提供良好的通行條件。

　　1.2.1　設(shè)計　如采用機(jī)械施工，在確定砂墊層厚度時，應(yīng)考慮機(jī)械的重量，輪胎對地面接觸壓力，偏心程度及軟土地基表層強(qiáng)度等。表1為砂墊層標(biāo)準(zhǔn)厚度。

　　在極軟地基上，僅用砂墊層來確保大型施工機(jī)械的通行，往往需要較厚的砂墊層，是不經(jīng)濟(jì)的，所以常與表層排水或敷墊材料等法并用。

　　填土面積大且排水距離長，預(yù)計有多處地下水滲出時，若僅用山砂作砂墊層，不能獲得充分排水效果，應(yīng)采用設(shè)置盲溝，砂墊層內(nèi)的排水距離宜短不宜長。

　　1.2.2　施工　砂墊層施工時應(yīng)設(shè)放樣板。攤鋪作業(yè)一般采用自卸汽車與推土機(jī)聯(lián)合操作。要盡量做到均勻一致。用透水性差的粉土作填料時，其坡腳附近的砂墊層一旦被土復(fù)蓋，就有可能妨礙側(cè)向排水，因此對砂墊層的端部要妥善處理。

　　1.3　敷墊材料法

　　對于地基土層不均勻，可能發(fā)生局部不均勻沉降和側(cè)向變位，可利用所敷墊材料的抗剪和拉抗力，來增強(qiáng)施工機(jī)械的通行，均勻地支承填土荷載、減少地基局部沉降和側(cè)向變位，以提高地基的支承能力。

　　敷墊材料主要有化纖無紡布、土工布、玻璃纖維格柵等被廣為采用。

　　設(shè)計、施工注意事項

　?、賾?yīng)注意地基表層強(qiáng)度，施工機(jī)械重量，以及填土荷載大小和寬度等，據(jù)以選用合適的敷墊材料。

　　②施工機(jī)械通過區(qū)域，使局部地段產(chǎn)生較大的拉壓力，應(yīng)作特別的補(bǔ)強(qiáng)。

　?、鄯髩|材料四周應(yīng)超過填土邊緣，端部卷入填土內(nèi)，上面用填土壓緊。

　?、茉谔貏e軟的地基上進(jìn)行第一層填土?xí)r，可使用放置干筏上的手搖傳送帶撒鋪，有時也用皮帶拋射式撒砂機(jī)撒鋪。

　?、莸谝淮稳霾己穸葢?yīng)盡可能薄些，并要求用透水性好的河砂為材料。含礫石時，要注意不使其損壞敷墊物。

　　1.4　添加劑法

　　對于表層為粘性土?xí)r，在表層粘性土內(nèi)滲入添加劑，改善地基的壓縮性能和強(qiáng)度特性，以保施工機(jī)械的行駛。同時也可達(dá)到提高填土穩(wěn)定及固結(jié)的效果。

　　添加材料通常使用的是生石灰，熟石灰和水泥。石灰類添加材料通過現(xiàn)場拌和或廠拌，除了降低土壤含水量、產(chǎn)生團(tuán)粒效果外，對被固結(jié)的土隨著時間的推移會發(fā)生化學(xué)性固結(jié)，使粘土成分發(fā)生質(zhì)的變化，從而促進(jìn)土體穩(wěn)定。

　　設(shè)計、施工注意事項

　?、偕蚁獬潭鹊呐袛唷∩蚁膺^程伴隨體積膨脹，在此期間進(jìn)行碾壓，不可能獲得預(yù)期效果。因此在固結(jié)時要掌握發(fā)熱溫度、準(zhǔn)確判斷消解結(jié)束時間。

　?、谔砑硬牧系呐浔仍O(shè)計　添加材料的適當(dāng)劑量，要根據(jù)所處理的土質(zhì)，施工方法和試驗配比的結(jié)果來決定。一般有改良土、石灰土、水泥穩(wěn)定土較為常用。改良土是利用現(xiàn)場地基土摻石灰（一般含灰6％）后再次利用，其施工方便、造價低；石灰土是用黃土摻石灰（一般含灰10％～12％）后使用，其造價較改良土要高；水泥穩(wěn)定土是用黃土摻水泥（一般含水泥3％～5％）后使用，其造價較貴，在秋、冬季雨天施工時，工期短時不得已采用，其優(yōu)點是不需太長的養(yǎng)生時間，就可使地基固化板結(jié)達(dá)到施工要求的強(qiáng)度。

　?、酃探Y(jié)與養(yǎng)生　用水泥或熟石灰處理，在拌和一結(jié)束即產(chǎn)生固結(jié)。用生石灰處理，從拌和時的初步碾壓到生石灰消解結(jié)束，要進(jìn)行二次固結(jié)，若強(qiáng)度足夠可不必養(yǎng)生。但因土質(zhì)或施工條件不同，被處理過的土質(zhì)強(qiáng)度增長也各不相同，大體上以養(yǎng)生一周后的強(qiáng)度為所要求的固結(jié)強(qiáng)度。

　　2　置換法

　　本法是以優(yōu)質(zhì)土置換軟弱土，確保填土穩(wěn)定和減少沉降量。施工方法分有人工挖掘置換和借填土自重或用爆炸法將軟弱土擠出的強(qiáng)制置換。其施工都比較容易，多數(shù)情況下能在短時間內(nèi)達(dá)到所要求的目的。從可靠性來說人工挖掘置換較優(yōu)。置換材料應(yīng)采用即使受到水浸也不致降低承載力的粗粒土。但必須進(jìn)行充分壓實。

　　3　加載法

　　加載法是為了預(yù)先促進(jìn)軟土地基沉降，增加地基強(qiáng)度，以防止設(shè)置在填土上或鄰接填土的路面和構(gòu)造物或者埋入填土內(nèi)的構(gòu)造物發(fā)生有害沉降而導(dǎo)致破壞。促進(jìn)地基固結(jié)沉降的方法有：在地基上增加總壓辦法；減少土中的間隙水壓提高有效應(yīng)力法等。前者用填土荷載時，一般為填土加載法，后者又可分通過井點，豎井等的降低地下水法和在地表面鋪砂，覆蓋不透水膜使之形成真空，依靠大氣壓力加載來促進(jìn)固結(jié)的大氣壓加載法。采用填土加載法時，須注意地基的穩(wěn)定狀態(tài)。而降低地下水法和大氣壓加載法則不必?fù)?dān)心地基遭到破壞，但受到地基適應(yīng)性的限制且工程費用大，一般不采用。上述方法，都很少單獨采用。

　　3.1　填土加載法

　　3.1.1　方法與原理

　　已完成設(shè)計填土（荷載qf）時，其全部垂直力為Po＋ΔPf＝P1，由此引起的沉降量為S1.加載后經(jīng)Δt時間，固結(jié)度為U，又從圖1b知沉降量為S1U，通過固結(jié)沉降過程時間t以后的殘余沉降量為ΔS1.當(dāng)增加Δqs的超載時，全部垂直應(yīng)力為P0＋ΔPf＋ΔPS＝P2，由此引起的沉降量為S2，加載經(jīng)過Δt時間的度固結(jié)為U，沉降量達(dá)到S2U.此時如把Δqs荷載卸除，對于qf（m）來說即達(dá)到了U＋ΔU的固結(jié)度，換句話說，原只能達(dá)到U的固結(jié)度，由于超載Δqs經(jīng)Δt時間，增加了ΔU的固結(jié)度。不過實際加載不會瞬時完成，卸荷后又會產(chǎn)生一定膨脹，對已經(jīng)增長的固結(jié)效果有些喪失。

　　假如加載Δqs及荷載時間選擇恰當(dāng)，經(jīng)t時間后的殘余沉降量如圖1b所示，有可能從ΔS1減少到ΔS2.

　　設(shè)計施工注意事項采用本法的主要目的是使鋪裝完成后路面殘余沉降量控制在允許值以內(nèi)。所以它與載荷重量、放置自沉?xí)r間、固結(jié)層厚和沉降時間曲線，及荷載設(shè)計、允許工期等有關(guān)。

　?、俦痉ㄊ┕ひ圆粨p傷支承荷載的地基穩(wěn)定為宜。對難以保證穩(wěn)定或加載重量很大時，應(yīng)考慮與豎向排水井法或緩速加載法并用。

　?、谌绻麅H為了處理沉降，可選擇超載重量，且作長期放置自沉，其效果較好。

　?、塾捎诔两怠獣r間關(guān)系一般是難以預(yù)測的，所以在施工時應(yīng)進(jìn)行全面的動態(tài)觀測，隨時注意防止地基的破壞，根據(jù)所獲得的觀測資料，確定卸載后的殘余沉降量和卸荷時間。

　　3.2　降低地下水法

　　本法適用于上部，中間部位有砂層分布的地基，但粘性也仍然有效。本法的特點是與軟土層深度無關(guān)。

　　原理　設(shè)位于地下水位以下Z處的垂直總應(yīng)力為P，有效應(yīng)力為P0′則

　　P0＝P＋YwZ

　　一旦使地下水位降低△Z，水壓分布發(fā)生變化，地下水面以下的壓實有效應(yīng)力為P1′則P1＇＝P＋Yw（Z－ΔZ）

　　YwΔZ為增加的有效應(yīng)力。通?？梢哉J(rèn)為，水位每降低1m，有效應(yīng)力增加10kPa.如降低了的水位處，地基系由粗粒土組成，由于排水而使土的單位體積重量減小，于是P也變小，效果也就有所降低。

　　設(shè)計施工注意事項

　　①砂層的透水系數(shù)

　?、谑褂镁c時，理論可抽水深度為10.3m，但考慮水頭損失和動力關(guān)系，能夠降低水位的最大值約5.5～6.0m左右。

　?、坂徑兴矗ê?、池、海或溝）時，需要抽水的量增多。

　?、芙档偷叵滤?，如對抽水區(qū)以外地域及沿線有損害時，為了既隔斷對四周的影響又達(dá)到降低地下水位的效果，可在施工區(qū)間打入鋼板樁圍護(hù)。

　　⑤因為需在整個固結(jié)期內(nèi)降低地下水位致使經(jīng)歷時間長，機(jī)械費用高。

　　4　豎向排水法

　　在粘性土地基中設(shè)置垂直的排水柱，以縮短排水距離，促進(jìn)地基排水固結(jié)，增加抗剪強(qiáng)度。由于垂直排水柱所用材料不同，分為砂井和紙板排水兩種。

　　4.1　砂井排水法

　　砂井排水法根據(jù)砂井的施工方法不同，可分為打入式、振動式、螺旋鉆式、水射式及袋裝式等。本法很少單獨使用，多與加載法或緩速填土法并用，對層厚大，均質(zhì)的粘土地質(zhì)最為有效；對泥炭質(zhì)地基效果稍差。

　　粘性土層固結(jié)所需時間t與垂直方向最大排水距離D的平方成正比。很清楚，粘土層越厚，所需固結(jié)時間就越長。

　　4.1.1　設(shè)計　以間距d布置，直徑為dw的排水砂井。設(shè)想直徑為de的圓柱狀地基，如間隙水只流向砂井，其固結(jié)時間為：

　　t＝2Thde／Ch

　　式中：t——固結(jié)時間（d）

　　Th——水平向固結(jié)時間因數(shù)（無因次）

　　Ch——水平向固結(jié)系數(shù)（m2／d）

　　de——有效直徑（m）

　　當(dāng)砂井間距離為d間（見圖4）；

　　正三角形布置de＝1.05d；

　　正方形布置de＝1.13d.

　　dw——砂蟛直徑（m）

　　可知de越小，排水砂井間距d就越小，越能促進(jìn)固結(jié)。

　　固結(jié)度Uh與時間因數(shù)Th是以有效直徑和排水砂井直徑之比n＝de／dw為參數(shù)。de與垂直向的固結(jié)排水距離D相對較小，所以多把垂直方向排水忽略。但粘占層厚度較小時，不能忽略。粘土層總的固結(jié)度U由下式求得。

　　U＝1－（1－Uh）（1－Uv）

　　式中：Uh-水平向固結(jié)度；

　　Uv-豎向固結(jié)度。

　　地基處理范圍，為了穩(wěn)定，以填土坡面下為處理對象；為防止沉降，主要以路基頂面寬度下作為處理對象。

　　設(shè)計排水砂井時，首先假定施工方法、砂井直徑、排水距離和改良范圍。然后進(jìn)行穩(wěn)定及沉降計算，若不能滿足時，修正假定數(shù)據(jù)，再進(jìn)行計算。并注意下列幾點。

　?、偈欠裼猩皩哟嬖凇?/p>

　?、诜乐箶_動四周土壤，避免降低透水性或地基強(qiáng)度。宜取盡可能寬的排水間距。一般情況水平向固結(jié)系數(shù)Ch為豎向的固結(jié)系數(shù)CV的數(shù)倍，但是由于砂井打設(shè)方法不同，實際Ch只能達(dá)到CV甚至小于CV的值。

　　③砂井中的砂，在固結(jié)過程中起到排水通路的作用，因此必須長期發(fā)揮良好的透水性能。通常采用干凈優(yōu)質(zhì)的粗砂。

　　4.1.2　施工程序

　?、黉伾?。在砂井施工之前，地表面先鋪一砂墊層。并設(shè)置排水溝，使填土內(nèi)不致有較高的地下水位。

　?、诖蛉肱潘熬Ｆ浞ㄓ写蛉胧?、振動沉樁式、射水式、螺旋鉆進(jìn)式及袋裝式等。無論何種方式一般的沉入深度為15～20m，超過這一深度工程費用明顯增大。

　　a.打入式和振動沉樁式　這是最常用的兩種方式。使用履帶式起重機(jī)時沉入深度為10m左右；使用特制的鋼打樁架，沉入深度可達(dá)30m.樁徑一般采用30～50cm，間距為1.5～3.0m.

　　打入式和振動沉樁式的施工程度大致相同：

　?。?）套管底端接上管靴，放置在設(shè)計井位上；

　?。?）用汽鍾鍾擊或振動錘振打至設(shè)計深度；

　?。?）用鏟斗把砂喂入套管中；

　?。?～5）將喂砂口封閉，一邊壓入壓縮空氣，一邊拔出套管；

　　（6）待套管完全拔出，砂井沉入即告結(jié)束。

　　b.射水式　該法與別的方法相比對地基擾動最小，在水源豐富，排泥處理無困難時宜采用。其施工順序：

　?。?）將套管置在設(shè)計井位上；

　?。?）在套管內(nèi)放入噴咀桿，并用噴沮射水；

　?。?）一旦開始射水，即將套管緩緩下降，如遇障礙物或固結(jié)硬層，可用錘輕輕敲擊套管頂面；

　　（4）套管下到設(shè)計深度升降噴咀桿，使管中的土溢出。

　?。?）灌入砂，徐徐拔出套管，砂井即告成。

　　c.螺旋鉆進(jìn)式和袋裝式　螺旋鉆進(jìn)式的直徑為40～100cm，鉆入深度15m左右，本法對地基擾動較小，但施工速度慢。

　　袋裝式是為了避免井內(nèi)所填的砂被土壤切斷，不能排水，而把砂裝入直徑12cm左右的柔韌透水袋內(nèi)。

　　施工注意事項：

　　①按設(shè)計圖間距布置砂井。用不同顏色標(biāo)志已打入或待打入的井位。

　?、趯?dǎo)桿應(yīng)始終保持豎直，并經(jīng)常檢查。打入深度按設(shè)計規(guī)定。

　?、墼试S以較快的速度打入，但套管拔出速度應(yīng)控制在填充砂及壓氣能從容地操作為度。留心套管拔出時砂在成拱作用下與套管一起被上提產(chǎn)生間隙，這樣常使軟土侵入砂井切斷砂柱。

　　④填充砂料可采用傳送帶連續(xù)投入，也可采用漏斗提升喂入，從正確計量考慮，以后一種方式為優(yōu)。

　　以上是公路道路軟基處理較為常用的方法，另外，在有些特殊情況下還采用粉噴樁處理軟基及塑料排水板處理軟基等方法。