我國公路行業(yè)規(guī)范對(duì)軟土地基的定義是指強(qiáng)度低,壓縮量較高的軟弱土層,多數(shù)含有一定的有機(jī)物質(zhì)。由于軟土強(qiáng)度低,沉隱量大,往往給道路工程帶來很大的危害,如處理不當(dāng),會(huì)給公路的施工和使用造成很大影響。軟土路基處理的目的是提高該段公路路基的穩(wěn)定性和承載能力。
危害后果
軟土地基的性質(zhì)因地而異,因?qū)佣,不可預(yù)見性大。在設(shè)計(jì)、施工過程中,稍有疏忽就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量事故,常見的事故有:
(1)勘察設(shè)計(jì)不詳細(xì)或不準(zhǔn)確,導(dǎo)致對(duì)應(yīng)該作軟基處理的地段未作處理設(shè)計(jì),此類工例不少,在施工中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
(2)已知是軟土地基,但是未做好軟土地基處理,造成路堤失穩(wěn)或危及線外建筑物。工例有:汕頭磊口大橋引道.由于高填土引起線外土地隆起,民房受損.路基難以穩(wěn)定,只好增加橋梁長度,建成后一段時(shí)間,仍然出現(xiàn)錐坡不均勻下沉,又做了處理,現(xiàn)已改建新橋。中山縣附近的獅窖口橋,原設(shè)計(jì)是拱式橋跨,臺(tái)背填土較高.由于高填土的推力作用和地基嚴(yán)重下沉,使橋臺(tái)被推壞,拱體損傷,新路旁的老公路被擠移,將一條近10m寬的水溝填塞,路外廠房和民房受損,迫不得已改變橋型(原拱橋拆掉重建梁橋),增大橋長,降低路堤。
(3)雖然作了軟土地基處理,但是措施不力,施工不當(dāng)造成路堤失穩(wěn)。珠海南屏橋引道,雖然軟土采用砂并結(jié)合分級(jí)加載預(yù)壓處理,路堤填土高度7m,南岸砂井施工完成后,僅填土到2.5m高(第一級(jí)加載)時(shí)就發(fā)生破壞,北岸在第三級(jí)填土完成時(shí)發(fā)生破壞。填土完成也發(fā)生破壞。經(jīng)開挖分析,原因是地質(zhì)資料不準(zhǔn)確,填土速度過快,后加的反壓護(hù)道又阻塞了砂墊層的排水通道。最后采取了挖深邊溝排水(挖邊溝時(shí),原路堤底有大量的水流出),用袋裝砂井(原先的砂井是無袋砂井)和鋪土工布進(jìn)行修復(fù)。
(4)堆料不當(dāng),未按規(guī)定分層填筑,填土過快,碾壓不當(dāng),造成路堤失穩(wěn)。新會(huì)虎坑、大洞橋的引道,原設(shè)計(jì)對(duì)軟基都作了袋裝砂并結(jié)合砂墊層加固處理,由于投資限制,大部分路段的處理被取消。在施工過程中,有幾處路堤發(fā)生滑塌現(xiàn)象,通車后整個(gè)路段不均勻沉降明顯。主要原因是堆料不當(dāng),未按規(guī)定分層填筑,也未作施工觀測(cè),填土過快,碾壓不當(dāng)。其填料采用開山石渣土,其中合有大塊石,運(yùn)料沒有做到均勻卸土,合理分層,而是堆成厚層用強(qiáng)振碾壓,使強(qiáng)度很低、靈敏度很高的軟土地基受到破壞。末作加固處理但按規(guī)定施工的路段,雖然后來沉降較大,但沒有發(fā)生破壞。
(5)擾動(dòng)“硬殼層”或填筑不當(dāng),使“硬殼層”遭受破壞,導(dǎo)致路堤失穩(wěn)。軟土地基上往往有一層強(qiáng)度比軟土高的土層,被稱為“硬殼層”。“硬殼層”可以起到承重和擴(kuò)散應(yīng)力作用,利用好“硬殼層”對(duì)于減少工程投資是有意義的。有的地區(qū)甚至認(rèn)為,有“硬殼層”存在的軟土地基,寧可不作軟土地基特殊處理,充分利用“硬殼層”的擴(kuò)散應(yīng)力作用,采取預(yù)壓措施,以保持填筑路堤的穩(wěn)定。但若對(duì)“硬殼層”的勘察、利用工作做得不好,則達(dá)不到頂預(yù)想的效果。
(6)由于臺(tái)背填土使地基對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生負(fù)摩阻力和縱向推擠作用,引起橋臺(tái)發(fā)生變位以至損壞。在軟土地基上的橋臺(tái),基礎(chǔ)不論是用支承樁或是摩擦樁,由于臺(tái)背填土引起軟土層發(fā)生較大的沉降,對(duì)橋臺(tái)及樁基礎(chǔ)產(chǎn)生縱向推擠向河中方向和負(fù)摩擦力作用,輕則使橋臺(tái)發(fā)生位移或下沉,重則損壞橋臺(tái)危及橋墩,這種現(xiàn)象尤以輕型橋臺(tái)為甚。此類現(xiàn)象出現(xiàn)不少給工程的進(jìn)展和完工后的使用帶來不利影響。主要問題是:臺(tái)背填土引起橋臺(tái)向橋跨方向發(fā)生水平變位;先做橋臺(tái),后做錐坡及臺(tái)背填土;錐坡沒有按設(shè)計(jì)圖紙做足,臺(tái)背填土?xí)r把輕型橋臺(tái)推壞;由于負(fù)摩擦力作用,引起橋臺(tái)下沉。
處理方法
在公路工程中處理軟土地基主要采用以下幾種方法:
堆載預(yù)壓法
該法是在工程建設(shè)之前用大于或等于設(shè)計(jì)荷載的填土荷載,促使地基提前固結(jié)沉降以提高地基的強(qiáng)度,減少工后沉降。當(dāng)強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求數(shù)值后,卸去荷載,修筑道路路面。經(jīng)過堆壓預(yù)處理后,地基一般不會(huì)再產(chǎn)生大的固結(jié)沉降。利用路堤填土作為堆載,成本較低。施工填筑時(shí)宜采用分層分級(jí)施加荷載,以控制加荷速率,避免地基發(fā)生剪切破壞,達(dá)到地基強(qiáng)度慢慢提高的效果。該法原理較成熟,施工簡單,不需要特殊的施工機(jī)械和材料。由于該地區(qū)軟土固結(jié)系數(shù)小,故軟土的排水固結(jié)時(shí)間較長,因此工期較長。如施工時(shí)間允許,可單獨(dú)使用;如工期緊,可結(jié)合其它方法一起使用。
真空預(yù)壓法
真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基內(nèi)設(shè)置砂井或塑料排水板,然后在地面鋪設(shè)砂墊層,其上覆蓋不透氣的密封膜使其與大氣隔絕,通過埋設(shè)于砂墊層中的吸水管道,用真空裝置進(jìn)行抽氣,將膜內(nèi)空氣排出,因而在膜內(nèi)外產(chǎn)生氣壓差,氣壓差即轉(zhuǎn)變成作用于地基上的荷載,地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞,這對(duì)軟土地基是有利的。該方法不需要堆載,省去了加載和卸荷工序,縮短了預(yù)壓時(shí)間,省去了大量堆載材料,所使用的設(shè)備及施工工藝均比較簡單,無需大量的大型設(shè)備,便于大面積施工。
反壓護(hù)道法
該法是指在道路主路堤兩側(cè),填筑一定寬度和高度的護(hù)道,以期達(dá)到路堤穩(wěn)定的一種方法,它主要是起抗滑的平衡作用,使得抗滑力矩能克服滑動(dòng)力矩。其高度一般為路堤填土高度的1/3~1/2。這種方法處理軟土地基,對(duì)解決路基穩(wěn)定是有效的。該法不需控制填土速率,可以機(jī)械化快速完成路基填筑,但利用該法處理地基,土方量大、占用土地多。[1]
水泥土攪拌樁法
水泥土攪拌樁是膠結(jié)法處理軟土地基的一種,它利用水泥或石灰等材料作為固化劑的主劑,通過特制的深層攪拌機(jī)械,在地基深處將軟土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌,利用固化劑與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng),使軟土固結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的地基,以達(dá)到提高地基承載力、減少地基沉降量的目的。其地基應(yīng)視為復(fù)合地基,樁土共同承擔(dān)荷載。它具有施工速度快,設(shè)備輕便,便于移動(dòng),方法容易掌握,處理深度較大等優(yōu)點(diǎn)。
換填墊層法
當(dāng)軟弱土層厚度不很大時(shí),可將路基面以下處理范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖除,然后換填強(qiáng)度較大的土或其它穩(wěn)定性能好、無侵蝕性的材料(通常是滲水性好的礫料)稱為換填或墊層法。此法處理的經(jīng)濟(jì)實(shí)用高度一般為2~3m,如果軟弱土層厚度過大,則采用換填法會(huì)增加棄方與取土方量而增大工程成本。
強(qiáng)夯法
對(duì)于孔隙較大的地基及含水量在一定范圍內(nèi)的軟弱粘性土地基,可采用重錘夯實(shí)或強(qiáng)夯。它的基本原理是:土層在巨大的沖擊能作用下,土中產(chǎn)生很大的壓力和沖擊波,致使土體孔隙壓縮,夯擊點(diǎn)周圍一定深度內(nèi)產(chǎn)生裂隙良好的排水通道,使土中的孔隙水(氣)順利排出,土體迅速固結(jié)。強(qiáng)夯后地基承載力可得到一定的提高,壓縮性可降低200%~1000%。
加筋路基法
對(duì)于沉降量不大的路堤,高路堤填土適當(dāng)采用土工布?jí)|隔,限制了軟基和路基的側(cè)向位移,增加了側(cè)向約束,從而降低應(yīng)力水平,加強(qiáng)了路基剛度與穩(wěn)定性,提高了路基的水平橫向排水,使荷載均布。采用土工布覆蓋攤鋪,既提高路基剛度,也使邊坡受到維護(hù),有利于排水,增加地基穩(wěn)定性。
此外,在確定地基處理方法時(shí),還要注意節(jié)約能源。注意環(huán)境保護(hù),避免因?yàn)榈鼗幚韺?duì)地面水和地下水產(chǎn)生污染,避免振動(dòng)噪音對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響等。
化學(xué)加固法
通過在軟土地基中加入水泥或其它化學(xué)材料,進(jìn)行軟土地基處理的方法稱為化學(xué)加固法。適用于處理砂土、粉土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粘土和一般人工填土,也可以在處理裂隙巖體及已有構(gòu)筑物地基加強(qiáng)中。
水泥或其它化學(xué)材料注入土體后,與土體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),吸收和擠出土中部分水與空氣形成具有較高承載力的復(fù)合地基。
主要加固方法:硅化法、粉噴樁、旋噴樁、注漿、水泥土攪拌法。
硅化法:用水玻璃為主的混合溶液對(duì)軟土進(jìn)行化學(xué)加固的方法稱為硅化法,借助于電的作用進(jìn)行加固稱為電硅化法。它的特點(diǎn)是加固作用快,工期短,但造價(jià)較高,不適用于滲透系數(shù)太小的土。
旋噴樁:旋噴樁可分為粉體噴射樁、高壓噴射注漿法等。對(duì)于強(qiáng)度低、壓縮性高、排水性能較差的軟土,采用灰土樁(水泥土樁、石灰土樁、二灰土樁等)與地基組成復(fù)合地基,大部分荷載由樁體承受,從而提高地基承載力,減少工后沉降。它的施工工藝比較復(fù)雜,需要配置專門的旋噴設(shè)備。利用粉噴樁施工造價(jià)較高,處理效果可靠,適用土層范圍廣。