我国公路施工中软土路基处理技术的现状

第三章我国公路施工中软土路基处理技术的现状3.1软土地基概述在各专业技术部门软土的定义是不同的，在国内外还没有统一的结论。公路行业在交通部《公路工程名词术语》中定义是软土含水量大，压缩性高，低土承载力和腐殖质淤泥。并解释淤泥为“在静水或缓水环境中沉积并含有机质的细粒土，其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.5；当天然孔隙比小于1.5而大于1.0时成为淤泥质土”。《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》中定义软土是滨海、湖沼、谷地河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。《铁路工程设计技术手册》中，对软土的解释为:“软土是指在静水或缓流水环境中沉积，经生物化学作用形成的饱和软弱粘性土。”中国建筑工业出版社《工程地质手册》(第三版)对软土的解释为:“软土是指天然含水量大、压缩性高、承载能力低的一种软塑到流塑状态的粘性土，如淤泥、淤泥质土以及其它高压缩性饱和粘性土、粉土等”。我国《岩土工程勘察规范》中规定:天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭土等，其压缩系数大于0.5MPa-1，不排水抗剪强度小于30kPa。尽管软土的行业的定义各不相同，但都反映了软土的共同特点：软土，土壤应该是高孔隙比与含水量大，低强度，高压缩性作品的性质和软土的低渗透的粘土为主的统称。3.1.1软土地基的鉴别与类型3.1.1.1软土地基的鉴别该行业在国内外的鉴定是根据软土特性，以软土的几个指标，采用具体不同的标准。中国铁路部门建议采用以下指标作为区分软土的界限：天然含水率接近或高于液限;空隙率大于1;小于4000kPa的压缩弹性模量;标准贯入击数小于2；小于700kPa静力触探贯入阻力;不排水强度小于25kPa。中国建筑部《软土地区工程地质勘察规范》规定满足以下三个条件的是为软土：1）外观以灰色为主的细粘土2）天然含水量大于或等于液限3）天然空隙比大于或等于1.0软土的鉴定指标，如表1.1。表1.1软土鉴别指标土类天然含水量（%）天然孔隙比直剪内摩擦角（。）十字板剪切强度（kPa）压缩系数（MPa-1）粘质土、有机质土≥35≥液限≥1.0宜小于535宜大于0.5粉质土≥30≥0.90宜小于8宜大于0.33.1.1.2软土地基的类型与分布软土地基在我国公布很广（见软土类型及分布表），大都成型于天然，如第四纪沉积物等。在我国南方地区，江河湖泊、稻田、沼泽等处，往往成为工程的软土地基。表1-1我国软土分布表类型分布范围滨海沉积主要分布在东海、黄海、渤海等沿海地区湖泊沉积主要分布在洞庭湖、太湖、鄱阳湖、洪泽湖周边谷地沉积主要分布在西南、南方山区或丘陵区河滩沉积主要分布在长江中下游、奥江下游河口、淮河平原、松辽平原、闽江下游长期受水浸蚀浸泡北方地区3.1.1.3软土地基的工程性质相对于其他类型的土层，作为道路地基的软土，其变形和稳定的时间较长。在其自然状态，是稳定的，当软土被干扰，它的结构是很容易遭到损坏进而流动发生。因此，处理软土的主要的工程问题即是促进沉降，并保持稳定。软土通过不同的形式，它有很多种类的划分。但它们都有以下共同的特征。(1)天然含水量高，一般大于液限wL，通常大于30%，甚至大于200%，相对含水量大于1.0；(2)天然孔隙比大，e一般大于1.0；(3)软土饱和度Sr高达100%，甚至更大；(4)天然容重γ=1.5~19kN/m3；(5)渗透系数小，其大小范围为10-6~10-8cm/s；(6)粘粒含量高，塑性指数大，Ip=13~15；(7)压缩系数大，压缩系数a1-2＞0.005MPa-1，甚至到a1-2=0.02MPa-1；(8)强度指标小，具有较高的固结快剪强度指标，抗剪强度低C＜0.02MPa；(9)具备高的灵敏度，其大小范围为2~10，有些情况下超过10，其流动变形特性显著。3.1.2软土地基对公路的影响从上可知软土地基具有分布广，分类复杂，恶劣，不可预测的工程特性，在设计，施工过程中，一旦出现轻微的疏忽，质量事故很容易发生，软土地基，如果堆叠不当，不标准的分层灌装，过快的填土，不当路基压实会导致路堤失稳。在施工过程中，未做堤防基础处理，则路堤容易出现滑塌，道路容易出现不均匀沉降。此外，如果使用填料之中包含一块大石头，运料没能做到合理分层，均匀卸土，而是越积越厚，使用不当的强烈的震动压实，从而使强度低，高灵敏度的软土遭到破坏。近年来，随着中国持续快速的经济发展，对道路交通，道路基础设施的需求增长强劲。公路建设中通过软土地区的数量和情况的公路路线里程也增加了，再加上道路设计速度的不断提高和日益增长的交通负荷，从而公路工程的质量，线性指标的要求越来越高。公路软土地基的工程处理往往成为缩短工期，降低工程造价，保证工程质量的关键因素之一。我国地形辽阔，地质条件复杂，软土分布区较为广泛。一般情况下，软土路基地区修路，路基存在整体稳定性不良以及后期沉降变形较大等一批问题，严重影响道路的施工质量和后期正常使用。对于此，为了正确地打造软土地区的精品公路，特别是高速公路，软土处理技术的研究是非常重要的。3.2我国公路施工中软土路基处理技术的研究现状3.2.1我国公路施工中常见的软土路基处理方法3.2.1.1浅层软基处理方法浅层软基处理方法适用于地基承载力不足的浅层软土路段，以及低填、浅挖路段，为满足路面结构及路基对地基的强度要求，而对浅层软土加以处理。常用的处置方法有换填法、浅层加固法、抛石挤淤法，其中换填法和抛石挤淤法合称置换法。各处理方法原理及作用，见表3-1。表3-1常用的浅层软基处理方法类别原理及作用适用范围特点换填法通过采用人工、机械等方法，将基底一定深度范围内的软土层予以挖除，回填强度较高、稳定性较好的砂砾、碎石等材料，并且分层压实至规定的密实度。提高持力层的承载力，减少沉降量。适用于处理浅层非饱和软弱地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基、季节性冻土地基、素填土和杂填土地基。简易可行，但仅限于不大于3m的浅层处理。抛在路基底部，抛投一定数量的片石，适用于淤泥厚度施工简单，石挤淤法利用片石将淤泥挤出路基基底范围，以提高地基强度，降低土层压缩系数。较薄，表层无硬壳的地段，挤淤深度不大于3.0m。工期短，造价低，但抛石深度难控制。浅层加固法在土中掺入水泥和生石灰，利用土体与掺入料之间的化学反应，达到改善土层的性质，加固土体强度的作用。适用于处置浅层湿陷性黄土、素填土、膨胀土、非饱和软土、杂填土等地基。简易可行，但仅限于不大于0.5~2m的浅层处理。3.2.1.2中层软基处理方法中层软基处理是相对于浅层软基处理而言的，其处置深度范围一般为3~15m。中层软基处理方法适用于软土地基相对较厚的路段，在较深的软土地基中，处置效果具备一定的优势。目前由于科技的迅猛发展，适用于中层软基处理的方法有很多，下面选取五种较为常用的方法进行简要介绍，这五种中层软基处理方法分别为水泥搅拌桩、袋装砂井法、塑料排水板、强夯置换法、挤密碎石桩。各处理方法原理及作用，见表3-2。表3-2常用的中层软基处理方法类别原理及作用适用范围特点水泥搅拌桩利用深层搅拌机械或粉喷机械将水泥浆或水泥粉与地基土原位拌合，搅拌后形成柱状水泥土体，以提高地基承载力，减少沉降，增加稳定性。具有湿法和干法两种。适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高，地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土地基。经济效果显著，但不能用于含石块的杂填土。袋装砂井法该方法是利用沉入或打入机械设备，将透水性好的沙袋，沉入软土地基内，形成竖向排水通道。软基中的水分在载荷的作用下，从排水通道排出，从而达到排水固结软基的目的。适用于处置较大深度的冲填土、饱和软土，但处置软基中有较大深度的泥炭层应谨慎选用。对砂材料消耗少、施工简便、费用较低、加固效果较好。当天然地基承载力严重不足时，袋装沙井具有明显的优势。塑料排水板该方法是利用插板机械在软土地基上插入塑料排水板，在软土层中形成竖向排水通道，经过排水预压后，使软土地基中水从排水通道中排到砂垫层中，加速软土沉降固结，从而提高地基土层的承载力适用于处置较大深度的冲填土、饱和软土，但处置软基中有较大深度泥炭层应谨慎选用。施工速度快、效率高、施工机械轻便、对软土地基扰动较小、可工厂化生产强夯置换法利用夯锤产生的强大夯击能量形成坑洞，在坑洞内填入碎石等粗骨料后，使用夯锤再次进行夯击，最后形成成片的强夯置换墩。该方法使软土与置换墩之间形成了高强度复合地基，提高了地基承载能力。适合使用的土质有软粘性土、碎石土、素填土、杂填土、低饱和度粉质土等。施工工艺成熟、方法简单、施工期短、造价经济等优点，但施工噪音大，震动大。挤密碎石桩该方法是通过冲锤不断地冲击套管中的碎石，将孔底及桩周围土体挤密，然后分段提升套管和分段将套管内的碎石冲出管底并冲密，从而形成密实的碎石桩。碎石桩与桩间土形成了具备较高承载力的复合地基。适用于砂性土、粉砂土、可液化土等软土地基。具有经济性好、施工工艺简单且成熟可靠、施工进度快、对环境无污染、加固及消除液化效果良好等优点。3.2.1.3深层软基处理方法深层软土地基处理是相对于浅层、中层软土地基处理而言的，其处置深度一般大于15m。深层软土地基处理方法适合使用于软土地基厚度大的路段，在深软土地基中，处置效果具备一定的优势。随着科技手段的不断丰富，不断有新的软土地基处理方法被应用于深层软土地基处理中，下面选取三种较为常用的方法进行简述，这三种深层软土地基处理方法分别为CFG桩、PHC管桩、钉形水泥土双向搅拌桩。各处理方法原理及作用，见表3-5。表3-5常用的深层软基处理方法类别原理及作用适用范围特点CFG桩在软基中以碎石为主要骨料，并掺入粉煤灰、石屑或砂以及量水泥，按一定的比例拌和成一种具有一定粘结强度的半刚性桩体。桩体与桩体间土层相互作适用于处置的软土地基有人工填土、淤泥质土、砂土、具有施工速度快、工期短、工艺性好、质量容易控制等优点，但容易造成环境用构成了复合地基，它们通过桩顶褥垫层一起承受来自上部的荷载作用。粉土、粘性土等。污染。PHC管桩PHC管桩又名预应力高强混凝土管桩，管桩在专业工厂里采用先张法预应力，结合离心成型工艺，经过蒸压养护，而制成的一种空心圆筒体的等截面混凝土预制构件；然后运往施工现场，通过锤击、静压等方法沉入软基中形成高承载力复合地基适用于人工填土、淤泥质土、粘性土、粉土、粉砂、细砂等。具有适用范围广、桩身强度高、单桩承载力大、抗弯抗拉性能好、桩身耐打、穿透力强、施工速度快、工期短、检测方便等优点，但锤击法施工时打桩噪声大、施工机械设备投资大钉形水泥土双向搅拌桩在水泥土搅拌桩成桩施工中，由施工机械自身的动力系统，分别带动同心钻杆上的内外两组搅拌叶片同时正、反向进行旋转搅拌。通过搅拌叶片的伸缩使桩身上部截面扩大，从而形成钉子状的水泥土搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和粘性土地基。最大处置深度可达26m。具备了传统水泥搅拌桩的优点，同时还具备了施工无振动、无噪声，无地面隆起，无污染环境，搅拌均匀、成桩质量可靠等优点3.2.2软土地基处理施工质量控制要点软土路基处理在公路建设中非常普遍，对于防止路基病害，良好的软基处理的施工质量控制是相当必要的，本文从原材料、施工机械、施工过程和成品检测这四个方面探讨软基处理施工控制的要点。1原料的质量控制⑴施工单位，监理单位应对设计作出建议和要求。⑵尝试从建设单位供应主要施工材料。对于砂漏袋，塑料排水板，土工合成材料和水泥等工厂生产的材料，可采取“进料”的方法。（3）避免低价中标。材料招标中标价格采购必须在合理的区间，这样低价中标不应该被使用。低廉的价格不能保证材料的质量。（4）加强检查和监护。应严格按照方法和原料规格检验的频率，就必须做随机抽样。进场材料应妥善保管，如砂井袋，塑料排水板，土工格栅材料必须存放在仓库现场，防止日晒雨淋，加速材料老化;采取保护措施，对于水泥应采取保护措施以防受潮变质。2工程机械控制工程机械控制的软基处理的重点是检查施工机械的性能满足设计要求。目前，非定型更多的产品，如深层搅拌桩，工程机械，塑料排水板，