公路工程施工综合排水及软土处理

第六节软土路基施工在路基设计时应考虑：1.地基的承载力是否足以保证路堤的稳定性；2.由压缩性土的固结变形而引起的路堤沉降（沉降量和沉降速率）是否影响路基路面结构的正常使用及其使用寿命。为提高路堤稳定性或减少沉降量或加速固结，需要采取的地基处理措施。第六节软土路基施工各种地基处理方法第六节软土路基施工软土是具有含水量高、孔隙比大、渗透性小、压缩性高、抗剪强度低和灵敏度高等工程性质的土体。我国的软土主要分布于渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲以及浙、闽沿海地区等地。一、概述（1）软土分类包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等第六节软土路基施工公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ017）的定义简单明了，工程设计人员可以以此作为软基的定义：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。特征指标名称天然含水量（%）天然孔隙比十字板剪切强度（kPa）指标值≥35与液限≥1.035第六节软土路基施工（2）天然软土的特征1、天然含水量高、孔隙比大软土孔隙比及含水量都大，渤海湾地区软土含水量一般在40~60%之间，孔隙比在1.0~1.3之间；长江三角洲地区软土含水量一般在35~55%之间，孔隙比在1.1~1.5之间；珠江三角洲地区软土含水量一般在50~90%之间，一般大于液限，高的可达200%，孔隙比在1.4~2.1之间。各地软土含水量一般大于40%，孔隙比大于1.1。第六节软土路基施工2、透水性弱3、压缩性高珠江三角洲地区软土压缩系数通常大于1.0MPa-1，压缩模量Es多在1.0~2.0MPa，其他地区软土压缩系数通常小于1.0MPa-1，压缩模量Es多大于2.0MPa。长江三角洲地区5米的填土沉降量为1.5~2.0米，渤海湾地区5米的填土沉降量为1.0~1.5米，珠江三角洲5米的填土沉降量为2.0~3.0米。第六节软土路基施工4、抗剪强度低5、触变性和蠕变性软土结构未破坏前，具有一定的结构强度，但一经扰动，结构被破坏，强度则迅速降低，但随静置历时的增长，其强度将逐渐恢复。软土在受荷载作用或载荷变化过程中，将发生持久而缓慢的变化，这种在剪应力作用下的剪切变形现象称为土的蠕变性。第六节软土路基施工6、抗陷强度低（三）软土地基指压缩层主要由淤泥质土、吹填土、杂填土或其他高压缩性土层组成的地基。施工中存在以下问题1、地基承载力和稳定性问题在道路荷载（静力和动力荷载）作用下，地基承载力不能满足要求时，地基会产生局部或整体剪切破坏，影响道路的正常使用，引起道路破坏或边坡失稳。第六节软土路基施工2、沉降、水平位移及不均匀沉降问题在荷载作用下（静力和动力荷载），地基产生变形。当道路沉降或水平位移，或不均匀沉降超过相应的允许值时，将会影响道路的正常使用，甚至可能引起破坏。第六节软土路基施工二、软土地基的加固措施与施工软土地基处理的目的是利用置换、夯实、排水、胶结、加筋和化学处理等方法对地基进行加固，以改善地基土的强度、压缩性、渗透性、动力特性等。处理方法有—砂垫层法、排水固结法、换填法、反压护道法、灰土挤密桩、土工合成材料加固、碾压夯实法、化学加固法等。地基处理问题核心：沉降与稳定性问题。地基处理问题关键：治水与固结。类型：沉降加速固结沉降：加载预压，竖向排水；处理减小总沉降量：挤密桩、石灰/水泥桩、换填土；稳定增加抗滑力：挤密桩、石灰/水泥桩、换填土、反压护道处理增加强度：加速固结；阻止地基强度降低：慢速、分期填筑路堤第六节软土路基施工第六节软土路基施工（1）砂垫层法在软土地基上铺设厚度为0.5～1.2m的砂层，以保证所需的排水能力下图：已完成的斜坡砂垫层格栅,砂垫层第六节软土路基施工（2）排水固结法排水固结法就是先在地基中设置砂井或塑料排水板等竖向排水体，然后利用建（构）筑物本身重量分级逐渐加载；或是在建（构）筑物建造以前，在场地先行加载预压（或者真空预压），使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度提高的方法。第六节软土路基施工1、塑料排水板法利用插板机械在软土地基中插设具有良好透水性的塑料排水板，从而在软土地基中形成竖向的排水通道，在上部辅加荷载（如预压堆载、砂垫层，或者真空预压等）的作用下，在软土地基中产生附加应力。软土地基中的孔隙水应力和附加应力引起的超孔隙水应力随着孔隙水通过塑料排水板和砂垫层排出而降低，地基的孔隙水含水量也随之降低，从而增加了土体密实度。砂井/袋装砂井/塑料排水板排水法真空堆载预压排水法示意图砂垫层堆载填土砂井/袋装砂井/塑料排水板塑料薄膜射流泵有孔管道网络有孔管道网络示意图广泛适用于各类饱和粘土、粉土第六节软土路基施工2、砂井排水法在软土层上设置垂直排水井，有钢管砂井、袋装砂井等。第六节软土路基施工（3）换填法换填法是浅层软土地基的处理方法．是将基础底面以下不太深的处理范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬，强度较高，性能稳定好，具有抗侵蚀性的砂，卵石，素土等去分层换填，同时用人工或机械方法进行表层压，夯，振动等处理土工合成材料至满足工程要求的全过程．第六节软土路基施工适用于软弱土层位于地表，换挖深度不超过3m的场合适用于排水困难的洼地，而软弱土层易于滑动，厚度又较薄，表层无硬壳，石料来源充分1.开挖换填2.抛石挤淤第六节软土路基施工3.爆破挤淤适用于换填深度超过3m，需要快速施工且允许爆破的场合。对于稠度较大的软土采用先爆后填，对于稠度小的软土，可以先填后爆破。爆空区挤出区第六节软土路基施工（4）反压护道法该法是指在道路主路堤两侧，填筑一定宽度和高度的护道，使路堤下的淤泥向两侧隆起的趋势得到平衡；同时加宽了荷载的分布宽度，减少了路堤的基底压力，从而保证了路堤的稳定。这种方法处理软土地基，对解决路基稳定是有效的。第六节软土路基施工反压护道法适用于：a.非耕作区和取土不困难的地区；b.路堤高度不大于5/3～2倍极限高度；c.主要用于处理软土，对泥沼有时也可以采用。第六节软土路基施工（5）灰土挤密桩灰土挤密桩法是在基础底面形成若干个桩孔，然后将灰土填入并分层夯实，以提高地基的承载力或水稳性。灰土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，处理深度宜为5～15m。第六节软土路基施工挤密桩－－用冲击或振动方法，将砂或碎石等粒料挤入软土地基内，形成直径较大的桩体，并同原地基一起形成复合地基。作用：1)使桩周围的土体变密实；2)支承路堤很大一部分重量；3)加速周围软土的固结；4)防止液化（砂土地基时）。第六节软土路基施工挤密桩法和加固土桩施工现场挤密桩法施工现场第六节软土路基施工（6）土工合成材料加固浅层的软土路基可采用先在地表铺筑土工布，再填筑路堤，土工布起分隔、过滤、排水和加速固结的作用。（7）碾压夯实法采用压实功能较大的振动压实方法，对非粘性土及地标松散土，予以碾压，可以提高其地基强度，降低压缩性，振动时间越长，效果越好。重锤夯实强夯夯实法（8）化学固结法－－利用化学溶液或胶结剂，采用压力灌注或搅拌混合等措施，使土颗粒胶结起来，达到对土基加固的目的。目前采用的化学溶液有：1)以水玻璃溶液为主的浆液2)以丙烯酸氨为主的浆液3)水泥浆液4)以纸浆溶液为主的浆液第六节软土路基施工第六节软土路基施工工艺有：注浆法－－利用机械压力将浆液通过注入管，均匀注入地层，浆液以填充和渗透方式，排挤土粒间或石隙中的水分和空气，占据其位置，一定时间后，浆液凝固，可使原土层或缝隙固结成整体。旋喷法和深层搅拌法水的作用是造成路基病害的主要因素。水的危害，例如对土体的浸泡、饱和、冲刷作用，是路基病害发生的重要原因之一。路基范围内排水处理的好坏对路基的整体稳定和防止基床病害影响甚大。地下水进入路基土体，降低路基强度，引起翻浆、冒泥，冬天还容易引起冻胀破坏。地面水在路基边坡上流动还会对边坡冲刷，不利于路基的稳定性。第五节路基排水施工第五节路基排水施工一、路基排水的目的与设置原则（1）路基排水的目的路基的强度和稳定性与水的关系十分密切。路基的病害有多种，形成病害的原因也很多，但水的作用是主要因素之一。路基排水的目的在于确保路基始终处于干燥、坚实和稳定状态。第五节路基排水施工路基施工中，应校核全线路基排水系统的设计是否完备和妥善，必要时应予以补充或修改，应重视排水工程的质量和使用效果。设置施工现场的临时性排水措施，保证路基工程质量，提高施工效率。路基养护中，对排水设施应定期检查与维修，以保证排水设施正常使用。第五节路基排水施工（2）路基排水设计的一般原则1）排水设计要因地制宜、全面规划，因势利导、综合整治，讲究实效、注意经济，充分利用有利地形和自然水系。2）各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合。3）设计前必须进行调查研究，查明水源与地质条件，各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合，做到综合整治，分期修建。第五节路基排水施工4）路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠，减少排水沟渠的防护与加固工程。对于重点路段的重要排水设施，以及土质松软和纵坡较陡地段的排水沟渠，应进行必要的防护与加固。5）路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，注意就地取材，以防为主，既要稳固适用，又必须讲究经济效益。第五节路基排水施工二、地表排水设施施工边沟截水沟排水沟跌水与急流槽渡水槽与倒虹吸蒸发池第五节路基排水施工（1）边沟一般设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤坡脚外侧，走向与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。平坦地面填方路段的路旁取土坑，常与路基排水设计综合考虑，使之起到边沟的排水作用。1）边沟的横断面形式及尺寸，边沟的横断面形式，主要有梯形、矩形、三角形和流线型等。第五节路基排水施工(a)(b)(c)(d)第五节路基排水施工(e)(f)2）边沟的纵坡与长度边沟的纵坡一般应与路线纵坡一致，并不宜小于0.5%，以防淤积，在特殊情况下容许减至0.3%。当边沟纵坡过大，且有冲刷可能时，应采取加固、设置跌水或急流槽等措施。第五节路基排水施工边沟水流通过涵洞排向路基另一侧第五节路基排水施工3）边沟出水口处理边沟水流入涵前窨井剖面图路堑与高路堤的边沟出口布置图第五节路基排水施工（2）截水沟又称天沟，一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受水流冲刷。第五节路基排水施工挖方路段（路堑）截水沟示意图第五节路基排水施工填方路段上的截水沟示意图1—土台；2—截水沟土沟石沟第五节路基排水施工(3)排水沟主要用于把来自边沟、截水沟或其他水源的水流（如边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水）引至桥涵或路基范围以外的指定地点。排水沟一般为梯形断面，底宽不小于0.5m，深度不宜小于0.5m。第五节路基排水施工排水沟与水道的衔接第五节路基排水施工排水沟（4）跌水与急流槽用于陡坡地段排水，沟底纵坡可达45。在陡坡或深沟地段设置的沟底为阶梯，水流呈瀑布跌落式通过的沟槽称为跌水，其作用是在较短的距离内，降低水流流速，消减水流能量。在陡坡或深沟地段设置的坡度较陡，水流不离开槽底的沟槽称为急流槽，其作用是将上下游水位差较大的水流引至桥涵进口或路基下方。第五节路基排水施工第五节路基排水施工急流槽（5）蒸发池气候干旱、路线穿越平坦地形地面排水困难地段，无法把地面水排走时，可在距离路基适当的地方设置蒸发池，引水入池，依靠自然蒸发或下渗将水排除。蒸发池平面布置图第五节路基排水施工三、地下排水设施施工拦截、汇集和排除地下水，或降低地下水位，使路基免遭破坏的结构物，称为地下排水设施。暗沟渗沟渗井第五节路基排水施工（1）暗沟相对于地面排水的明沟而言，暗沟又称盲沟，是指设在地面以下引导水流的沟渠，它本身不起渗水和汇水作用，其主要作用是利用其透水性将路基范围内的泉水或渗沟汇集的水流汇集到沟内，并沿沟排至指定地点，使不致在土中扩散，其水力特性属于紊流。第五节路基排水施工一侧边沟下设暗沟1—