学习情境2地基处理工程

书名：公路工程质量事故分析ISBN：7-111-18553-6作者：颜海出版社：机械工业出版社本书配有电子课件第二章地基处理工程学习目标本章重点本章难点主要内容本章小结思考练习掌握地基处理工程质量事故分析方法；通过事故调查和案例分析，发现地基处理工程事故背后的设计、施工、监理、养护和管理等方面事故背后的诱因，找出各种事故发生的规律，采取有效措施，减少或避免事故的发生。学习目标返回排水固结法地基处理工程质量事故分析；挤密法地基处理工程质量事故分析；强夯法地基处理工程质量事故分析。本章重点返回化学加固法地基处理工程质量事故分析本章难点返回本章主要讲述浅层置换法、排水固结法、挤密法、强夯法及化学固结法等地基处理工程的特点和应用以及相应的工程质量事故分析和工程质量检测方法。浅层置换法处理往往是公路工程地基处理的主要方法，应用十分广泛。浅层处理的关键在于全面了解各种影响因素，综合比选，找到最佳处理组合，这是进行浅层置换法处理的难点。浅层处理也是容易出现工程质量事故的部位。排水固结法包括砂井法和塑料排水板法，该方法产生的事故主要有处理效果不理想、加载速度过快导致的地基变形等。挤密法包括土及灰土桩、石灰桩、砂石桩、钢筋混凝土短桩、楔形桩和小木桩等，挤密法的事故类型主要是桩体不密实、缩径、断桩等。强夯法工程质量事故主要表现在强夯参数选择错误和施工方案不完善等方面。化学固结法的工程质量事故主要表现在固化剂的选择、施工中注液压力的调整和固结效果方面。本章小节返回主要内容第一节浅层置换法处理工程事故分析第二节排水固结法地基处理工程事故分析第三节挤密法地基处理工程事故分析第四节强夯法地基处理工程事故分析第五节化学固结法地基处理工程事故分析第六节地基处理工程质量检测概述返回一、浅层置换法地基处理的类型及方法二、浅层置换法地基处理常见质量事故分析及处理第一节浅层置换法处理工程事故分析返回1、硬壳层补强法2、砂石挤淤法3、垫层法4、置换法一、浅层置换法地基处理的类型及方法1、硬壳层补强法此法适用于硬壳层有效厚度超过临界厚度时路基相对稳定。通过详细勘察资料，确定现场硬壳层有效厚度及土层物理力学指标，如根据荷载形式计算的硬壳层临界厚度大于实际厚度，则可通过振动碾压、冲击压实及夯压等方式改变其厚度和物理力学指标，使硬壳层尽量改善；达到充分利用软土地基潜力的目的。特别对于粘土硬壳层下卧砂性软土，纵向排水条件较差、路基填土高度较低(2.5m以下)及湿陷性黄土地基的处理较为经济适用。2、砂石挤淤法此法包括抛石挤淤及砂碎石挤淤，适用于湖塘河底等积水洼地。对于地下水位高、塘水不易抽干、表面无硬壳，软土液性指数大，厚度薄，片石能下沉至下卧层表面，宜采用抛石挤淤。一般采用较大的片石(直径不宜小于30cm)，抛石从中部开始，逐次向两旁展开，使淤泥向两边挤出，在片石高出水位50cm后，采用重型压实机械碾压、夯压，然后在其上铺设反滤层辅以土工格栅后填土；对于软基段沟塘，如淤泥层较厚，无明显下卧硬层，难以确定清淤深度，机械无法在塘底操作的条件下，宜采用填砂或石屑挤淤。为保证挤淤后路基稳定，可在坡脚线外填筑土体围堰兼做反压护道及填料的包边土。3、垫层法在软土地基地面上，铺设一层特殊材料，再在其上填筑路堤，称为垫层法。如地表无硬壳层或为透水性硬壳层，垫层材料宜选用砂石等透水性材料，统称为排水垫层。排水垫层直接铺设在软土地基表面上，使其在软土和填土之间增设一排水面，从而使地基在填土荷载作用下，加速了地基的排水固结，提高地基强度。垫层厚度以保证不致因沉降发生断裂为宜，目前多选用50cm左右。当辅以土工布或格栅时，由于变形趋于均匀，可适当减少垫层厚度。垫层材料多种多样，应以就地取材为原则，体现实用、快速、投资少、效益高的特点。具体材料及处理方式有：1)级配较好的砂砾或者山皮石废料，最大粒径20cm，含泥量5％以下，连续级配，可直接按30cm一层，振压或冲压密实。2)原地表翻拌石灰水泥等处理后，地表以上再加铺石灰土、水泥土或二灰土，可根据地表水或地下水状况选用相应水稳性材料。3)矿渣或钢渣垫层。最大粒径控制20cm，通过0.075mm筛孔的颗粒，塑性指数不宜超过6，铺筑的矿渣层顶面可用最大粒径5cm，最小厚度10cm且级配良好的矿渣做封层。矿渣垫层有以下特点：具有良好的渗透排水效果，颗粒粗糙，压实后嵌锁牢固，稳定性好，强度高；矿渣料具一定的胶结性，其后期强度和整体性好。矿渣是工业废料，料源丰富，价格低廉，施工方便。4、置换法该法又称换土垫层法，是指将路床顶面以下一定范围的软弱土层利用人工、机械或其它方法清除，分层置换强度较高的砂、碎石、山坡石，改良土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并振实(压实)到要求的密实度。对于软土厚度不大，埋藏浅，无硬壳层，路床承载力低及路基填土高度不大的路段辅以等载或超载预压较为适用。换填深度根据路床承载力及外荷载情况综合确定，需满足路基稳定及工后沉降指标要求。置换法通常辅以土工布或土工格栅以扩散应力，减少总沉降量及工后不均匀沉降。返回二、浅层置换法地基处理常见质量事故分析及处理返回（一）垫层法（二）置换法(一)垫层法现象：排水垫层设置后，无法实现排水的效果。原因分析：1)原材料选择不合理，尤其采用了级配碎石等材料，由于材料的自锁现象，导致层内水无法有效排除，排水效果不理想。2)路基底面坡度设置不合理，排水不畅。3)路基沉陷，造成中间低两边高的现象，无法将水排出。处理措施：1)换合格的填料，最好采用级配砂砾，也可采用透水性良好的矿渣。2)路基填筑前，应将路基底面的坡度设置合理。在软弱地基上设置排水垫层时，必须将排水坡度设置大一些，防止因路基下沉造成排水不畅的现象。1、排水垫层无法排水返回2、半刚性基层翻浆、断裂现象：半刚性垫层包括灰土、二灰及水泥土垫层，施工结束后出现垫层翻浆，有时也会出现严重的裂缝还有部分出现强度不足的现象。事故原因：1)填筑材料的含水量掌握不合理，出现翻浆现象。2)地基软弱，未进行有效处理，出现反射翻浆现象。3)软基处理方法选择错误，由于地基不均匀沉降造成垫层断裂。4)填筑材料的配合比掌握不准确。处理措施：严格填筑材料的配合比及含水量控制，对垫层下的路基要进行严格检测，出现翻浆的地段必须提前进行处理，不可忽略。对于软基的深度和特性必须在施工前进行详细的检测，防止出现选择地基处理方法不当的局面。(二)置换法现象：路基软土进行置换法施工后，承载力变化不大，未能显现置换法的效果。事故原因：1)换填材料选择错误，在软土地基上选择换填材料时，要注意地基的透水性要求及材料的性能，选择合适的换填材料。2)进场的材料不合格，例如进场的砂石料级配不合理，含泥量过大；石灰、粉煤灰不符合质量等级要求，含水量过大或过小，有机质含量过高，石灰的存放时间过长；灰土拌和不均匀等。3)机械开挖基坑时，出现超挖现象，使垫层的下卧层土发生扰动，降低了基底软土的强度。处理措施：重新挖除换填的材料，采用合适的材料及方法回填，在回填工作进行前，要严格检查回填材料的质量，保证回填的质量符合要求。在进行基坑开挖时，应预留30～50cm进行人工清理，避免扰动。如果出现了扰动，应采用调整垫层厚度的方法，将扰动的土层清除。1、置换法效果不明显2、置换后产生不均匀沉降现象：换填后的路基出现了明显的不均匀沉陷事故原因：1)换填深度不合理。由于软基的厚度是不均匀的，因此在进行软基处理是采用均匀厚度的处理方法往往效果不明显。甚至会出现不均匀沉陷的局面。2)路基换填深度计算不准确。换填深度根据路床承载力及外荷载情况综合确定，需满足路基稳定及工后沉降指标要求，一般在路基填土高度5m以下，路床承载力标准值在100kPa以下时，需换填80cm，承载力标准值在50kPa以下时，需换填120～150cm。当地下水位低于换填基底高程，软土透水性差，路堤填土高度在2.5m以下时，可采用改良土等隔水型材料换填。当地下水位高，软土渗水性好，路堤填土高度较大时，宜选用透水性材料换填以加快软土层固结。3)采用换填的处理方法不适宜。由于路基软弱地基深度较深，同时路基填高较高，采用换填的方法处理地基效果不好，因此出现了路基的不均匀沉降问题。处理措施：1）挖除换填材料，根据重新计算的换填深度进行换填；2）对于沉降较大的地段，可以考虑采用其他的地基处理方法与置换法综合处治。返回一、排水固结法地基处理的原理及类型二、排水固结法地基处理常见质量事故分析及处理第二节排水固结法地基处理工程事故分析返回在软土地基上填筑路基时，软土地基在荷载的作用下失去了原有的平衡，饱和软粘土随着孔隙水压力的消散，地基就会产生排水固结，同时孔隙比会减小，从而抗剪强度会得到相应的提高，同时由于排水固结和剪切变形，地基会产生很大的沉降，甚至由于强度不足而产生破坏。对于工期不严的工程，常采用分级加载预压的方法，使地基强度的增长能适应附加荷载的增加。由于土体固结排水所需的时间和渗透路径长度的平方成正比，在地基中设置连通的排水体可以大大缩短预压固结所需的时间，因此通常在预压时先在地基中设置砂井之类的排水体，然后分级加载预压，这种方法称为排水固结法。排水固结法又包括砂井法和塑料排水板法。一、排水固结法地基处理的原理及类型砂井或排水板加载预压法：是先在土层中加设竖向排水体（砂井或塑料排水板）和水平排水垫层，使其与天然地基土层结合构成一个排水系统，以便充分缩短排水距离，使地基在加载受压后孔隙水能够迅速地从排水通道逸出，从而缩短沉降固结的时间。一般比天然地基加载预压可减少半年以上工期，加固深度可达20m以上。这是加速饱和粘性土和有机土地基排水固结最有效的方法。采用塑料排水板代替袋装砂井，更具有工效高、劳动强度低、质量稳定、适应地基变形性能好等优点。砂井或排水板真空预压法：在土层中设置砂井（或塑料排水板），顶面设置砂垫层以后，在砂垫层上铺设比地基范围稍大的三层密封塑料薄膜，通过真空装置将膜下抽成真空，使膜内形成气压差，促使土层在总应力不变的条件下，孔隙水压力减少，有效应力增加，使土体沉降较快地达到设计要求，而不致发生剪切破坏，缩短了总需加固时间，最宜用于流塑状饱和粘性土地基。真空预压也可以和加载预压共同作用，两者的加固效果可以叠加。返回二、排水固结法地基处理常见质量事故分析及处理1．塑料排水板在施工时出现了“跟带”现象，砂井施工时出现带砂现象，导致处理深度不能满足需要。原因分析：1)在排水板打设前没有处理好带头与桩尖，导致排水板“跟带”。2)砂井施工时，在采用静压、锤击联合沉管施工方法，在提管时，会由于砂的拱所用及与管壁的摩阻力，而将管内的砂柱带上来，使砂井断开或缩井。处理方法：重新插打，并处理好带头，一般对于排水板加设一根短钢筋并将塑料排水板弯折。对于砂井最好采用振动沉管法，既可以避免管内砂随管带上，保证砂井的连续性，同时砂受到振密，砂井质量好。2．桩管进入泥水污染排水板或砂井。原因分析：1)地面积水没有处理干净，导致排水板在打设前就已经被污染；或者在打设过程中，泥水进入孔内，污染排水板板芯，导致排水不畅。2)砂井在进行水冲法成孔时，由于孔内泥浆未清洗干净，砂中含泥量增加，会使砂井渗透系数降低，影响排水固结效果。处理方法：1)在进行施工时，应将场地清理干净，排水板应码放整齐，避免污染，在进行施工时，要严格管理防止污染排水板的现象出现。2)为了防止出现污染，可以采用袋装砂井的方法。3．砂井或排水板与排水垫层未搭接原因分析：砂井或排水板长度不够导致未能与排水垫层搭接，影响排水固结效果。处理方法：对于砂井可与采用挖出桩头，并用砂子接上的方法处理；对于排水板应该采用滤水膜内平搭接的连接方法，搭接长度不能小于20cm。4．砂井或塑料排水板的间距，深度设计不合理原因分析：地基勘探结果与实际出现出入，导致设计不合理，并最终导致地基处理效果不理想。处理方法：在施工前，对于地基应进行补充勘查。在施工时，也需要注意打设的难度变化，当出现打设十分容易的局面，应引起重视。5．固结效果不理想，发生路堤失稳，滑坡现象。原因分析：1)设计不合理。由于地基勘探结果与实际出现出入，导致设计不