软土、膨胀土、冻土地基土整治案例与分析

12特殊地基土整治12.1软土处理案例12.1.1案例一：1．工程概况及地质条件xx高速公路Ｘ合同段全长5.12公里，路面宽24.5米，其中软土地基29645平方米，插设塑料排水板75332延米，铺设砂砾垫层17787立方米，超载预压35574立方米。该段软基属“山地型”软土，表层为1-2米深的淤泥，下部为低液限粘土，软基最深处达到23m，含水量大，承载力小。其成因主要是由于泥质页岩风化产物和地表的有机物质经水流搬运，沉积于原始地形的低洼处，长期饱水软化，间有微生物作用形成。2．加固原理简介塑料排水板的内部为聚乙烯或聚丙烯加工而成的多孔道板带，外包土工织物滤套，具有隔离土颗粒和渗透功能。根据地基固结理论，粘性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比，施工时，通过插板机在软土地层中打入塑料排水板，可以改变原有地基的边界条件，增加孔隙水的有效排出途径，缩短排水距离。在上部荷载的作用下，地基中的水分能够通过塑料排水板的竖向孔道和砂垫层快速排出，从而加快地基固结和沉降的速率。3．工法特点及适用范围相比袋装砂井等其它软基处理方法，该工法具有成本低、工效高、排水效果好的特点，因此广泛用于公路、铁路、机场、码头、堆放场、堤坝及房屋等软土地基的加固。4．塑料排水板超载预压设计（1）排水板型号采用SPB-A型，宽度100，厚度4，纵向通水量≥25cm3/s，复合体抗拉强度1.3kN/10cm。（2）井径由于塑料排水板与砂井的加固原理相同，设计使用日本构尾新一郎的算式，将塑料排水板的断面换算成相当直径的袋装砂井。设塑料排水板宽度为b，厚度为δ，则换算相当圆的直径为：dp=α•)(2b=0.75×14.3)4.010(2=6（cm）α——换算系数，由试验求得，取0.9（3）排水板的布置方式采用等边三角形布置。（4）排水板间距采用细而密的原则选择塑料排水板的直径和间距，井径比n取20。则据n=de/dw影响圆的直径为：de=n•dw=20×6=120（cm）根据de=L32=L05.1反算出塑料排水板间距：L=110cm（5）排水板插设深度根据实际地质情况，塑料排水板的插设深度应到达软土层底部。（6）砂砾层和盲沟设计采用天然级配的砂砾作为横向排水通道，砂砾层厚度为80cm.。为了让砂砾中的水能尽快排出路基之外，在砂砾层下设置片石盲沟，沟深60cm，沟底宽60cm，沟顶宽120cm。（7）预压层厚度采用50cm。5．施工工艺（1）工工艺流程塑料排水板的施工工艺流程见施工工艺流程图。（2）作业过程①备工作先施工盲沟，并铺设一层40-50cm砂砾，用压路机碾压密实，从而为插板机提供足够的承载力，然后放出塑料排水板处理边界线和插板点位，配置其它插板用小型工具。②板机就位施工采用门式轨道插板机。插板机组装调试完毕后，可在待处理地段端部的场地上进行试打，检验机器的性能、地质情况及工艺，如果一切正常，即可铺设枕木、轨道，将机器移入场内，准备插板。③打排水板将排水板装入卷筒，并通过门架上的滑轮将排水板引入套管中。合格不合格补插塑料板检验插板准备选择插板机清理草皮、平整场地摊铺下层砂垫层测量定位插板机就位设置水准点及工作基点子埋设沉降仪、测斜仪和位移观测桩沉降及变位观测进管穿靴检查板深、记录控制插板拔管切断管孔及板头砂填埋摊铺上层砂垫层质量检测路基填筑及超载预压原位测试及室内土工试验数据分析施工工艺流程图将排水板从套管端头引出、折回，夹上短钢筋(桩位放样时插在桩位上)，用订板机订好（见钢筋锚固图）。塑料排水板钉板针φ6钢筋16-18cm6-8cm钢筋锚固图拉紧排水板，将套管对准桩位。松开卷扬机，启动振动锤将套管压入地基。到达设计深度(预先在套管用红漆划上标志)后，启动卷扬机将套管拔出。则排水板被短钢筋锚固于孔底。在砂垫层以上50cm处将排水板剪断，用人工将其弯折，使其平贴于砂砾垫层并用砂砾覆盖，防止机械移动时污损，影响排水效果。将插板机移至下一点位施打排水板。④填板孔，摊铺上层砂砾垫层插入塑料排水板后，在孔洞收缩之前，用中粗砂及时回填，防止泥土等杂物掉入孔内。所有插板完成后，摊铺上层30-40cm厚的砂砾，防止塑料插板长期在空气中暴露引起老化。⑤筑路基，超载预压填筑路基至设计标高，摊铺超载预压土层。（3）质量控制①道延路线方向铺设，并使同一断面保持水平，以保证施打时垂直度＜1.5%。②打从护坡道向路中心推进，每排可打设5～9根，打完一排再向前移动门架，直至软基处理讫点。然后横移门架，返回施打下一幅。③拔套管时带出的淤泥，不得弃于砂垫层上，以免堵塞排水通道。④水板一般不允许接长。如果要接长时应剥开滤膜使芯板接平(搭接长度≮20cm)然后包好滤膜，再用订板机订牢。接长的根数不宜超过打设根数的5%，一般最多只允许接长一次。接长的板宜调整到护坡道位置打设。⑤构物两侧的沉降过渡段必须严格按照长度、间距、过渡的起讫范围进行打设。桥台前锥坡2/3H(填筑高度)范围内也同样处理。⑥工时应加强检查，保证板距、垂直度、板长、跟带长度等符合规范要求，否则应予重打，重打的桩位与原桩位置不大于板距的15%。⑦于施工段地表的硬壳(一般约在0.5～1.0m)，当套管拔起后所留孔洞，不能用粘土块或其他材料堵塞，必须用中粗砂灌满，以防堵塞排水通道使处理失败。⑧工时逐桩做好施工记录。6．路基沉降与稳定观测（1）沉降观测为了既能保证软土地基上路基在施工中的安全和稳定，又能保证正确预测后沉降，使工后控制在设计范围之内，因此在填筑过程中必须进行沉降和稳定观测，以严格控制填筑速率，避免加载过快出现路基剪滑破坏。设计使用沉降仪观测路基沉降，菘构造如下图所示。沉降板沉降仪构造硬塑料管φ钢筋螺栓连接①沉降仪的埋设及构造在排水板插完后，开始埋设沉降观测仪，观测断面间距根据地质变化情况而定，一般每200-300米设一个，每个断面埋设5组，具体埋设位置如图所示。4沉降观测仪埋设情况地面沉降观测仪2路基顶面宽35②降观测的频次和技术要求：填土开始至填土终止后一个月内，每天观测一次，满载期间每周观测一次。水准基点、工作基点的高程控制，按《工程测量规范》中三等水准的要求执行。水准基点、工作基点在填土期间每周联测一次，满载期间每月联测一次。水准基点每段设两个，点位选在稳定、不易破坏的地方，工作基点沿线路方向适当布置，以方便施工为原则，距线路中心线100～140米。沉降观测时，每测站的前后视应大致相等，黑红面所测高差不大于3mm。（2）观测使用测斜仪和变位桩来观测变位情况，设置情况如图所示。路基测斜仪测斜仪及变位观测桩埋设①面变位观测：观测断面每15米设一个，于两侧坡脚外2米、10米处设观测桩，采用木桩。采用光电测距仪观测，观测频次同沉降观测。②中变位观测：观测断面设置同地面变位观测，每个断面埋设测斜仪4组。观测频次为每周一次。观测时应注意测斜仪的感应力方向与线路方向垂直，第一次测读后将测头提至管口处旋转180度，再测一次，测读时要等指示器读数稳定后再读取。再次测读时要保证在同一位置进行。将每次的实测值如实记录，每月绘制一次深层位移曲线，分析水平位移发展趋势。③位测试和室内土工试验：路基加固前和预压稳定后，分别进行土体的物理力学性能试验、静力触探试验及十字剪切试验。试验断面视工程和地质变化情况而定。7．加固效果检验在开工前和超载预压后，选择四个断面分别进行现场十字板强度试验、室内试验和静力触探试验等，成果见土层物理力学指标对比表：土层物理力学指标对比表断面含水量ω(%)容重γ(Kn/m3)压缩指数Cc视先期固结压力Pc(kPa)十字板强度Cu(kPa)开工前预压后开工前预压后开工前预压后开工前预压后开工前预压后K98+00046.536.017.518.70.410.197915226.052.0K98+50041.426.118.118.40.320.208516426.755.7K98+70039.535.818.118.90.360.2311620624.949.4K99+20036.330.618.719.00.250.1811017829.557.8可见，淤泥质粘土层主要物理力学指标在超载预压后均有较大改善，说明采用塑料排水板处理的地基经超载预压后，能改变土的结构，提高土的强度。8．结束语通过在xx高速公路X合同段的施工实践，可以得出这样的结论：（1）经处理后，土的含水量比加固前下降21.5%，土的容重提高3.6%，压缩指数降低40%，视前期固结压力提高79.5%，十字板强度提高100%，地基承载力明显提高，塑料排水板结合超载预压法加固23m深的超深软基是切实可行的。（2）塑料排水板打入后要在加载情况下才能逐渐发挥固结排水功能，地基沉降时间长、强度增长缓慢，对于工期较紧的工程，建议结合反压护道、采用轻材料等方法进行处理。12.1.2案例二山岭重丘区的高速公路在平纵面设计时为使其达到相应的设计等级，难以避免高填或深挖现象。对于深挖的土质路堑，其路床往往由于地下水或毛细水的影响，使得其弯沉和压实度等技术指标难以达到设计和规范的要求，换填法是此类路堑常用的方法之一。以xx高速公路深挖路堑为例，简单介绍一种快捷的换填法。1．工程概况xx高速公路xx段位于广东省佛冈县境内，地处山岭重丘地带，沿线路基出现较多的高填深挖现象。由于受到地下水位及地质条件等因素的影响，开挖后的路堑特别是深挖的土质路堑若不进行特殊处理，其弯沉及压实度往往是难以达到设计及规范要求的。该线路中K214+550～K214+840段就是众多深挖土质路堑的一个典型路段。该段路基宽33.5m，按6车道测设。由于路基施工过程中需考虑整个标段乃至相邻标段土石方的填挖平衡和合理调配，加上前期不良天气的影响，该段施工到设计路床标高时，在基底碾压方法处理达不到要求而多次返工。经现场调查，决定采用换填法处理。2．工程地质情况K214+550～K214+840段为全断面开挖路堑，最高开挖高度达47m，呈右高左低现象。两侧边坡外侧为农田、耕地，开挖到路床标高附近时，可见土层中有地下水渗出。现场取土样试验得其各项物理性质指标：土质为粉土质砂，其液限为43.2%，塑限为27.4%，塑性指数为15.8，最大干密度为1.84kg/cm3，最佳含水量为12.6%，现场测得其天然含水量最小为42.1%，最大为68.5%。单从土工试验的土质指标来看，除含水量过高外，该路段土方是满足路基上路床（95区）的使用要求的。但要面临的问题是如何将0.8m范围内的土层含水量降低到最佳含水量，采用传统的翻晒及排水处理，在短期内明显是难以达到设计要求的。3．处理方案从土工试验的结果可看出，该路堑路床土质的主要问题是由于地下水的影响，造成土层过湿，而无法采取超挖碾压（原设计方案）的方法进行处理，同时其地下水若不进行处理，必将影响今后的路基乃至路面的稳定。要解决此问题，需从三方面入手解决：首先是要降低地下水位，以免路基特别是上路床顶下0.8m范围内由于地下水的影响而失稳；其次是要隔断毛细水的上升，以保证路床填料保持其水稳状态；再次是选择强度及水稳性好的填料来换填部分路床的填土。根据上述分析，综合工期、经济、施工环境、施工工艺的可行性等诸多因素考虑，提出如下方案：（1）将原纵向渗沟加深至1.3m（原设计为0.8m），其断面为上宽0.8m，下宽0.6m的梯形，设置在路堑边沟内侧下沿；并增设横向渗沟，其断面尺寸为上宽0.6m，下宽0.5m，深0.5m的梯形，其间隔为15m1道，渗沟内纵横向PVC塑料管相互联结，纵向渗沟的坡率同路面纵坡，横向渗沟的纵坡则同路面横坡（中间高，两侧低）。（2）换填路床顶面以下0.6cm的土层，换填料为底下0.4m碎石统料，顶上0.2m为水泥含量4%的底基层混合料（见图1）。图1换填断面示意图4．施工程序及质量控制（1）基槽开挖采用2台中型挖掘机并列开挖，先左幅后右幅，先南段后北段，由于土层较湿，一般的自卸汽车难以行走，故采用双后轴大型自卸汽车运载弃土。在开挖过程中若发现淤泥质土或特别湿软的地带，则在局部加深换填厚度。（2）渗沟施工采用特小型挖掘机或人工进行，先纵向渗沟