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摘要:在公路工程建设中,对软土路基加固处理,是保证施工质量的必要条件。文章从公路软土路基的特征和危害入手,介绍了针对软土路基常见的几种加固处理技术,并结合工程案例进行分析,以供同行参考。
关键词:公路工程;软土路基;特征;加固处理;技术要点
在公路工程中,软土路基是一种常见的不良地基类型,多位于临近水源沿岸和降雨较多的山间洼地。我国公路行业规范中,对软土地基的定义是:强度低、压缩量大的软弱土层,多数含有一定的有机物质[1]。对软土路基进行加固处理,目的是提高路基的稳定性和承载能力,为后续施工打下基础。以下结合实践,探讨了公路软土路基处理加固技术方法。
1.公路软土路基的特征和危害
1.1 特征
软土路基的特征是:①压缩性高。软土的孔隙比>1,由于含水量大、容重小,导致压缩性高,长期不易达到稳定状态。②透水性差。软土的透水性很差,垂直层面几乎不透水,不利于排水固结;而且在加荷初期,经常出现较高的孔隙水压力,显著降低地基强度。③抗剪强度低。软土的抗剪强度低,应进行现场原位试验,根据检测结果进行加固处理。④触变性。原状软土未受到破坏时,具有一定的结构强度;受到外界扰动后,结构破坏、强度迅速降低,甚至变成稀释状态。⑤流变性。在持续荷载作用下,随着时间延长,软土的变形也会增长,导致长期强度远低于瞬时强度[2]。⑥不均匀性。软土层中夹杂粉细砂,在平面、垂直方向上呈明显差异性,很容易造成不均匀沉降。
1.2 危害
公路工程中,软土路基造成的危害主要是路堤失稳,不仅影响正常施工进度,引起经济损失;还可能造成人员伤亡、机械损坏。危害形成原因包括:①勘察设计不当,没有进行处理加固;②采用的处理技术不适合,或现场施工不规范,加固效果不理想;③堆料不当,未按规定分层填筑,或填土速度过快;④扰动硬壳层或填筑不当,使硬壳层遭受破坏;⑤台背填土使地基对结构物产生负摩阻力、纵向推挤作用,导致桥台变位、损坏。
2.公路软土路基的加固处理技术
对公路软土路基加固处理,可行的技术方案较多,以下介绍几种常见方案。
2.1 换填法
换填法是开挖一定厚度的软土,然后使用强度高、压缩性低、没有侵蚀性的土体或材料进行回填,例如砂石、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等。换填法适用于浅层软土地基,包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、完成自重固结的吹填土等。换填施工处理后,能提高地基承载力,减少沉降量,加快排水固结速度,防止发生冻胀[3]。
2.2 强夯法
强夯法是使用重锤从高处落下,利用重力对软土进行夯击,提高土体的密实度和强度,减小压缩性。强夯法适用于粒径>0.05mm的粗颗粒土,例如砂土、碎石土、粉煤灰、杂填土、回填土,以及低饱和度的粉土、粘性土、微膨胀土、湿陷性黄土等。该方法的优点是:工艺操作简单,原材料易得,施工成本低,加固作用显著,尤其对变形沉降的控制效果好。
2.3 搅拌桩法
搅拌桩法是在地基深处,将软土和固化剂搅拌均匀,两者产生物理化学反应后,使软土硬结成优质地基,具有一定强度和水稳定性。以水泥土搅拌桩为例,使用回转的搅拌叶片,促使水泥浆与周围软土拌和后形成水泥加固体,加固深度在5m以上,其中干法为5-15m,湿法为5-20m[4]。该方法适用于淤泥质土、饱和黄土、黏性土等,虽然加固效果好,但技术含量高、成本高。
2.4 堆载预压法
堆载预压法是在软土路基表面施加一定荷载,促使地基提前固结沉降,提高地基的强度,减小工后沉降量。以路堤填土为例,分层、分级施加荷载,控制加荷速率,既能避免地基发生剪切破坏,又能使地基强度缓慢提高。该方法施工简单,不需要特殊的机械和材料,但软土固结系数小,工期较长。在此处基础上,真空预压法算是一种升级,在软土地基内设置砂井或塑料排水板,地面铺设砂垫层并覆盖密封膜,膜内外产生的气压差转变成作用在地基上的荷载,能缩短预压时间,节省堆载材料,可大面积施工[5]。
2.5 排水固结法
顾名思义,排水固结法就是在软土路基中设置排水设施,排出水分、减小软土缝隙,通过固结提高强度。具体施工中,分为电渗排水固结、化学排水固结、塑料排水固结等方案,但要配合一定强度的预压,因此不适合用于泥潭较厚的部位。常用的排水设施有两种:一是砂井,需要设置钢管或高压射水,缺点是成本高、施工难度大;二是塑料排水板,和砂井配合使用,能提高排水效率,一定程度上降低施工成本。
2.6 化学加固法
化学加固法是一种新型工艺,是在软土路基中加入化学材料,促使软土加固,适用于砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土。目前使用的加固方法有硅化法、粉喷桩、旋喷桩等,以硅化法为例,使用的材料是水玻璃为主的混合溶液,并借助于电的作用,优点是加固速度快、工期短;缺点是成本高,不适合在渗透系数过小的土体中使用
[6]。
3.工程案例分析
3.1 工程概况
以某高速公路工程为例,该工程采用双向4车道,路基宽度为13.7m,行车道宽度为13.5m,混凝土路面厚度为600mm,设计行车速度为100km/h。其中,软土路段长度共计46km,勘察结果显示为淤泥质土,厚度平均4.9m;地下水位高,位于设计路面标高以下0.9m。结合现场情况,分析认为软土路基会带来沉降、浸水等危害,一方面是排水不畅、积水引起的,水体进入路基内部;另一方面行车荷载和温度变化,也可能导致路基大面积沉降。为了加固路基,提高路基强度和承载力,决定采用抛石挤淤方案。
3.2 抛石挤淤方案
抛石挤淤是在路基底部,从线路中间向两侧抛投一定数量的碎石,将淤泥挤出路基范围。静置后,被挤淤泥土体中的超孔隙水压力逐渐排出,有效应力逐渐增大,淤泥的结构强度和承载力加大,最后形成稳定结构。结合工程实践,该方法适用厚度≤5m,对于5m以上的部位,则要辅助爆破、强夯、换填等技术手段,提高加固效果。本工程中,局部采用换填+抛石挤淤方案。
3.3 施工技术要点
抛石挤淤施工技术要点如下:①测量放样。导线复测、对导线点和中桩进行加密,然后上报监理人员,批复后以图纸为准进行施工放样,计算抛投片石路段顶面的路基宽度,确定边桩和路线中桩。②清理地表。对路基范围内的障碍物和表层土进行清理,采用挖掘机+人工清理方案,开挖深度至少800mm,将废土和垃圾运输至指定地点。③准备片石。遵循就近取材的原则选择片石堆场,并进行取样试验,要求最小尺寸为300-500mm,浸水后的抗压强度≥25Mpa。④抛投片石。对片石抛投后,首先利用自重挤出淤泥;然后平整片石顶面,使用推土机碾压;最后在抛石顶面填筑一层小粒径的碎石土。⑤碾压。初压时使用推土机(或挖掘机),促使片石沉入软土层;复压使用振动压路机,碾压4-5遍。碾压过程中,如果发现局部片石空隙大,应人工填满片石,直至抛石顶面平整,肉眼不可见明显的孔隙。⑥压实度检测。采用沉降观测法检测压实度,振动压路机压实后,如果顶面平整稳定、没有轮迹,说明密实度良好。具体操作时,选定检验路段,使用白灰做标记,分别记录顶面的初始高程、压实试验后的高程,两者的差值在3mm以内,说明压实度达到设计要求。⑦铺设碎石垫层。压实度检测达标后,在顶面铺设一层碎石垫层,要求碎石的最大粒径为40mm,不同粒径的碎石拌合均匀;碎石垫层的厚度为30cm,使用推土机平整,然后振动碾压3-4遍,最后在上方铺设玻纤格栅。
3.4 加固成果
本工程对软土路基段加固处理后,通过观测数据表明,路基沉降量控制在允许范围内,路基的强度和承载力明显提高,为后续施工作业打下坚实基础。
4.结语
综上所述,公路工程施工期间,软土路基比较常见,属于不良地基的一种。针对软土路基,很容易造成路堤失稳,必须进行加固处理。文章以换填法、强夯法、搅拌桩法、堆载预压法、排水固结法、化学加固法为例,简要介绍了施工应用情况;结合工程案例,详细阐述了抛石挤淤方案的技术要点。希望通过本文,为类似工程施工提供借鉴,切实提高路基的强度和承载力。
参考文献:
[1]费宁.扩建高速公路拼宽段软土路基加固处理技术研究[J]. 商品与质量,2020(41):76.
[2]周琴.公路软土路基特点及常见加固技术探讨[J].建筑工程技术与设计,2020(26):1442.
[3]裴富国.公路软土路基加固处理施工技术[J].山西建筑,2018,44(19):146-147.
[4]张小玲,肖慧媛.粉喷桩加固技术在公路软土路基中的运用[J].交通世界(下旬刊),2019(11):60-61.
[5]徐决虎.高速公路软土路基加固处理技术措施方案分析[J].建筑工程技术与设计,2015(36):1233.
[6]艾晓光.浅谈公路软土地基的处理及路基防护方法[J].魅力中国,2021(5):53-54.