金洪炯

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展,城市高等級(jí)公路的建設(shè)日新月異。然而,我國幅員遼闊,從山區(qū)到平原,由沿海到內(nèi)地,分布著各種各樣的地基土,其承載能力、壓縮性以及透水性等土的力學(xué)性能因土的種類不同而有著很大的差別[1]。對于軟土地基而言,在交通循環(huán)荷載作用下,其沉降量一般比較大,容易產(chǎn)生不均勻沉降,嚴(yán)重影響道路行車安全,無法滿足工程建設(shè)的需要。因此,在軟土路基施工過程中,如何合理的進(jìn)行地基處理,設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)牡鼗幚矸桨甘且粋€(gè)值得探討的重要問題[2]。本文結(jié)合樂清市某公路工程建設(shè)項(xiàng)目,對軟土路基處理方案的選擇和設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

1 工程概況

本工程位于樂清市中心區(qū)的西北部,場地屬?zèng)_海積平原區(qū),地勢基本平坦,海拔高程一般在2.0 m～3.5 m之間,屬Ⅳ級(jí)場地。區(qū)內(nèi)內(nèi)河發(fā)達(dá),水網(wǎng)密布,河寬一般在9 m～30 m之間,水深為1.0 m～3.0 m左右,河道均為現(xiàn)狀河道,兩岸植被茂盛。中心區(qū)建好的道路有旭陽路、環(huán)四路等城市主干道。因整個(gè)中心區(qū)地處樂清灣,甬臺(tái)溫高速公路高架橋橫穿中心區(qū),把中心區(qū)分為東西兩塊。

建設(shè)場地經(jīng)過樂清灣沖積平原和濱海圍涂區(qū),沖積平原區(qū)地貌以農(nóng)田,零星農(nóng)居及河道為主,濱海圍涂區(qū)地貌以雜草為主。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告和在建的道路開挖情況顯示,此塊地質(zhì)情況較差,面層為0.9 m～2.2 m左右的硬殼層,下面為25 m左右的淤泥質(zhì)土。

區(qū)塊內(nèi)地下水主要為軟土及黏性土中的孔隙潛水和圓礫、卵石層中的承壓水。地下水屬內(nèi)河水系,主要接受大氣降水的補(bǔ)給及內(nèi)河水位的影響,受季節(jié)性變化影響大。地下水在無污染條件下對橋梁建筑材料一般無腐蝕性,對干濕交替環(huán)境下的鋼筋混凝土中的鋼筋和氧能自由溶入地下水中的鋼結(jié)構(gòu),具有中等腐蝕性,并對鉆孔灌注樁施工易產(chǎn)生漏漿、坍孔等不利影響。

2 軟土路基常用處理方法[3]

2.1 換土填層法

當(dāng)軟弱土地基的承載力和變形滿足不了工程技術(shù)要求,而軟弱土層的厚度又不很大時(shí),將軟弱土層部分或全部挖去,然后分層填筑強(qiáng)度較大的砂、砂石、素土、灰土、高爐干渣、粉煤灰等其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料,并壓實(shí)至要求密實(shí)度的地基處理方法。

換土墊層的作用主要包括:提高地基承載力,減小地基沉降量,加速軟土的排水固結(jié)等,適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、古井、古墓等淺層處理。換土填層法見圖1。

2.2 排水固結(jié)法

對天然地基或是先在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體,然后利用建筑物本身的重量分級(jí)逐漸進(jìn)行加載,也可利用其他重物對場地進(jìn)行預(yù)壓堆載,使土體中的孔隙體積不斷減小,孔隙水被慢慢排出,有效應(yīng)力逐漸增長,地基發(fā)生固結(jié)沉降,同時(shí)土體的抗剪強(qiáng)度逐步提高的方法。

排水固結(jié)系統(tǒng)是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成:排水系統(tǒng)的作用主要在于改變地基原有的排水邊界條件,增加孔隙水排出的路徑,縮短排水距離;加壓系統(tǒng)的主要作用在于使地基土中的有效應(yīng)力增加而產(chǎn)生固結(jié)。

2.3 擠密法

利用擠壓或振動(dòng)方法將砂、石材料擠入軟土地基中,形成較大的密實(shí)柱體,提高軟土地基的抗剪強(qiáng)度。

對疏松砂土而言,在擠密砂石樁成樁過程中,樁套管擠入砂層,該處的砂被擠向樁管四周而變密。擠密砂樁的加固效果包括:使松砂地基擠密至小于臨界孔隙比,以防止砂土振動(dòng)液化;形成強(qiáng)度高的擠密砂石樁,提高了地基的強(qiáng)度和承載力;加固后大幅度減小地基沉降量;擠密加固后,地基呈均勻狀態(tài)。

對軟弱黏性土而言,主要利用砂石樁本身的強(qiáng)度及其排水效果。其作用包括:砂石樁在黏性土中形成大直徑密實(shí)砂石樁樁體,砂石樁與黏性土形成復(fù)合地基,共同承擔(dān)上部荷載,提高地基承載力和整體穩(wěn)定性,由于密實(shí)的砂樁取代了與砂樁體積相等的軟土,所以復(fù)合地基的承載力比天然地基大,其沉降也就比天然地基小;上部荷載產(chǎn)生對砂石樁的應(yīng)力集中,減少黏性土的應(yīng)力,從而減小地基的固結(jié)沉降量;在黏性土地基中形成排水通道,加速固結(jié)排水。

2.4 深層攪拌法

深層攪拌法利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑,通過特制的深層攪拌機(jī)械,在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌,利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理—化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。

深層攪拌法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且fk≤120 kPa的黏性土等地基(見圖 2)。

2.5 高壓噴射注漿法

這種方法創(chuàng)始于日本,是采用高壓水射流切割技術(shù)而發(fā)展起來的。高壓噴射注漿,就是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置,用高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20MPa左右的高壓液流從噴嘴中噴射出來,沖擊破壞土體。當(dāng)能量大,速度快和呈脈動(dòng)狀的噴射流的動(dòng)壓超過土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí),土粒便從土體剝落下來。一部分細(xì)小的土粒隨著漿液冒出地面,其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下,與漿液攪拌混合,并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列。漿液凝固后,便在土中形成一個(gè)固結(jié)體。

作為地基加固,通常采用旋轉(zhuǎn)噴射(簡稱旋噴)和定向噴射(簡稱定噴)兩種注漿形式。高壓旋噴注漿加固地基技術(shù),主要適用于軟弱土層,如第四紀(jì)的沖(洪)積層、殘積層和人工填土等。

3 路基加固方案設(shè)計(jì)

對具體工程都要進(jìn)行具體的細(xì)致分析,應(yīng)從地基條件、處理要求、工程費(fèi)用等方面進(jìn)行綜合考慮,進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的優(yōu)化,以確定最佳的地基處理方法。

本工程道路均為城市主干道和次干道,主干道沉降控制指標(biāo)參照高速公路和一級(jí)公路沉降控制指標(biāo),一般路段容許工后沉降控制在0.3 m,橋頭容許工后沉降控制在0.1 m。次干道沉降控制指標(biāo)參照二級(jí)公路沉降控制指標(biāo),一般路段容許工后沉降控制在0.5 m,橋頭容許工后沉降控制在0.2 m。

結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況,因地制宜,充分考慮地形、地質(zhì)、氣象和水文等自然條件及周圍的社會(huì)條件,將軟土路分為一般路段(甬臺(tái)溫高速以西)、一般路段(甬臺(tái)溫高速以東)、橋頭過渡段三種類型進(jìn)行處理。

1)一般路段(高速路以西)方案。軟基不作處理,充分利用“硬殼層”的承載功能,清表后經(jīng)過逐層回填宕渣,同時(shí)用振動(dòng)式壓路機(jī)振動(dòng)碾壓,最終路基壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求。素填土1 m厚,黏土“硬殼層”1 m厚,淤泥土層20 m厚,宕渣填筑高度 2 m,路堤填土結(jié)束6個(gè)月后澆筑路面。路基的承載力和穩(wěn)定性可以滿足路基設(shè)計(jì)要求,路基達(dá)到滿足功能條件下經(jīng)濟(jì)性最佳的目標(biāo)。2)一般路段(高速路以東)方案。對于高速公路以東一般路段,由于與高速公路以西情況不同,基本為大面積淤泥地帶,參考本區(qū)域以往道路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),采用全路基范圍內(nèi)塑料排水板處理的方法。塑料排水板正三角形布置,間距1.3 m,長20 m,頂端埋入砂墊層不小于20cm。3)路橋過渡段方案。橋頭路段擬采用水泥攪拌樁路基處理方案。取用參數(shù):水泥攪拌樁樁徑550mm,樁間距1.3 m,水泥摻合比 15%,有效樁長 12 m;填土高度 3 m(從樁頂起算),路基填土12個(gè)月后澆筑路面。

4 結(jié)語

1)經(jīng)過全面考察分析計(jì)算結(jié)果,并結(jié)合后期沉降監(jiān)測得出的數(shù)據(jù),該處理方案可滿足沉降小于20cm的規(guī)定。2)地基處理的方法有它的使用范圍、局限性和優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)該根據(jù)相重合實(shí)際情況因地制宜的采用,不能一概而論。3)將軟土路基分為一般路段(甬臺(tái)溫高速以西)、一般路段(甬臺(tái)溫高速以東)、橋頭過渡段三種類型進(jìn)行處理的方案是可行的。

[1] 王星華.地基處理與加固[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2002.

[2] 鐘勇強(qiáng).軟基路段舊路加寬綜合處置方案設(shè)計(jì)和優(yōu)選的探討[J].華東公路,2008,6(174):14-16.

[3] 陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1998.

[4] 趙崇臣.道路工程中軟土地基常用處理方法探討[J].山西建筑,2009,35(6):298-299.