摘#8195;要 軟土地基上主要存在的問題是若不對地基加以處理，往往會發(fā)生路基失穩(wěn)或過量沉陷，導(dǎo)致路基病害的產(chǎn)生，繼而影響車輛正常運(yùn)行，所以軟土地基上路堤穩(wěn)定分析是軟土路基設(shè)計中最重要的內(nèi)容，如果穩(wěn)定分析是正確的，則為經(jīng)濟(jì)合理地確定路堤斷面和地基加固措施提供了可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞 路基；軟土地基；穩(wěn)定分析；地基加固

中圖分類號 TU 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0130-02

1 軟土地基上路堤的穩(wěn)定分析

1.1 軟土路堤穩(wěn)定分析

軟土地基上路堤穩(wěn)定分析是軟土路基設(shè)計中最重要的內(nèi)容，如果穩(wěn)定分析是正確的，則為經(jīng)濟(jì)合理地確定路堤斷面和地基加固措施提供了可靠的依據(jù)。

影響軟土地基穩(wěn)定性的因素較多，它不僅取決于路堤的斷面形式、填土高度、填土施工速率和地基土的性質(zhì)，而且與軟土成因類型、地層的成層情況以及地基土的應(yīng)力歷史有關(guān)。軟基上的高路堤穩(wěn)定性，經(jīng)常在路堤未填到設(shè)計高度時發(fā)生問題，因此，計算中不僅要對最終填筑高度作穩(wěn)定分析，而且必須對填筑過程中的穩(wěn)定進(jìn)行分析。一般計算時，應(yīng)予考慮路堤內(nèi)滑動面上的抗剪阻力。但對于軟土層厚的地基上的路堤，由于地基的側(cè)向位移，使路堤受拉，因而穩(wěn)定分析計算中，可以忽略路堤內(nèi)的抗剪阻力，按路堤部分整個高度內(nèi)產(chǎn)生豎向裂縫進(jìn)行計算。對于路堤高度比軟土層的厚度大得多的高路堤的穩(wěn)定性計算中，還要對整個路堤高度上的開裂的滑動面進(jìn)行計算。

1.2 軟土地基上路堤的最小高度和極限高度

在天然軟土地基上，用通常速度施工的方法，修筑一般斷面的路堤所能填筑的最大高度，稱為極限高度，以Hc表示。極限高度的大小取決于軟土的性質(zhì)和成層情況，軟土表層硬殼的厚度與性質(zhì)、填料的情況等等，極限高度僅作設(shè)計施工的參考依據(jù)，因此可近似的令φu=0進(jìn)行估算。

1.2.1 均質(zhì)厚層軟土地基上路堤的極限高度

均質(zhì)厚層軟土地基上路堤的極限高度可按下述兩種方法計算：

1）理論估算公式：

（1）

式中：cu—地基土快剪測得的單位黏聚力；γ—填土容重。

2）近似公式：

Hc=0.3cu （2）

式中符號意義同前。

1.2.2 均質(zhì)薄層軟土地基上路堤的極限高度

均質(zhì)厚層軟土地基上路堤的極限高度采用下式計算：

（3）

式中：Ns—穩(wěn)定數(shù)，與邊坡角β、深度因數(shù)ηD有關(guān)。

當(dāng)軟土下臥硬層頂面有較大橫向坡度時，實際的極限高度將比計算所得值偏小一些。

1.2.3 非均質(zhì)軟土地基路堤的極限高度

非均質(zhì)軟土地基，土層性質(zhì)各不相同，無法估算，只能按圓弧法進(jìn)行穩(wěn)定性驗算確定路堤極限高度。檢算時地基的強(qiáng)度指標(biāo)采用快剪法測定。如果條件允許，根據(jù)工地填筑試驗確定極限高度是最直接可靠的

方法。

2 軟土地基的加固措施

2.1 改變路堤本身的結(jié)構(gòu)形式，對地基不做處理

這種方法如反壓護(hù)道、柴排、鋪設(shè)土工織物。這類方法施工簡便易行，但高路堤不適用。反壓護(hù)道是借在路堤兩側(cè)填筑一定寬度和一定高度的護(hù)道的反壓作用，以防止地基破壞保證路基穩(wěn)定的一種有效措施。利用反壓護(hù)道加固地基，不需特殊的機(jī)具設(shè)備和材料，施工簡易，但占地多，用土量大，后期沉降大，養(yǎng)護(hù)工作量大。

2.2 排水固結(jié)，提高地基軟土的強(qiáng)度

這類方法如排水砂井和排水砂墊層等。其作用是加速地基固結(jié)，使強(qiáng)度得到提高。排水砂井是利用各種打樁機(jī)具擊入鋼管，或用高壓射水、爆破等方法在地基中獲得按一定規(guī)律排列的孔眼，并灌入中、粗砂而成。由于這種砂井在飽和軟黏土中起排水通道的作用，故稱排水砂井。砂井頂部要用砂溝或砂墊層連通，構(gòu)成排水系統(tǒng)，在路堤荷載的作用下加速排水固結(jié)，從而提高強(qiáng)度，保證路堤的穩(wěn)定性。

軟土地基設(shè)置砂井后，改善了地基的排水條件，縮短了排水途徑，因而地基承受附加荷載后，排水固結(jié)過程大大加快，進(jìn)而使地基強(qiáng)度得以提高。用砂井加固軟土地基，對于提高地基承載力是有效的。當(dāng)路堤較高，軟土層較厚時，用其他方法（如反壓護(hù)道）難以滿足路基穩(wěn)定要求時，改用砂井加固可獲得良好效果。

2.3 人工地基

人工地基是在軟土地基內(nèi)設(shè)置各種材料制成樁，構(gòu)成復(fù)合地基，或?qū)⒌乇頁Q成性能良好的土料，以提高地基承載力，保證路基穩(wěn)定的一種方法。其方法包括換土、側(cè)向約束和碎石樁等。

2.3.1 換土

以人工、機(jī)械或爆破方法將地基軟土挖除，換填強(qiáng)度較高的黏土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料。對軟土或泥炭層厚度小于3 m的情況，一般可采取全部挖除換填的方法；對厚度大于3 m的情況，通常只采取部分開挖換填的方法。全部挖換填從根本上改善了地基，不留后患，效果最佳，是最為徹底的措施。此法從根本上改善了地基的性質(zhì)，效果甚佳，但僅適用于軟土層較薄、其上無覆蓋層的情況。在液性指數(shù)較大的軟土中，可采用拋石擠淤的措施以強(qiáng)迫換土，施工簡便迅速，不必抽水挖淤，可以取得較好的效果。

2.3.2 側(cè)向約束

在路堤兩側(cè)設(shè)置木樁、板樁、鋼筋混凝土樁或片石齒墻等，以限制地基的側(cè)向變形。此類方法在軟土層厚度較小且底部有較硬土層的情況下，效果很好，特別是下臥層面具有橫坡時，尤其適宜。

2.3.3 碎石樁

碎石樁是采用碎石材料做樁料，并依靠振動沉管機(jī)，水振沖器等在軟土地基層內(nèi)做成。碎石樁與樁間的軟土形成復(fù)合地基，碎石對地基起加固、置換作用。由于樁與土體內(nèi)的共同作用，從而提高地基的承載力，降低土層的壓縮性。碎石樁的直徑較大，常用0.5 m~1.0 m。樁材一般用未風(fēng)化的干凈礫石或軋制碎石，粒徑宜為20 mm~50 mm，含泥量不應(yīng)大于10%。

2.3.4 加固土樁

加固土樁是用某種專用機(jī)械將軟土地基內(nèi)局部范圍內(nèi)的軟土主體用無機(jī)結(jié)合料加固、穩(wěn)定，使樁體與樁間的軟土形成復(fù)合地基。改良后的加固土樁起置換作用和應(yīng)力集中效應(yīng)，以減少地基的總沉降。加固土樁所采用的材料有水泥、生石灰和粉煤灰的等。

2.4 綜合加固措施

為了增大加固效果，減少占地，節(jié)省材料，可采用兩種或兩種以上方法綜合使用。例如砂井與反壓護(hù)道并用，砂墊層和反壓護(hù)道并用，砂墊層和柴排并用，反壓護(hù)道和片石齒墻并用，反壓護(hù)道和換土并用。

近年來，由于對軟土性質(zhì)研究工作的深入及新材料、新機(jī)具的不斷涌現(xiàn)，軟土地基加固措施也迅速發(fā)展，一些新方法被廣泛應(yīng)用，袋裝砂井、塑料排水板、高壓噴射注漿法、土工聚合物法、深層攪拌法、灌漿法和強(qiáng)夯法等等，現(xiàn)介紹路基常用的幾種方法。

2.4.1 袋裝砂井

1）袋裝砂井的發(fā)展與應(yīng)用。袋裝砂井是事先把砂裝入長條形透水性好的編織袋里，然后用專門的機(jī)具設(shè)備，打入軟土地基內(nèi)，代替普通大直徑砂井。袋裝砂井既具有普通大直徑砂井的作用，又可保證砂井的延續(xù)性，避免縮頸的現(xiàn)象。此外，由于袋裝砂井的直徑小，材料消耗少，工程造價低，施工速度快，設(shè)備輕型，更適應(yīng)在軟弱地基上施工。

2）袋裝砂井直徑。袋裝砂井直徑是根據(jù)所承擔(dān)的排水量和施工工藝要求決定，一般采用7 cm~12 cm的直徑，我國目前多采用7 cm直徑。

3）砂袋材料的選擇。袋裝砂井的編織袋應(yīng)具有良好的透水性，袋內(nèi)材料不宜漏失，袋子材料應(yīng)具有足夠的抗拉強(qiáng)度，能承受袋內(nèi)砂的自重以及彎曲時所產(chǎn)生的拉力；要有一定的抗老化性能和耐腐蝕性；要便于加工，價格低廉。一般采用合成纖維、黃麻、塑料等材料編織物，目前我國多采用聚丙烯編織物。

4）袋裝砂井施工注意事項。①砂井定位要準(zhǔn)確，垂直度要好；②砂袋含水量一般要求小于3%；③袋中的砂宜用風(fēng)干砂，不宜用潮濕砂，以免袋內(nèi)砂干燥后，體積減小；造成袋內(nèi)砂柱縮短與排水墊層不搭接等質(zhì)量事故；④采用聚丙烯編織袋，施工時應(yīng)避免太陽光長時間爆曬；⑤在整個施工過程中，避免砂袋被掛破流砂；⑥確保袋裝砂井與排水墊層之間的連接。

2.4.2 塑料排水板

塑料排水板和袋裝砂井一樣，也是一種克服砂井存在的缺點，改善地基排水條件的方法。塑料排水板有芯板和濾膜組成，土層中的固結(jié)滲流水通過濾膜滲入到溝槽內(nèi)，又通過溝槽豎向排入地面砂墊層中排出。要求濾膜的滲透系數(shù)不低于中、粗砂，一般采用耐腐蝕的滌綸襯布。芯板要求在土壓力作用下不產(chǎn)生斷面壓縮變形，國內(nèi)外多采用聚乙烯或聚丙烯塑料加工而成兩面有間隔溝槽的板條，多孔型排水芯板，采用耐腐蝕的滌綸無紡布。

塑料排水板法是在紙板排水法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。它的特點是，單孔過水?dāng)嗝娲?，排水暢通、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，耐久性好。它與砂井的試用范圍相同。

塑料排水板的作用原理和設(shè)計方法與砂井排水法相同，設(shè)計時，把塑料板換算成相當(dāng)直徑的砂井。設(shè)塑料排水板寬度為b，厚度為δ，則換算直徑為：

式中：α為換算系數(shù)，通過實驗求得。

從現(xiàn)場試驗資料來看，施工長度在10 m左右，撓度在10%以下的排水板，α為0.6~0.9；對標(biāo)準(zhǔn)型，既b=100 mm，δ=3~4 mm，取α=0.75。換算直徑D=50 mm，相當(dāng)于直徑為50 mm的砂井。井徑比可參照袋裝砂井，采用15~30。

2.4.3 路堤荷載壓重法

路堤荷載壓重法是以路堤荷載來增加作用于地基上的總應(yīng)力，加速固結(jié)沉降，同時提高地基強(qiáng)度的方法。為保證路堤在填筑過程中不致失穩(wěn)，一般采用慢速加載法。其經(jīng)常與垂直加載法并用。

根據(jù)壓重的不同目的，通常把超過最后設(shè)計荷載的壓重叫作超載壓重；把預(yù)先加載使地基固結(jié)沉降，然后卸除荷載，再修筑構(gòu)造物的方法叫預(yù)壓法。

在壓縮性大、透水性好的泥炭地基上，最適宜采用路堤荷載壓重法。在壓縮性大、透水性差的軟土地基上，單獨采用路堤荷載壓重法需要相當(dāng)長的固結(jié)沉降時間，故對于施工期長的工程比較適用；而對于施工期短的工程，則需與垂直排水法并用，以加速固結(jié)沉降。

2.4.4 水泥土加固法

水泥土加固法實際上是將石灰或水泥等固化劑于軟土地基攪拌、混合的地基處理辦法。它是采用石灰與土或水泥與土按一定的比例均勻拌合形成灰土或水泥土，作為建筑物的基礎(chǔ)材料。現(xiàn)在多以水泥為主劑，用水泥漿或水泥粉，按用途選取適當(dāng)?shù)呐浜媳?，與土體攪拌均勻，使水泥與土起物理化學(xué)作用，形成整體的、堅硬的、水穩(wěn)性的生成物。一般稱為水泥加固土或稱水泥土。該土因滲入了水泥，對土進(jìn)行了改性，其強(qiáng)度主要受工程地質(zhì)條件及水泥摻入量兩個因素控制。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件一定時，水泥土的抗壓強(qiáng)度，基本隨水泥摻入量的增加而提高。

3 結(jié)束語

軟土地區(qū)高速公路的潛在病害是很危險的，但是只要認(rèn)真對路堤進(jìn)行穩(wěn)定分析，綜合考慮，選取合適的地基處理辦法，就能將病害的威脅降到最低。

參考文獻(xiàn)

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