劉峰峰

(山西路橋第六工程有限公司,山西 太原 030600)

1 軟土路基處理常用技術(shù)

1.1 換填法

換填法也稱置換法,是最常用的軟基處理方法之一,常應(yīng)用于池塘、水田等淺層軟土路基;施工便捷,無需專業(yè)特種設(shè)備。施工時(shí)將一定深度的軟弱土挖除后分層換填為砂礫土等性能良好的路基材料,再分層碾壓密實(shí)[2]。

1.2 拋石擠淤法

拋石擠淤法常應(yīng)用于池塘存在積水、軟土厚度較薄且積水不易排除的情況條件下。通過重型壓路機(jī)碾壓逐漸將淤泥擠出路基范圍,形成石料和淤泥的結(jié)合體,既改善了路基土的性質(zhì)及強(qiáng)度,又極大提高了路基整體性及穩(wěn)定性[3]。

1.3 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是利用重錘在一定高度下落后產(chǎn)生的沖擊動(dòng)能將松散路基沖擊壓實(shí)的技術(shù)[4]。施工時(shí)重錘沖擊作用下在路基上形成坑槽,將坑槽用碎石等性能良好的材料進(jìn)行回填,通過補(bǔ)夯使路基密實(shí)穩(wěn)定。

1.4 固結(jié)排水法

排水固結(jié)法是采用各種措施通過排除路基中的孔隙水達(dá)到固結(jié)效果的施工技術(shù)的統(tǒng)稱,通常包含排水和預(yù)壓兩個(gè)系統(tǒng),排水系統(tǒng)采用砂料或塑料排水板透水等材料通過在路基中設(shè)置水平及豎向排水層實(shí)現(xiàn);預(yù)壓系統(tǒng)通常采用重力加載、真空加載等方法[5]。排水固結(jié)法通過外部干預(yù)快速排除孔隙水,加速路基的固結(jié)和沉降。

1.5 加筋法

路基處理中采用的加筋法是在軟土路基中分層設(shè)置土工織物,土工織物在路基內(nèi)與土體共同形成了復(fù)合加筋體,增大了路基在荷載作用下的抗剪切變形能力,加筋法處理后路基工程特性與未處理的路基相比得到明顯改善。

1.6 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁是復(fù)合地基的一種,分為干法(噴粉)和濕法(噴漿)兩種:通過水泥(固化劑)、黏土與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)降低路基的含水量,經(jīng)碳酸化反應(yīng)后形成具有一定強(qiáng)度的樁柱,同時(shí)水泥攪拌樁對(duì)原狀路基進(jìn)行了擠密,改善了土體的承載力,同時(shí)具有換填法和擠密法的處理效果[6]。

除水泥攪拌樁外,公路工程中常采用的復(fù)合地基還有CFG樁、高壓旋噴樁、管樁等。

1.7 常用路基處理技術(shù)的適用情況

常用路基處理技術(shù)的適用情況如表1所示。

表1 常用路基處理技術(shù)的適用情況

2 工程概況

晉侯高速公路,整體式路基寬度27.0 m,其中,土路肩2×0.75 m,右側(cè)硬路肩2×3.0 m,包含2×0.5 m路緣帶,行車道2×2×3.75 m,左側(cè)路緣帶2×0.75 m,中央分隔帶寬度3.0 m,設(shè)計(jì)線為路基中心線,設(shè)計(jì)標(biāo)高為中央分隔帶邊緣處路面標(biāo)高。

項(xiàng)目區(qū)域年平均溫度為21～22 ℃,雨量充沛,年平均雨量達(dá)到1 688.3 mm,區(qū)域內(nèi)水系較發(fā)育,池塘分布較為廣泛。各層地基土工程體征如表2所示。

表2 各層地基土工程體征

3 地質(zhì)情況分析

本項(xiàng)目特殊地質(zhì)路基主要為軟弱土地基。

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)大面積分布有軟弱土層流塑狀淤泥、淤泥質(zhì)土。軟弱土以軟塑狀或流塑狀黃褐色、灰黃色粉質(zhì)黏土及粉土為主,具有大孔隙比、高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度、土質(zhì)不均勻特點(diǎn),工程擾動(dòng)后承載力易急劇降低,不利于路基穩(wěn)定,該層軟土承載力特征值為80 kPa,屬于工程建設(shè)地基土不穩(wěn)定軟土層。未固結(jié)填土及高觸變、高壓縮性流塑狀的淤泥質(zhì)土,容易引起地基過大沉降和不均勻沉降,該土層在振動(dòng)荷載或地震作用下可能會(huì)產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。在較低剪應(yīng)力作用下可能產(chǎn)生剪切變形而破壞地基穩(wěn)定性。不均勻土質(zhì)易使地基產(chǎn)生不均勻沉降等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

根據(jù)本次勘察結(jié)果及其它有關(guān)規(guī)程規(guī)范,通過土工試驗(yàn)取得本項(xiàng)目中軟土路基各地層的工程特性指標(biāo)如表3所示。

表3 各地層的工程特性指標(biāo)

4 軟土路基處理控制標(biāo)準(zhǔn)

4.1 沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

路基主固結(jié)沉降采用分層總和法計(jì)算,總沉降采用沉降系數(shù)與主固結(jié)沉降計(jì)算。高速公路地基容許工后沉降量應(yīng)滿足要求,如表4所示。

表4 橋涵及一般路段容許工后沉降單位:cm

4.2 穩(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)

施工期穩(wěn)定驗(yàn)算,穩(wěn)定安全系數(shù)采用固結(jié)應(yīng)力法(直接快剪指標(biāo))計(jì)算,其穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于1.10;采用改進(jìn)總強(qiáng)度法(靜力觸探、十字板指標(biāo))計(jì)算,其穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于1.20;營(yíng)運(yùn)期長(zhǎng)期穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.25。

5 軟土路基處理方案

針對(duì)本項(xiàng)目存在的不良地質(zhì)情況,對(duì)各種處理技術(shù)進(jìn)行方案比選,經(jīng)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益分析最終確定采用水泥攪拌樁(噴漿)工藝進(jìn)行處理,以保證路基滿足沉降、穩(wěn)定性及承載力滿足要求,具體處理方案如下。

結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn),水泥攪拌樁布置范圍為:橫向?qū)β坊珨嗝孢M(jìn)行處理并擴(kuò)展至坡腳外2 m,水泥攪拌樁按正三角布置,樁間距為1.0 m(橋頭段、擋墻基地)、1.3 m(涵洞基礎(chǔ)、擋墻基礎(chǔ))、1.5 m(一般路段),樁徑為50 cm。

水泥攪拌樁所用水泥為42.5R級(jí)及以上的普通硅酸鹽水泥,水灰比為0.45～0.55,水泥摻和量為15%～20%,按各處理段落適當(dāng)調(diào)整。樁頂面設(shè)置50 cm厚碎石墊層,墊層應(yīng)分層鋪設(shè),第一層墊層厚度為25 cm,第二層厚度為25 cm,碎石采用級(jí)配碎石,最大粒徑應(yīng)小于40 mm,級(jí)配如表5所示。

表5 級(jí)配碎石墊層級(jí)配組成表

樁頂鋪設(shè)一層反濾土工布,采用SNG-PP-300-3型聚丙烯針刺非織造土工布,單位面積質(zhì)量為300 g/m2,厚度2.4 mm,幅寬3.5 m?？v橫向斷裂強(qiáng)度不小于9.5 kN/m,縱橫向斷裂伸長(zhǎng)率不超過50%,垂直滲透系數(shù)不小于5×10-2cm/s,縱橫向撕破強(qiáng)度0.25 kN,CBR頂破強(qiáng)度不小于1.5 kN。

6 施工技術(shù)要點(diǎn)

6.1 試樁

為確保樁體強(qiáng)度達(dá)到預(yù)定效果,施工前應(yīng)進(jìn)行成樁工藝和成樁強(qiáng)度試驗(yàn),每個(gè)處理路段工藝性成樁試驗(yàn)的根數(shù)為5根。試驗(yàn)的要求按照《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。

施工時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合宜的施工機(jī)械,以保證樁體質(zhì)量。水泥攪拌樁施工中采用少量多次噴漿的方法,采用“四噴四攪”的方法施工,施工中應(yīng)嚴(yán)格控制噴漿量及攪拌下沉速度,保證樁體質(zhì)量。鉆機(jī)下沉、提升速度宜控制在0.4～0.8 m/min。成樁28 d后,應(yīng)隨機(jī)抽取樁數(shù)的1%～2%進(jìn)行鉆樁取芯,取芯位置宜在2/5處,進(jìn)行室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。水泥攪拌樁強(qiáng)度指標(biāo)如表6所示。

表6 水泥攪拌樁強(qiáng)度指標(biāo)

6.2 質(zhì)量控制

(1)按設(shè)計(jì)高程對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行整平,為機(jī)械施工提供工作面。按照平面孔位布置進(jìn)行放樣,對(duì)各個(gè)空位中心做好標(biāo)記。

(2)施工前應(yīng)根據(jù)土質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗(yàn),確定最佳配合比。備好的漿液應(yīng)保證不離析,存儲(chǔ)時(shí)間不得超過2 h。

(3)鉆孔時(shí)由道路中線向兩側(cè)路肩按照隔樁跳孔方式間隔鉆孔。鉆機(jī)就位,待冷卻水正常循環(huán)后方可啟動(dòng)攪拌鉆機(jī),鉆孔速率根據(jù)地層土情況通過電機(jī)進(jìn)行控制,攪拌機(jī)下沉過程中采用灰漿泵噴入水泥漿,一邊噴漿一邊旋轉(zhuǎn)下沉,鉆孔過程中利用空壓機(jī)噴出壓縮空氣,直至鉆孔至設(shè)計(jì)深度。達(dá)到設(shè)計(jì)深度后控制攪拌機(jī)反向旋轉(zhuǎn),一邊反向旋轉(zhuǎn)一邊緩慢提升。項(xiàng)目鉆孔技術(shù)參數(shù)如表7所示。

表7 本項(xiàng)目鉆孔技術(shù)參數(shù)

7 沉降監(jiān)測(cè)

軟土路基在外荷載作用下變形包括瞬時(shí)沉降、次固結(jié)沉降以及固結(jié)沉降。為評(píng)定路基處理方案是否取得了良好的效果,確保路基工后沉降處于容許范圍內(nèi),施工過程中必須按規(guī)范要求進(jìn)行嚴(yán)格的沉降監(jiān)測(cè)。

本項(xiàng)目施工時(shí)按照每200 m間距設(shè)置一處監(jiān)測(cè)斷面的原則設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)斷面,每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上分別在道路中線、兩側(cè)土路肩位置設(shè)置一處監(jiān)測(cè)點(diǎn)。沉降點(diǎn)采用50 cm寬正方形鋼板及Φ20 mm的測(cè)桿制作而成,桿焊接在鋼板中心位置。為保證變形監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確,確保監(jiān)測(cè)工作不受外界因素干擾,沉降板應(yīng)埋設(shè)穩(wěn)定,隨著路基填筑高度的增加逐段接長(zhǎng)測(cè)桿。以斷面K5+600為例,路基沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖1,各典型斷面沉降量及沉降速率如表8所示。

圖1 路基沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

表8 各典型斷面沉降量及沉降速率

由表8可知,隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng),路基累計(jì)沉降量變化趨于平緩,表明路基沉降速率逐漸減小;斷面K5+600路基中間累計(jì)沉降量最大為205 mm,且隨著填土高度的增大,沉降量及沉降速率也逐漸變大。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,經(jīng)水泥攪拌樁對(duì)軟土路基進(jìn)行處理后,路基穩(wěn)定性良好,路基沉降速率逐漸變緩,表明該處理措施取得了良好的工程效果。

8 結(jié) 語

綜上,主要研究了公路軟土路基處理技術(shù),通過對(duì)軟土地基處理措施的適用性進(jìn)行分析,結(jié)合晉侯高速公路軟土路基處理工程實(shí)例,采用水泥攪拌樁(噴漿)工藝處理,并進(jìn)行了路基沉降監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:通過采用該處理措施,隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng),路基沉降變化趨于穩(wěn)定,以斷面K5+600為例,其路基中間累計(jì)沉降量最大為205 mm。上述監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:水泥攪拌樁(噴漿)技術(shù)可以改善軟土路基的沉降,有助于路基的穩(wěn)定性。