软土地基在不同地区的几种处理方法(2)

2019-08-31 10:23

在荷载作用下(静力和动力荷载),地基产生变形。当道路沉降或水平位移,或不均匀沉降超过相应的允许值时,将会影响道路的正常使用,甚至可能引起破坏。道路沉降量较大时,不均匀沉降往往也比较大,不均匀沉降对道路的危害较大。综合变形方面的工程特性有以下几个方面:

A、变形量大

软土中的淤泥和淤泥质土,其孔隙比e大于1.0,受力后压缩量自然较大,有些软土含水量达60%以上,e大于1.5,则压缩性更高。更有泥炭类的软土含水量高达200%~500%,土体大部分由水构成,荷载一加,水从孔隙中挤出,土就向泡沫塑料一样被挤出。

B、压缩稳定所需时间长

软土的颗粒组成以粘粒为主,尽管孔隙比大,但单个孔隙却很细,水在孔隙中流动较难,因此,渗透性很低,渗透系数一般在10-7cm/s~10-8cm/s数量级。饱和土受荷后,水不能很快排出,变形也只能慢慢发展。在地基中,这一变形过程常延续数年,乃至数十年。

C、侧向变形较大

软土的侧向变形比一般土要大,而且侧向变形与竖向变形之比在相同条件下也比一般土要大,换句话说,其泊松比要比非软土大。饱和软土受荷时,初期水来不及排出,土体体积不能收缩,便从侧向向外挤出,侧向膨胀的体积与竖向沉降的体积近于相等,泊松比接近于0.5。随着水的逐步排出,土体体积收缩,竖向沉降进一步发展,而侧向可能略有收缩。这时的泊松比小于0.5,达到0.4,乃至0.3以下。从最终稳定的变形来看,软土的泊松比一般高于非软土。

2 软土路基设计要求及步骤

2.1 软土路基设计一般要求

我国地域辽阔,工程地质和水文地质条件千变万化,各地施工机械条件、技术水平、经验积累,以及建筑材料品种、价格差异很大,在选用软基处理方法时一定要因地制宜。软基处理方法很多,每种处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点,没有一种方法是万能的。对具体工程都要进行具体细致的分析,应

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从地基条件、处理要求(包括经处理后地基应达到各项指标,处理的范围,工程进度等)、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑,注意地区特点。

2.2 软土路基设计原则

软土地基上的路堤设计与施工方案,应结合当地工程地质条件、材料供应、投资环境、工期要求和环境保护等因素,按照因地制宜、就地取材、分期修建、综合处治的原则进行充分论证,使得设计成果和施工方案达到技术先进、经济上合理的目的。设计原则归纳如下:

(1)、确保工程质量、经济合理、技术先进; (2)、因地制宜,具体工程具体分析; (3)、充分发挥地方优势,利用地方资源;

(4)、引用外地或外单位方法时克服盲目性,注意地区特点。

2.3 软土路基设计一般步骤

软土地基设计步骤按以下程序进行:

首先,根据道路工程对地基的要求和天然地基条件确定是否需要处理。若天然地基不能满足要求,则需要确定进行地基处理的天然地层范围及处理要求。

在具体确定地基处理方案前,应根据天然地层的条件、地基处理方法的原理、过去应用的经验和机具设备、材料条件,进行地基处理方案的可行性研究,提出多种技术上可行的方案。

然后,对提出的多种方案进行技术、经济、进度等方面的比较分析,并重视考虑环境保护要求,确定采用一种或几种地基处理方法。这也是地基处理方案的优化过程。

最后,可由初步确定的地基处理方案,根据需要决定是否进行小型现场试验或进行补充调查,先进行施工设计,再进行地基处理施工。施工过程中要进行监测、检测,如需要还应进行反分析,根据情况可对设计进行修改、补充。

对于一具体工程,技术上可行的地基处理方案往往有几个,应通过技术、经济、进度等方面的综合分析,以及对环境的影响,进行地基处理方案优化,以得到较好的地基处理方案。

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道路对地基要求 天然地基要求 满足 天然地基是否满足要求 不满足 地基处理 天然地基 机具、材料条件 经验、教训 地基处理原则 处理方案可行性研究,提出多种可行方案 技术、经济、进度比较,并满足环保要求 地基处理设计 地基处理施工 质量检验,是否符合要求 人工地基 图2-1 地基处理设计步骤框图

2.4 软土路基处理效果鉴定与评价

软土地基处理的好坏,可采用以下三种方法进行鉴别: 1、以地基承载力为标准,或辅以触探。常用于建筑地基。

2、以计算的工后沉降为标准。常用于道路、机场跑道方面的工程中。

软土路基沉降控制指标表 表2-1

部位 桥头及无覆土的箱形通道及涵洞 有覆土的箱形通道及涵洞 一般路段 容许最大工后沉降(mm) 100 200 500 3、施工过程中沉降速率控制为标准,各地依据经验而确定自己的标准 计算的工后沉降不超过规范许可值,这仅仅是计算结果而已,其可靠性极差。

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因为软基的变异性及对软土了解深度的不足,沉降计算有很大的不确定性,计算结果只能起到比较参考作用,不可能成为设计结果的依据。因此,各地区和部门都在做“工后长期观察”,以求积累经验,供日后工程设计、施工参考。

这里要谈谈沉降速率控制法,综合各地的经验,可采用三种指标进行控制,主要包括侧向水平位移、路基中心沉降速率、孔压系数,其中侧向水平位移、路基中心沉降速率是常用的指标。

在路基实际加载过程中,填筑速率根据上述指标进行双控。当任何一个指标超过控制值时,就需要停止填筑。指标控制如下:路基中心填筑速率应控制在10mm/d以内;坡脚处的侧向位移控制在5mm/d,单级孔压系数(各级加载的孔隙水压力增量与荷载增量的比值)小于0.6,综合孔压系数小于0.4。 下一层土填筑标准:路基中心的表面沉降速率在5mm/d。由于孔隙水压力监测费用高,费用贵,该标准作为辅助手段,

修筑路面时沉降速率标准:在填土至预定高度后,在排水固结区保证6~9个月以上的预压期,复合地基处治区保证3~6个月的预压期后,推算路基的工后沉降,如小于设计容许沉降或满足连续三个月不超过4mm/月的沉降速率时可修筑路面。

3 软土地基加固处理方法及实用条件

软土地基处理的目的是利用置换、夯实、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固,以改善地基土的强度、压缩性、渗透性、动力特性等。

为了更好的理解处理后的地基与天然地基的区别,将处理后的地基称为人工地基,人工地基可分为以下两类:

一类是在地基处理过程中天然地基土体的物理力学性质得到普遍的改良,形成的人工地基类似于均质地基。这类人工地基的承载力和沉降计算方法仍可采用均质地基的计算方法,不同的是地基土层的物理力学指标得到改善。

另一类是在地基处理过程中部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,形成复合地基。例如:采用强夯置换法、石灰桩法、深层搅拌法、低强度桩等均可形成复合地基。通过该方法形成的复合地基在地基处理中占有很大的比例,而且呈发展趋势。

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3.1 软土地基加固处理方法分类

对软基处理进行严格的统一分类是很困难的。根据软基处理的加固原理,道路工程中的软基处理方法可划分为四类。下面分别作简要介绍:

(1)置换及灌入固化物法

置换是指用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土体,以形成双层地基或复合地基,达到提高地基承载力、减小沉降的目的。加固原理主要属于置换的软基处理方法有:换土垫层法、挤淤置换法、强夯置换法和膨胀土渗灰改性换土法等。采用石灰桩法加固地基具有多种效用,其中也有置换效用,故也将其包括在这一部分。

灌入固化物是指向土体中灌入或拌入水泥、石灰或其他化学固化浆,使其在地基中形成增强体,以达到地基处理的目的。加固原理主要属于灌入固化物的地基处理方法有:深层搅拌法、高压喷射注浆法、渗入性灌浆法、劈裂灌浆法、挤密灌浆法、有机大分子溶液改良法等。

从处理原理来看灌入固化物也可纳入置换法,但考虑到其特殊的化学置换效果,且使用范围较广,将其单独划分。

根据置换范围、方法和机理的区别,置换及灌入固化物法可以分为三小类: a、整体置换和局部置换。整体置换是指将地基表层一定整体平面范围、一定深度内的软土全部挖除,用品性良好的土壤或其他粒状材料来填充,即所谓的“全挖全填”。局部置换是指将地基表层局部平面范围内、一定深度的软土被挖除或被挤开,用品性良好的土壤或其他材料来填充,如:各类桩式处理法。

b、静力置换和动力置换。静力置换俗称“换填”,挖除软土,用品性良好的土壤回填并压实。动力置换是指用夯锤将铺在天然软土地基表面上品性良好的土壤或其他粒状材料夯入上层地基土中,达到置换的目的。它可以是整体式的,也可以是局部式的。

c、物理置换和化学置换。前者只增加土壤的密实度与减少含水量,软土地基土壤只发生物理指标的变化,没有化学方式的变化。化学置换是指用水泥、石灰等类材料置换部分软土或改善周围软土的化学、胶体化学特性。

(2)振密、挤密法

振密、挤密是指采用振动或挤密的方法使地基土体密实以达到提高地基承载

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