基中,抛石方向根据软土下卧地层横坡而定。横坡较平坦时,采用自地基中部渐次向两侧扩展;横坡陡于1:10时,一般自高侧向低侧抛投。最后在上面铺设反滤层。这种方法施工简单,投资较省,常用于处理流塑态的淤泥或淤泥质土地基。
抛石挤淤法适用于常年积水的洼地,排水施工困难,表土呈流动状态,厚度较薄,片石能沉达底部的泥沼或厚度小于3.0m的软土路段,尤其适用于石料丰富,运距较近的地区。采用抛石挤淤法施工的路基,需要一定的沉实稳定时间,宜修建过渡式路面。
换填的宽度、深度以及换填材料,可根据计算确定。但换填深度除考虑沉降和滑移稳定以外,还应置换到使地基承载力大于换填体荷载所需的深度——至较好的持力层。强制挤淤换填,往往不可能把软弱层完全挤出,对于换填后地基的沉降必须有所考虑。
根据目前工程实践,挤淤置换地基适用于厚度在10m以内的流动性大,基本无硬壳层的大面积流塑状淤泥地基处理。
有压载挤淤、振动挤淤、强夯挤淤、爆破挤淤、卸荷挤淤。一般采用压载挤淤,也是一般意义上的抛石挤淤法。
4.2.4 抛石挤淤处理软基工程实例
由于受沉积环境的影响,江汉平原高速公路场地普遍存在一层约5m厚的河相沉积淤泥土,其含水量大,压缩性高,强度低,在工程荷载作用下会产生很大的沉降及差异沉降,甚至失稳,故所有工程都存在治理淤泥这一软土的问题。
某标软基段全长1000多米,宽50m。道路宽度下淤泥厚4.0~7.4m,平均厚度5.5m,其物理力学性质见表4-2中数据。
某标段软土地基物理力学技术指标表 表4-2
由表4-2可看出该工程土性质极差的特软土,而高等级公路轴重较大,其设
26
计要求为承载力140kPa,工后沉降小于10cm,由于工期的限制(一年半),一般的固结排水法是难于满足设计要求的,经设计人员多方比较,最终确定采用开挖置换法,其做法是先在跑道两侧抛石挤淤强夯成拦淤堤,然后用挖土机将拦淤堤之间的淤泥挖掉,再以土石混合料回填,具体设计及施工如下:
拦淤堤由于场地均分布着高灵敏度的淤泥,必须设置拦淤堤方能开挖,根据场地附近有丰富的石料来源这一特点,采用抛填块石挤淤成堤方案较理想。首先清理掉上部填土及淤泥硬壳层,并在淤泥上面抛填块石,在其两侧用高压水流振冲让块石在自重作用下下沉,然后用重锤强夯使块石完全沉底,拦淤堤设计施工断面图见图4-1。
图4-1 拦淤堤断面示意图
挖淤本工程采用进口长臂挖土机进行施工,其挖斗容量4m ,臂长75m,可将淤泥抛至拦淤堤75m 以外,挖土机沿拦淤堤渐进开挖,两台挖土机施工近一年开挖完毕。
回填本工程采用场地附近料场的土石混合料进行回填,采取分层碾压及重锤夯击法夯实,并分层检测,密实度控制在97%以上。
该标段软基处理于1989年底开始至1990年结束,历时近一年,现已投入运转近l0年,经临测其工后沉降及差异沉降远小于设计容许值。
4.3 软土地基排水固结法处理 4.3.1 概 述
排水固结法是采取措施将土中的水排走,促使减小土体的孔隙,使其密度增加、强度提高的方法,因而是较为经济的一种软土地基的加固方法。
我国1953年首次将砂井堆载预压应用于加固船台地基,以后推广至水工建筑、工业与民用建筑行业,以及铁路路基、公路路基、港口工程和油罐地基的软
27
基处理,均获得较好的效果。
4.3.2 堆载预压排水固结法原理
排水固结法的机理是通过预压荷载,使被加固土体中的孔隙水排出,有效应力增加,土中孔隙体积减小,密实度加大,土体强度得到提高,地基承载力也得到提高。排水固结法适用于饱和软粘土(如沼泽土,淤泥及淤泥质土,水力冲填土等),有机质粘土的地基处理。
排水固结法加固软土地基是在软基表面施加等于或大于设计使用荷载,经施工期的预压后,完成大部分(如80%)或绝大部分(如90%~95%)的沉降,预压完成后卸去预压荷载。交付使用后,地基承受使用荷载再沉降,但沉降的量很小,仅为卸载时的回弹量加剩余沉降量,达到减少地基工后沉降和提高地基承载力的目的。
按太沙基一维固结理论,固结时间与排水距离的平方成正比,因而当软土层较厚时,需要插设垂直排水体以缩短排水固结的时间。
排水固结法的排水系统由水平排水砂垫层和竖向排水体构成,主要起到改变地基原有排水边界条件,缩短地基孔隙水的排水距离,加速软土地基的固结过程。当软土层较薄且靠近地表或土的渗透性较好,施工期较长时,可仅在地面铺设砂垫层而不设置竖向排水体。
预压可采用堆载预压,真空预压或真空—堆载联合预压。根据当地筑路材料来源及工程实际情况,堆载预压可以采用等载预压,欠载预压或超载预压。作为预压的荷载以路堤填料为宜。采用堆载预压时,应逐层填筑路堤并加强沉降观测,保证地基的稳定。如采用真空预压或真空——堆载联合预压,则加固区分区,抽真空管路布置及密封沟应进行专门设计。
由于工程性质不同,对在施工期消除的沉降(完成的固结度)或者说允许的工后残余沉降量要求不同,可以酌情采用预压排水固结法(又称等载预压法)或超载预压排水固结法(又称超载预压法)来加固地基。二者均属预压排水固结法范畴。
对于高等级道路,由于对工后沉降量要求较严格、工期受到限制、预压时间较短,其软基处理以沉降控制为主,主要保证工程使用期限内所发生的沉降小于允许的沉降,往往采用加大预压荷载,使超过该项工程使用时所设计的工作荷载,
28
使之在相对较短的预压期内所产生的沉降量超过设计工作荷载的规定预压期的沉降量,以加快预压期的沉降,这就是超载预压排水固结法。
4.3.3堆载预压设计计算
堆载预压法加固软基技术包括预压和排水两个不可分离或缺省的部分。排水预压法的设计就是合理地安排预压系统和排水系统,使之在地基加固施工过程中随着土体强度的增长,在保证地基稳定的条件下,逐步地增加预压荷载,加速地基的沉降,有序地完成设计规定的施工期沉降,实现排水固结、增加建筑物稳定、减少工后沉降的目标。
(一)、预压系统设计
在进行软基加固设计时,根据道路设计、使用要求计算出基底压力,根据土质条件计算出地基承载力、产生的沉降和残余沉降(工后沉降),与天然地基允许的承载力及允许沉降进行比较,如果能满足要求,可以不需要处理地基。不满足时,就需要采用排水预压法进行地基加固。
前面已指出,预压系统是排水预压法中不可少的组成部分,它是促使土颗粒间自由水排出的动力。预压系统设计内容为:
1.堆载材料选择
堆载预压所用的堆载材料对于路堤为堤身建筑材料,预压完成后就地利用或卸走。
2.预压荷载量的确定
根据使用要求的承载力及要求施工期完成(消除)的沉降量和土的性质确定,一般应等于设计的荷载。当为了缩短堆载预压时间,或为了进一步减少工后沉降量时,采用加大预压荷载的措施,使施工期完成的沉降量大于使用要求的沉降,以此作为提高预压效果保证率的一项措施,此措施即为超载预压措施。是否需要采用超载预压措施,需根据工程的性质、对工后沉降量要求的严格程度确定。
3.预压荷载分级
软基土质较软,地基承载力较低,当采用堆载预压时,为了避免地基因发生塑性变形而失稳,需要控制加载速度和进行分级加载,使其与地基土的强度增长速度相适应。每级预压荷载不应超过前级荷载作用下地基强度增加后的允许承载
29
力。在计算强度增量时,要考虑加载预压过程中由于土体剪切蠕动引起的强度衰减。
(二)、排水系统设计
排水系统是排水预压加固地基必不可少的两个组成部分之一,是保证土颗粒间自由水能够顺利排走、地基迅速固结的必要条件。排水系统包括作为水平排水的排水砂垫层和设于其间的盲沟,以及排水垫层外的排水沟。对于较厚软土层,必需采用竖向排水体来缩短排水的距离,加快排水预压的速度,保证排水预压加固地基的效果。
排水系统布置:排水系统包括竖向排水体、排水砂垫层以及设于其间的盲沟,排水垫层外的排水沟。
1、排水砂垫层
应根据软土层的土质情况、软土层的厚度、结构物的布置等确定排水系统的布置。
(1)排水垫层的材料
排水垫层材料一般为含泥量少的中粗砂、无纺土工布。在一些砂源缺乏的地方也有用粒径小于l0cm的碎石渣作为排水垫层。在淤泥地基上修筑路堤,为了防止堤身抛石和垫层的砂碎石材料陷入淤泥中,先在淤泥表面铺1~2层有纺(编织)土工布或土工隔栅,起隔离、传力均匀和加筋作用。
(2)排水垫层的面积与厚度
排水砂垫层的铺垫面积应大于建筑物的外轮廓面积,其厚度随铺设的方法而定,当采用陆抛的方法铺设时,垫层的厚度一般为50cm;当采用船抛的方法铺设时,垫层的厚度一般为l00cm以上。
2、竖向排水板 (1)材料
竖向排水体常用的有砂井、袋装砂井、塑料排水板(带)三种。
砂井,是最早采用的竖向排水体。陆上砂井直径为20~60cm,水上砂井直径为40~100cm。砂井用砂为中粗砂。由于用砂量大,施工质量不易保证,国内已很少使用。
袋装砂井,国内常用的袋装砂井直径为7cm,所采用的是洁净中粗砂,含泥量不大于3%。
30