2014年一建公路工程教材考點(diǎn)講解1B411021軟土地區(qū)路基施工

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　　1B411020 特殊路基施工技術(shù)

　　1B411021 軟土地區(qū)路基施工

　　一、 土地基的工程特性

　　淤泥、淤泥質(zhì)土及天然強(qiáng)度低、壓縮性高、透水性小的一般粘土統(tǒng)稱為軟土。大部分軟土的天然含水量在30%～70%之間，孔隙比1.0～1.9，滲透系數(shù)為10-8～10-7 cm/s，壓縮性系數(shù)為0.005～0.02，抗剪強(qiáng)度低(快剪粘聚力在lOkPa左右，快剪內(nèi)摩擦角00～50)，具有觸變性和顯著的流變性。對于高速公路，標(biāo)準(zhǔn)貫擊次數(shù)小于4，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度小于50kPa且含水量大于50%的粘土或標(biāo)準(zhǔn)貫擊次數(shù)小于4且含水量大于30%的砂性土統(tǒng)稱為軟土。修建在軟土地區(qū)的路基，主要是路堤填筑荷載引起軟基滑動(dòng)破壞的穩(wěn)定問題和量大且時(shí)間長的沉降問題。

　　二、 土地基處理施工技術(shù)

　　軟土地基處理施工具體方法有幾十種，常常多種方法綜合應(yīng)用。按加固性質(zhì)，主要有以下幾類：

　　(一)表層處理法

　　1.砂墊層

　　在軟土層頂面鋪砂墊層，主要起淺層水平排水作用，使軟土在路堤自重的壓力作用下，加速沉降發(fā)展，縮短固結(jié)時(shí)間。但對基底應(yīng)力分布和沉降量的大小無顯著影響。

　　砂墊層用于路堤高度小于2倍極限高度(在天然軟土地基上，基底不作特殊加固處理而用快速施工方法修筑路堤的填筑最大高度)軟土層及其硬殼較薄，或軟土表面滲透性很低的硬殼等情況。亦可用于軟土層稍厚但具有雙面排水條件的地基。有排水砂墊層、換土砂墊層、砂墊層和土工布混合使用等形式。

　　砂墊層施工簡便，不需特殊機(jī)具設(shè)備，占地較少。但需放慢填筑速度，嚴(yán)格控制加荷速率，使地基有充分時(shí)間進(jìn)行排水固結(jié)。因此，適用于施工期限不緊迫、砂料來源充足、運(yùn)距不遠(yuǎn)的施工環(huán)境。

　　2.反壓護(hù)道

　　在路堤兩側(cè)填筑一定寬度和高度的護(hù)道，以改善路堤荷載方式來增加抗滑力，使路堤下的軟基向兩側(cè)隆起的趨勢得到平衡，從而保證路堤的穩(wěn)定性。

　　反壓護(hù)道用于路堤高度不大于1.5～2倍的極限高度，非耕作區(qū)和取土不太困難的地區(qū)。

　　采用反壓護(hù)道加固地基，不需特殊的機(jī)具設(shè)備和材料，施工簡易方便，但占地多，土用量大，后期沉降大，以后的養(yǎng)護(hù)工作量也大。

　　反壓護(hù)道應(yīng)與路堤本身同時(shí)填筑，如分開填筑時(shí)，必須在路堤達(dá)到臨界高度前筑好。它的施工工藝要求與路堤填筑要求基本相同。

　　3.土工聚合物處治

　　(1)土工布

　　土工布鋪設(shè)于路堤底部，在路基自重作用下受拉產(chǎn)生抗滑力矩，提高路基穩(wěn)定性。土工布在軟土地基加固中的作用包括排水、隔離、應(yīng)力分散和加筋補(bǔ)強(qiáng)。

　　土工布連接一般采用搭接法或縫接法?？p接法有一般縫法、丁縫法和蝶形法。

　　土工布一般分一層或多層鋪設(shè)。當(dāng)鋪設(shè)兩層以上時(shí)，層與層之間要夾lO～20cm的砂或砂礫墊層，以提高基底透水性。土工布的鋪設(shè)需滿足錨固搭接長度要求，注意保持土工布的平整和張拉程度，注意端頭的位置和錨固，以保證土工聚合物的整體性。土工布存放以及鋪設(shè)過程中，應(yīng)盡量避免長時(shí)間暴曬，存放過程中避免與污物接觸，以防土工布被污染而失去透水性條件。

　　(2)土工格柵

　　土工格柵加固土的機(jī)理在于格柵與土的相互作用。一般可歸納為格柵表面與土的摩擦作用、格柵孔眼對土的鎖定作用和格柵肋的被動(dòng)抗阻作用。三種作用均能充分約束土的顆粒側(cè)向位移，從而大大地增加了土體的自身穩(wěn)定性，對土的加固效果，明顯高于其他土工織物，可迅速提高地基承載力，加快施工進(jìn)度，控制軟基地段沉降量發(fā)展，縮短工期，使公路及早投入使用。

　　(二)換填法

　　換填法一般適用于地表下0.5～3. Om之間的軟土處治。

　　1.開挖換填法

　　將軟弱地基層全部挖除或部分挖除，用透水性較好的材料(如砂礫、碎石、鋼渣等)進(jìn)行回填。該方法簡單易行，也便于掌握。對于軟基較淺(1～2m)的泥沼地特別有效。但對于深層軟基處理，要求沉降控制較嚴(yán)的路基、橋涵構(gòu)造物、引道等，應(yīng)考慮采用其他方法。

　　(1)開挖方式

　　基底開挖深度在2m以內(nèi)可用推土機(jī)、挖掘機(jī)或人工直接清除至路基范圍以外堆放或運(yùn)至取土坑還填;深度超過2m時(shí)，要由端部向中央分層挖除，并修筑臨時(shí)運(yùn)輸便道，由汽車運(yùn)載出坑。

　　軟土在路基坡腳范圍以內(nèi)全部清除。邊部挖成臺(tái)階狀再回填;路基穿過沼澤地只需要

　　清除路基坡角(含護(hù)坡道)范圍以內(nèi)的軟土。護(hù)坡道以外，對于小滑塌的軟土，可挖成1：1～1：2的坡度，對于泥沼地區(qū)的淤泥質(zhì)高壓縮性軟土可將護(hù)坡道加寬加高至與沼澤地相平或高出。

　　(2)填筑及壓實(shí)

　　軟基在開挖時(shí)要注意解決滲水或雨水兩個(gè)問題，可采用邊挖邊填，也可全部或局部清除后進(jìn)行全部或局部回填，盡可能換填滲水性材料，并注意及時(shí)抽水。

　　換填料應(yīng)選用水穩(wěn)性或透水性好的材料。碎石土及粉煤灰等工業(yè)廢渣常作為換填材

　　料，如果當(dāng)?shù)貤l件許可，可用這些填料回填至原地面或沼澤面?；靥顟?yīng)分層填筑、壓實(shí)。壓實(shí)時(shí)，由于非土方填料分層厚度不宜小，為達(dá)到較好的壓實(shí)效果，常采用振動(dòng)壓路機(jī)和重型靜力壓路機(jī)(三輪壓路機(jī)12～15t)o

　　如果路基與兩側(cè)沼澤完全隔離，就可按照一般路堤填筑方式進(jìn)行填筑，分層碾壓時(shí)控制好含水量、碾壓遍數(shù)、碾壓方式及路堤邊坡、護(hù)坡道的密實(shí)程度，要做好泥沼與路堤之間的邊溝排水，保證路堤不受水毀，不受凍害。

　　路堤與兩側(cè)沼澤不能完全隔離，在清除路基底部軟土后，如滲透性良好的土源缺乏，可在路堤底面用砂石料設(shè)置透水性路堤。

　　路堤兩側(cè)設(shè)立全鋪式(塊石、片石漿砌護(hù)坡)護(hù)坡或護(hù)面墻(擋土墻式護(hù)坡)時(shí)，砌石應(yīng)用當(dāng)?shù)夭灰罪L(fēng)化開山片石，用M5等級砂漿砌筑，墻基應(yīng)埋人非軟基土中0.50～1.20m左右，砌筑護(hù)坡時(shí)應(yīng)夯實(shí)坡面，擋墻墻后應(yīng)填筑開山石塊并夯實(shí)。護(hù)面墻應(yīng)在路堤壓實(shí)穩(wěn)定后再開挖砌筑。

　　2.拋石擠淤法

　　在路基底部拋投一定數(shù)量片石，將淤泥擠出基底范圍，以提高地基的強(qiáng)度。這種方法施工簡單、迅速、方便，適用于常年積水的洼地，排水困難，泥炭呈流動(dòng)狀態(tài)，厚度較薄，表層無硬殼，片石能沉達(dá)底部的泥沼或厚度為3～4m的軟土;在特別軟弱的地面上施工由于機(jī)械無法進(jìn)入，或是表面存在大量積水無法排除時(shí);石料豐富、運(yùn)距較短的情況。

　　拋投片石的大小，隨泥炭或軟土的稠度而定。拋投順序，應(yīng)先從路堤中部開始，中部向前突進(jìn)后再漸次向兩側(cè)擴(kuò)展，以使淤泥向兩旁擠出。當(dāng)軟土或泥沼底面有較大的橫坡時(shí)，拋石應(yīng)從高的一側(cè)向低的一側(cè)擴(kuò)展，并在低的一側(cè)多拋填一些。

　　片石露出水面后，宜用重型壓路機(jī)反復(fù)碾壓，然后在其上面鋪反濾層，再行填土。

　　3.爆破排淤法

　　將炸藥放在軟土或泥沼中爆炸，利用爆炸時(shí)的張力作用，把淤泥或泥沼揚(yáng)棄，然后回填強(qiáng)度較高的滲水性土壤，如砂礫、碎石等。爆破排淤較一般方法換填深度大、工效較高，軟土、泥沼均可采用。

　　爆破排淤法用于當(dāng)淤泥(泥炭)層較厚，稠度大，路堤較高和施工期緊迫時(shí);路段內(nèi)沒有橋涵等構(gòu)造物，路基承載力均衡一致，因整體沉降對道路不會(huì)產(chǎn)生破壞，也可考慮換填。但對橋涵構(gòu)造物及兩側(cè)引道等，應(yīng)考慮采用其他方法。

　　爆破排淤分為兩種，一種方法是先在原地面上填筑低于極限高度的路堤，再在基底下爆破，適用于稠度較大的軟土或泥沼。另一種方法是先爆后填，適用于稠度較小，回淤較慢的軟土。

　　(三)重壓法

　　1.堆載預(yù)壓法

　　在軟基上修筑路堤，通過填土堆載預(yù)壓，使地基土壓密、沉降、固結(jié)，從而提高地基強(qiáng)度，減少路堤建成后的沉降量。進(jìn)行預(yù)壓的荷載超過設(shè)計(jì)的道路工程荷載，稱為超載預(yù)壓;預(yù)壓荷載等于道路工程荷載，稱為等載預(yù)壓。

　　堆載預(yù)壓法對各類軟弱地基均有效;使用材料、機(jī)具簡單，施工操作方便。但堆載預(yù)壓需要一定的時(shí)間，適合工期要求不緊的項(xiàng)目。

　　2.其他重壓法

　　(1)真空預(yù)壓法：利用大氣壓強(qiáng)0.098MPa等效堆載預(yù)壓法對軟基進(jìn)行加固。即依靠真空抽氣設(shè)備，使密封的軟弱地基產(chǎn)生真空負(fù)壓力，使土顆粒間的自由水、空氣沿著縱向排水通道，上升到軟基上部砂墊層內(nèi)，由砂墊層過濾再排到軟基密封膜以外，從而使土體固結(jié)。該法適用于含水量高、孔隙比大、強(qiáng)度低、滲透系數(shù)和固結(jié)系數(shù)均較小的粘土。

　　(2)真空預(yù)壓加堆載預(yù)壓法：是堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓兩種方法的結(jié)合，原理與真空預(yù)壓相同，但加載更大，預(yù)壓時(shí)間縮短了一半。

　　(四)垂直排水固結(jié)法

　　利用砂井、袋裝砂井、塑料排水板增加土層豎向排水途徑，縮短排水距離、加速地基固結(jié)。

　　1.砂井

　　用振動(dòng)打樁機(jī)、柴油打樁機(jī)(沖擊式和振動(dòng)式)以及下端裝有活瓣鋼樁靴的樁管將砂(含泥量不大于3%)或砂和角礫混合料(含泥量不大于5%)灌人形成砂井。在施工時(shí)考慮避免“縮頸”和減少對土的擾動(dòng)。

　　(1)套管法：將帶有活瓣管尖或套有混凝土端靴的套管沉到預(yù)定深度，然后在管內(nèi)灌砂后，拔出套管，形成砂井。根據(jù)沉管工藝的不同，又分為靜壓沉管法、振動(dòng)沉管法等。

　　(2)水沖成孔法：通過專用噴頭，在水壓力作用下沖孔，成孔后清孔，再向孔內(nèi)灌砂形成。適用于土質(zhì)較好且均勻的砂性土。

　　(3)螺旋鉆成孔法：以動(dòng)力螺旋鉆鉆孔，提鉆后灌砂成砂柱。適用于陸上工程，砂井長度lOm以內(nèi)，且土質(zhì)較好，不會(huì)出現(xiàn)縮頸、塌孔現(xiàn)象的軟弱地基。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單機(jī)動(dòng)，成孔規(guī)則。缺點(diǎn)是灌砂質(zhì)量較難掌握，不太適用于很軟弱的地基。

　　2.袋裝砂井

　　主要用導(dǎo)管式振動(dòng)打樁機(jī)(在行進(jìn)方式上普遍采用的有軌道門架式、履帶臂架式、吊機(jī)導(dǎo)架式等)，選用聚丙烯或其他適用的編織料制成的袋，采用滲水率較高的中、粗砂(大于0.5mm的砂的含量宜占總重的50%以下，含泥量不應(yīng)大于3%，滲透系數(shù)不應(yīng)小于5×lO-3cm/s)制成砂袋。袋裝砂井按整平原地面→攤鋪下層砂墊層→機(jī)具定位→打人套管→沉人砂袋→拔出套管→機(jī)具移位→埋砂袋頭→攤鋪上層砂墊層的施工工藝流程進(jìn)行。

　　3.塑料排水板

　　用插板機(jī)或與袋裝砂井打設(shè)機(jī)共用(將圓形套管換成矩形套管)打設(shè)。按整平原地面→攤鋪下層砂墊層→機(jī)具就位→塑料排水板穿靴→插入套管→拔出套管→割斷塑料排水板→機(jī)具移位→攤鋪上層砂墊層的施工工藝程序進(jìn)行。振動(dòng)打設(shè)工藝、錘擊振力大小，根據(jù)每次打設(shè)根數(shù)、導(dǎo)管斷面大小、人土長度和地基均勻程度確定。

　　(五)其他軟基處理施工技術(shù)

　　1.旋噴樁

　　根據(jù)固化劑噴人的形態(tài)(漿液或粉體)，采用不同的施工機(jī)械組合。用水泥、生石灰、粉煤灰等作為加固料。其中粉噴樁的施工要點(diǎn)如下：

　　(1)施工準(zhǔn)備。

　　(2)施工機(jī)具和材料。

　　施工主要機(jī)具包括：噴粉樁機(jī)及配套貯灰罐及噴粉系統(tǒng)、空氣壓縮機(jī)、75kW以上的發(fā)電機(jī)等，噴粉樁機(jī)由液壓步履式底架和導(dǎo)向加減壓機(jī)構(gòu)、鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、鉆具、液壓系統(tǒng)、噴粉系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分組成。

　　(3)施工工藝流程及質(zhì)量檢測操作步驟如圖1B411021所示。

　　(4)施工中注意事項(xiàng)

　　? 蓊灰泵的輸灰量、粉灰經(jīng)輸灰管到達(dá)攪拌機(jī)噴灰口的時(shí)間以及預(yù)攪下沉速度、噴粉攪拌提升速度、重復(fù)攪拌下沉、重復(fù)攪拌提升速度等施工參數(shù)，應(yīng)在施工前做好標(biāo)定，施工工藝應(yīng)經(jīng)工藝試樁后確定。

　　?施工所用的固化材料通過室內(nèi)試驗(yàn)滿足要求后方能使用。施工時(shí)泵送必須連續(xù)，固化材料的用量以及泵送固化材料的時(shí)間應(yīng)有專人記錄。固化材料用量的誤差不得大于±1%。

　　?為保證攪拌樁的垂直度，應(yīng)注意起吊設(shè)備的地面平整度和導(dǎo)向架對地面的垂直度，

　　垂直度誤差不超過1.5。

　　?噴粉樁機(jī)必須配置粉料計(jì)量裝置，嚴(yán)禁無計(jì)量裝置的噴粉樁機(jī)投入使用，并記錄水泥的瞬時(shí)噴人量和累計(jì)噴人量。儲(chǔ)灰罐容量應(yīng)不小于一根樁的用灰量加50kg，當(dāng)上述重量不足時(shí)，不得開始下一根樁的施工，鉆頭直徑磨損量不得大于lcm。

　　?預(yù)攪時(shí)應(yīng)將軟土完全切碎，以利于同固化材料均勻攪拌，保證施工質(zhì)量。

　　?施工中，發(fā)現(xiàn)噴粉量不足時(shí)應(yīng)整樁復(fù)打，復(fù)打的噴粉量仍應(yīng)不小于設(shè)計(jì)用量。遇有故障而停止噴粉時(shí)，第二次噴粉接樁時(shí)，其噴粉重疊長度不得小于lm。

　　2.粒料樁

　　主要用振沖器、吊機(jī)或施工專用平車和水泵，將砂、碎石、砂礫、廢渣等粒料(粒徑宜為20～50mm，含泥量不應(yīng)大于10%)加入振密。按整平地面→振沖器就位對中→成孔→清孔→加料振密→關(guān)機(jī)停水→振沖器移位的施工工藝程序進(jìn)行。

　　選擇振沖器型號(hào)應(yīng)與樁徑、樁長及加固工程離周圍建筑物距離相適應(yīng)。應(yīng)配備適用的供水設(shè)備，出口水壓應(yīng)為400～600kPa，流量20～30m2/h.起重機(jī)械起吊能力應(yīng)大于100～200kN?，F(xiàn)以振沖碎石樁為例：

　　(1)振沖器對準(zhǔn)樁位，打開水源和電源，檢查水壓、電壓和振沖器的空載電流是否正常。

　　(2)啟動(dòng)吊機(jī)，使振沖器以l～2m/min的速度在土層中徐徐下沉，當(dāng)振沖器到達(dá)設(shè)計(jì)加固深度以上30～50cm時(shí)可把振沖器往上提至孔口，提升速度可增至5～6m/min，以清除孔壁泥塊，防止“縮頸”。

　　(3)重復(fù)上述步驟(1)～(2)。然后將振沖器停留在設(shè)計(jì)加固深度以上30～50cm處，

　　借循環(huán)水使孔內(nèi)泥漿變稀，即清孔。清孔l～2min以后將振沖器提出孔口，準(zhǔn)備加填料。

　　(4)填料：往孔內(nèi)倒人填料，將振沖器下放至填料中，進(jìn)行振實(shí)，振沖器一方面將填料振密，另一方面使填料擠入孔壁的土中，從而使樁徑擴(kuò)大。隨著填料的不斷擠入，孔壁上的約束力逐漸增大，當(dāng)約束力與振沖器產(chǎn)生的振力相等，樁徑不再擴(kuò)大時(shí)，繼續(xù)振密，振沖器電機(jī)的電流值迅速增大，當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)，認(rèn)為該深度的樁體已經(jīng)振密。如果電流達(dá)不到規(guī)定值，則需提出振沖器繼續(xù)往孔內(nèi)倒一批填料，然后再下降振沖器繼續(xù)進(jìn)行振密。如此重復(fù)操作，直至該深度的電流達(dá)到規(guī)定值為止。

　　(5)成樁：重復(fù)上一步驟，自下而上制作樁體，直至孔口。

　　(6)表層清理：加固區(qū)碎石樁全部完成后，應(yīng)進(jìn)行表層清理。將樁頂部約lm范圍內(nèi)的樁體挖去，或者用振動(dòng)碾使之壓實(shí)，若采用挖除的辦法，對施工前的地面高程和樁頂高程要事先測量放樣。

　　3.生石灰樁

　　主要用振沖器、吊機(jī)或施工專用步履式、門架式振動(dòng)沉樁設(shè)備。配備適用的空壓機(jī)，起重機(jī)械起吊能力應(yīng)大于100～200kN。使用材料為生石灰(顆粒直徑不超過30mm要求填充材料要密實(shí))。按整平地面→振沖器就位對中→成孔→空氣壓縮機(jī)注入生石灰→邊振動(dòng)邊拔出套管→振沖器移位→封緊生石灰樁孔的施工工藝程序進(jìn)行。

　　選擇振沖器型號(hào)應(yīng)與樁徑、樁長及加固工程離周圍建筑物距離相適應(yīng)。

　　【案例1111411021】

　　1.背景

　　某高速公路M合同段，路面采用瀝青混凝土，路線長19.2km。該路地處平原地區(qū)，路基橫斷面以填方3～6m高的路堤為主，借方量大，借方的含石量40%～600A。地表層以粘土為主，其中K7+200～K9+800段，地表層土厚7～8m，土的天然含水量為40%～52%，地表無常年積水，孔隙比為1.2-~1.32，屬典型的軟土地基。結(jié)合實(shí)際情況，經(jīng)過設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工三方論證，決定采用砂井進(jìn)行軟基處理，其施工工藝包括加料壓密、樁管沉人、機(jī)具定位、拔管、整平原地面等。完工后，經(jīng)實(shí)踐證明效果良好。

　　2.問題

　　(1)本項(xiàng)目若采用拋石擠淤的方法處理軟基，是否合理?請說明理由。

　　(2)根據(jù)背景資料所述，按施工的先后順序列出砂井的施工工藝。

　　3.分析與答案

　　(1)不合理。原因有：軟基深度較深、面積大(工程經(jīng)濟(jì)性較差)。地表無常年積水、土質(zhì)呈軟塑～可塑狀態(tài)(施工速度慢)。

　　(2)砂井施工工藝的先后順序?yàn)椋赫皆孛?rarr;機(jī)具定位→樁管沉人→加料壓實(shí)→拔管。