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1、道路软基处治方法 道路软基处理尽可能早期进行,有充分的间隔时间使软基达到沉降稳 定后方可进行填土施工。下面介绍软基处理的四种方法:1 表层处理法表层处理法用于地表面极软弱的情况。该法是通过排水、敷设或 增添材料等办法,提高地表强度,防止地基局部剪切变形,保证施工 机械作业;同时尽可能把填土荷载均匀地分布于地基上。属于这类处 理方法的有:表层排水法,砂垫层法,敷设材料法,添加剂法等等。 1.1 表层排水法对土质较好因含水量过大而导致的软土地基,在填土之前,地表 面开挖沟槽,排除地表水,同时降低地基表层部分的含水率,以保障 施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果,应 回填透水性好
2、的砂砾或碎石。设计、施工注意事项 沟槽的布置 沟槽布置要考虑利用地形自然坡度排水;填土沉降 要注意坡度的变化;不使来自四周挖方部位的地表水、渗透水浸 入填土;沟槽的间隔要尽可能加密,以增大排水能力,即使有部 分沟槽被切断也不会妨害整体排水。 沟槽的构造 沟槽尺寸一般取宽0.5m,深0.51.0m。填土之前 在沟槽内用透水良好的砂(砂砾)回填成为盲沟。纵向盲沟一般沿道 路纵向或中央纵向开挖,横向盲沟一般间距10m15m布置。沟槽 内埋设多孔排水管时,必须用优质反滤层加以保护。1.2 砂垫层法对于地基上部软土层极薄且含水量大时,在软土地基上敷垫0.51.2 m左右厚的砂垫层。这样可达到固结软土层,
3、使砂垫层起到上部排水 层作用;同时,砂垫层又成为填土内的地下排水层,以降低填土内的 水位;在进行填土及地基处理施工时,为施工机械提供良好的通行条 件。1.2.1 设计 如采用机械施工,在确定砂垫层厚度时,应考虑机械 的重量,轮胎对地面接触压力,偏心程度及软土地基表层强度等。表1 为砂垫层标准厚度。在极软地基上,仅用砂垫层来确保大型施工机械的通行,往往需要较 厚的砂垫层,是不经济的,所以常与表层排水或敷垫材料等法并用。 填土面积大且排水距离长,预计有多处地下水渗出时,若仅用山砂作 砂垫层,不能获得充分排水效果,应采用设置盲沟,砂垫层内的排水 距离宜短不宜长。1.2.2 施工 砂垫层施工时应设放样
4、板。摊铺作业一般采用自卸汽 车与推土机联合操作。要尽量做到均匀一致。用透水性差的粉土作填 料时,其坡脚附近的砂垫层一旦被土复盖,就有可能妨碍侧向排水, 因此对砂垫层的端部要妥善处理。1.3 敷垫材料法对于地基土层不均匀,可能发生局部不均匀沉降和侧向变位,可利用 所敷垫材料的抗剪和拉抗力,来增强施工机械的通行,均匀地支承填 土荷载、减少地基局部沉降和侧向变位,以提高地基的支承能力。敷垫材料主要有化纤无纺布、土工布、玻璃纤维格栅等被广为采用。 设计、施工注意事项 应注意地基表层强度,施工机械重量,以及填土荷载大小和宽度 等,据以选用合适的敷垫材料。 施工机械通过区域,使局部地段产生较大的拉压力,应
5、作特别的 补强。 敷垫材料四周应超过填土边缘,端部卷入填土内,上面用填土压 紧。 在特别软的地基上进行第一层填土时,可使用放置干筏上的手 摇传送带撒铺,有时也用皮带抛射式撒砂机撒铺。 第一次撒布厚度应尽可能薄些,并要求用透水性好的河砂为材料。 含砾石时,要注意不使其损坏敷垫物。1.3 添加剂法 对于表层为粘性土时,在表层粘性土内渗入添加剂,改善地基的压缩 性能和强度特性,以保施工机械的行驶。同时也可达到提高填土稳定 及固结的效果。添加材料通常使用的是生石灰,熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过 现场拌和或厂拌,除了降低土壤含水量、产生团粒效果外,对被固结 的土随着时间的推移会发生化学性固结,使粘土
6、成分发生质的变化, 从而促进土体稳定。设计、施工注意事项 生石灰消解程度的判断 生石灰消解过程伴随体积膨胀,在此期 间进行碾压,不可能获得预期效果。因此在固结时要掌握发热温 度、准确判断消解结束时间。 添加材料的配比设计 添加材料的适当剂量,要根据所处理的土 质,施工方法和试验配比的结果来决定。一般有改良土、石灰土、 水泥稳定土较为常用。改良土是利用现场地基土掺石灰(一般含 灰 6 )后再次利用,其施工方便、造价低;石灰土是用黄土掺石 灰(一般含灰10%12%)后使用,其造价较改良土要高;水泥 稳定土是用黄土掺水泥(一般含水泥3%5%)后使用,其造价 较贵,在秋、冬季雨天施工时,工期短时不得已
7、采用,其优点是 不需太长的养生时间,就可使地基固化板结达到施工要求的强度。 固结与养生 用水泥或熟石灰处理,在拌和一结束即产生固结。 用生石灰处理,从拌和时的初步碾压到生石灰消解结束,要进行 二次固结,若强度足够可不必养生。但因土质或施工条件不同, 被处理过的土质强度增长也各不相同,大体上以养生一周后的强 度为所要求的固结强度。2 置换法 本法是以优质土置换软弱土,确保填土稳定和减少沉降量。施工方法 分有人工挖掘置换和借填土自重或用爆炸法将软弱土挤出的强制置 换。其施工都比较容易,多数情况下能在短时间内达到所要求的目的。 从可靠性来说人工挖掘置换较优。置换材料应采用即使受到水浸也不 致降低承载
8、力的粗粒土。但必须进行充分压实。3 加载法加载法是为了预先促进软土地基沉降,增加地基强度,以防止设置在 填土上或邻接填土的路面和构造物或者埋入填土内的构造物发生有 害沉降而导致破坏。促进地基固结沉降的方法有:在地基上增加总压 办法;减少土中的间隙水压提高有效应力法等。前者用填土荷载时, 一般为填土加载法,后者又可分通过井点,竖井等的降低地下水法和 在地表面铺砂,覆盖不透水膜使之形成真空,依靠大气压力加载来促 进固结的大气压加载法。采用填土加载法时,须注意地基的稳定状态。 而降低地下水法和大气压加载法则不必担心地基遭到破坏,但受到地 基适应性的限制且工程费用大,一般不采用。上述方法,都很少单独
9、采用。3.1 填土加载法3.1.1方法与原理 图1 a为已完成设计填土(荷载qf)时,其全 部垂直力为Po+APf=P1,由此引起的沉降量为S1。加载后经 t时间,固结度为U,又从图1b知沉降量为S1U,通过固结沉降 过程时间t以后的残余沉降量为4S1。当增加Aqs的超载时,全 部垂直应力为P0+APf+APS = P2,由此引起的沉降量为S2, 加载经过At时间的度固结为U,沉降量达到S2U。此时如把Aq s荷载卸除,对于q f(m )来说即达到了U+AU的固结度,换句 话说,原只能达到U的固结度,由于超载Aqs经At时间,增加了 AU的固结度。不过实际加载不会瞬时完成,卸荷后又会产生一定膨
10、 胀,对已经增长的固结效果有些丧失。假如加载Aqs及荷载时间选择恰当,经t时间后的残余沉降量如图1b所示,有可能从4S1减少到4S2。设计施工注意事项采用本法的主要目的是使铺装完成后路面残余沉 降量控制在允许值以内。所以它与载荷重量、放置自沉时间、固结层 厚和沉降时间曲线,及荷载设计、允许工期等有关。 本法施工以不损伤支承荷载的地基稳定为宜。对难以保证稳定或 加载重量很大时,应考虑与竖向排水井法或缓速加载法并用。 如果仅为了处理沉降,可选择超载重量,且作长期放置自沉,其 效果较好。 由于沉降-时间关系一般是难以预测的,所以在施工时应进行全面 的动态观测,随时注意防止地基的破坏,根据所获得的观测
11、资料,确 定卸载后的残余沉降量和卸荷时间。3.2 降低地下水法本法适用于上部,中间部位有砂层分布的地基,但粘性也仍然有效。本法的特点是与软土层深度无关。原理 设位于地下水位以下Z处的垂直总应力为P,有效应力为P01则PO=P + YwZ一旦使地下水位降低AZ,水压分布发生变化,地下水面以下的压实有效应力为P1则P1=P + Yw(Z4Z)YwAZ为增加的有效应力。通常可以认为,水位每降低1m,有效应力增加10kPa。如降低了的水位处,地基系由粗粒土组成,由 于排水而使土的单位体积重量减小,于是P也变小,效果也就有所降 低,见图 2。设计施工注意事项 砂层的透水系数 使用井点时,理论可抽水深度为
12、10.3m,但考虑水头损失和动力 关系,能够降低水位的最大值约5.56.0m左右。 邻近有水源(河、池、海或沟)时,需要抽水的量增多。 降低地下水位,如对抽水区以外地域及沿线有损害时,为了既隔 断对四周的影响又达到降低地下水位的效果,可在施工区间打入 钢板桩围护。 因为需在整个固结期内降低地下水位致使经历时间长,机械费用 高。4 竖向排水法 在粘性土地基中设置垂直的排水柱,以缩短排水距离,促进地基排水 固结,增加抗剪强度。由于垂直排水柱所用材料不同,分为砂井和纸 板排水两种。4.1 砂井排水法砂井排水法根据砂井的施工方法不同,可分为打入式、振动式、螺旋 钻式、水射式及袋装式等。本法很少单独使用
13、,多与加载法或缓速填 土法并用,对层厚大,均质的粘土地质最为有效;对泥炭质地基效果 稍差。粘性土层固结所需时间t与垂直方向最大排水距离D的平方成正比。 很清楚,粘土层越厚,所需固结时间就越长。4.1.1设计 如图3示,以间距d布置,直径为dw的排水砂井。设 想直径为de的圆柱状地基,如间隙水只流向砂井,其固结时 间为:t =2Thde/Ch式中:t -固结时间(d)Th-水平向固结时间因数(无因次)Ch-水平向固结系数(m2 /d)de -有效直径(m)当砂井间距离为d间(见图4);正三角形布置de=1.05d;正方形布置de=1.13dodw-砂蟛直径(m)可知de越小,排水砂井间距d就越小
14、,越能促进固结。固结度Uh与时间因数Th是以有效直径和排水砂井直径之比de/dw为参数。de与垂直向的固结排水距离D相对较小,所以 多把垂直方向排水忽略。但粘占层厚度较小时,不能忽略。粘土层总 的固结度U由下式求得。U = 1(1 Uh) (1-Uv)式中:Uh-水平向固结度;Uv-竖向固结度。地基处理范围,为了稳定,以填土坡面下为处理对象;为防止沉降, 主要以路基顶面宽度下作为处理对象。设计排水砂井时,首先假定施工方法、砂井直径、排水距离和改良范 围。然后进行稳定及沉降计算,若不能满足时,修正假定数据,再进 行计算。并注意下列几点。 是否有砂层存在。 防止扰动四周土壤,避免降低透水性或地基强
15、度。宜取尽可能宽 的排水间距。一般情况水平向固结系数Ch为竖向的固结系数c V的数倍,但是由于砂井打设方法不同,实际Ch只能达到CV 甚至小于CV的值。 砂井中的砂,在固结过程中起到排水通路的作用,因此必须长期发 挥良好的透水性能。通常采用干净优质的粗砂。4.1.2 施工程序4.1.3 铺砂。在砂井施工之前,地表面先铺一砂垫层。并设置排水沟,使 填土内不致有较高的地下水位。 打入排水砂井。其法有打入式、振动沉桩式、射水式、螺旋钻进式 及袋装式等。无论何种方式一般的沉入深度为1520m,超过这一 深度工程费用明显增大。& 打入式和振动沉桩式 这是最常用的两种方式。使用履带式起重 机时沉入深度为10m左右;使用特制的钢打桩架,沉入深度可达30 m。桩径一般采用3050 cm,间距为1.53.0m。打入式和振动沉桩式的施工程度大致相同:(1)套管底端接上管靴,放置在设计井位上;(2)用汽锺锺击或振动锤振打至设计深度;(3) 用铲斗把砂喂入套管中;(45)将喂砂口封闭,一边压入压缩空气,一边拔出套管; (6)待套管完全拔出,砂井沉入即告结束。b.射水式 该法与别的方法相比对地基扰动最小,在水源丰富,排泥处理无困难时宜采用。其施工顺序:( 1)将套管置在设计井位上;( 2)在套管内放入喷咀杆,并用喷沮射水;( 3)一旦开始射