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1、任务四-特殊土地区的路基施工第五章第五章特殊土地区的路基施工特殊土地区的路基施工*特殊土的概念及各种特殊土的特性特殊土的概念及各种特殊土的特性一、软土和泥沼地区一、软土和泥沼地区二、膨胀土地区二、膨胀土地区三、盐渍土地区三、盐渍土地区四、多年冻土地区四、多年冻土地区*特殊土的概念及各种特殊土的特性特殊土的概念及各种特殊土的特性特殊土的概念：特殊土的概念：所谓特殊土是指具有特殊成分、结构、状态所谓特殊土是指具有特殊成分、结构、状态,形形成特殊工程性质的土类。成特殊工程性质的土类。各种特殊土的特性各种特殊土的特性:软土软土抗剪强度低、压缩性高抗剪强度低、压缩性高;膨胀土膨胀土可干缩湿胀可干缩湿胀,
2、强度因湿胀而下降强度因湿胀而下降;盐渍土盐渍土含盐量越多含盐量越多,溶蚀作用强溶蚀作用强;冻土冻土冻胀融沉。冻胀融沉。由于特殊土的不良工程性质由于特殊土的不良工程性质,故对该类土质的路基需作故对该类土质的路基需作个别设计个别设计,同样同样,特殊土地区的路基施工与一般地区的路基特殊土地区的路基施工与一般地区的路基,又有不同之处。又有不同之处。第一节、软土和泥沼地区第一节、软土和泥沼地区一、软土和泥沼一、软土和泥沼习惯上习惯上,常以软黏土沉积为主的地区称为软常以软黏土沉积为主的地区称为软土地区土地区;而以泥炭沉积为主的软弱地基称为而以泥炭沉积为主的软弱地基称为泥沼地区。泥沼地区。软土是指以近代水下
3、沉积的饱和软黏土。软土是指以近代水下沉积的饱和软黏土。泥沼一般指湖盆地或河滩衰亡后的遗迹。泥沼一般指湖盆地或河滩衰亡后的遗迹。软土与泥沼虽成因、结构和形态不同软土与泥沼虽成因、结构和形态不同,但它但它们都具有压缩性高、强度低的共同特点。们都具有压缩性高、强度低的共同特点。二、软土地基上路堤的加固二、软土地基上路堤的加固软土地基的主要特征：软土地基的主要特征：孔隙比大、抗剪强度低、含水量高。孔隙比大、抗剪强度低、含水量高。在软土地基上修筑路堤有两大特点在软土地基上修筑路堤有两大特点:(1)易于形成基底两侧凸起或路堤坡脚向外凸起易于形成基底两侧凸起或路堤坡脚向外凸起而引起的坍滑而引起的坍滑,经验证
4、明坍滑往往成圆弧形经验证明坍滑往往成圆弧形;(2)较大的沉降较大的沉降,对路基工程来说对路基工程来说,大部分沉降量大部分沉降量可以控制在施工中完成可以控制在施工中完成,后期少量沉降可以起道后期少量沉降可以起道调整调整,对正常运营影响不大。对正常运营影响不大。软土路基危害软土路基危害路路基基坍坍塌塌软土路基危害软土路基危害路路面面沉沉降降软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(一一)反压护道反压护道在路堤两侧在路堤两侧(或一侧或一侧)填筑适当高度与适当宽填筑适当高度与适当宽度的护道度的护道,使路堤两侧地基被挤出隆起的趋使路堤两侧地基被挤出隆起的趋势得以平衡势得以平衡,而保证路堤的稳定而
5、保证路堤的稳定,因护道起反因护道起反压作用压作用,故称反压护道。故称反压护道。它用于非耕作区和土源丰富的地区较为合适，它用于非耕作区和土源丰富的地区较为合适，在耕作区则不宜使用。在耕作区则不宜使用。图图51反压护道加固软土路堤反压护道加固软土路堤软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(二二)换换土土换土指利用人工、机械或换土指利用人工、机械或爆破方法挖除路堤下全部爆破方法挖除路堤下全部软土软土,换填强度较高和渗换填强度较高和渗透性较强的砂砾石、碎石透性较强的砂砾石、碎石或片石或片石,以保证路堤的稳以保证路堤的稳定。定。它适用于软土层较薄、无它适用于软土层较薄、无硬土覆盖的情况。硬土覆
6、盖的情况。软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(三三)抛石挤淤抛石挤淤抛石挤淤为强迫换土的一种形式抛石挤淤为强迫换土的一种形式,采用这种采用这种方法施工方法施工,不用抽水、不用挖淤不用抽水、不用挖淤,施工简便迅施工简便迅速速,现场乐于采用。现场乐于采用。此法适用于湖塘、河流等积水洼地此法适用于湖塘、河流等积水洼地,常年积常年积水水,且水不易抽干且水不易抽干;表层无硬壳表层无硬壳,软土液性指数软土液性指数大大,层厚较薄层厚较薄,片石能沉达下卧硬层者。片石能沉达下卧硬层者。抛石时应自路堤中部抛石时应自路堤中部开始开始,逐次向两旁展开逐次向两旁展开,使淤泥向两旁挤出。使淤泥向两旁挤出。在
7、片石抛出水面后用在片石抛出水面后用重型夯滚、碾压重型夯滚、碾压,或以或以汽车、拖拉机等碾压汽车、拖拉机等碾压,然后在其上铺设反滤然后在其上铺设反滤层再行填土。层再行填土。抛石挤淤一般适用于抛石挤淤一般适用于软土层厚软土层厚为为34m,用较大用较大的片石的片石,一般直径不宜小于一般直径不宜小于0.3m。软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(四四)排水砂垫层排水砂垫层排水砂垫层是直接铺设在软土地基的表面上排水砂垫层是直接铺设在软土地基的表面上,使其使其在填土和软土之间增设一排水面在填土和软土之间增设一排水面,从而使地基在受从而使地基在受到填土荷载作用下到填土荷载作用下,促进地基的排水固
8、结促进地基的排水固结,提高地提高地基的强度。基的强度。这种砂垫层的厚度薄这种砂垫层的厚度薄,一般为一般为0.61.0m。为利。为利于排水于排水,砂垫层应略宽于路堤基底宽砂垫层应略宽于路堤基底宽,一般在路堤一般在路堤坡脚外每侧伸出坡脚外每侧伸出1m左右。左右。砂垫层砂垫层软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(五五)铺设土工合成材料铺设土工合成材料在路堤与基底间铺设一层或多层的土工合成材料，在路堤与基底间铺设一层或多层的土工合成材料，可以起到加筋、垫层和反滤等作用。土工合成材可以起到加筋、垫层和反滤等作用。土工合成材料主要有聚酯、聚丙烯、聚酰胺等高分子化合物料主要有聚酯、聚丙烯、聚酰胺
9、等高分子化合物的合成纤维。的合成纤维。软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(六六)排水固结排水固结排水固结是在软土中设置垂直井，地表铺排水固结是在软土中设置垂直井，地表铺设砂垫层，增加了土层的排水通道，以缩设砂垫层，增加了土层的排水通道，以缩短孔隙水的流程，加速土体固结的一类方短孔隙水的流程，加速土体固结的一类方法。法。1.排水砂井排水砂井2.袋装砂井袋装砂井3.塑料排水板塑料排水板软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(六六)排水固结排水固结1.排水砂井排水砂井砂井是由打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆砂井是由打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中形成按一定
10、规律排列的孔眼破等方法在地基中形成按一定规律排列的孔眼（具有一定深度和直径），在其中灌以中粗砂而（具有一定深度和直径），在其中灌以中粗砂而成。砂井顶面铺设厚度不大的砂垫层以连通砂井，成。砂井顶面铺设厚度不大的砂垫层以连通砂井，构成完整的地基排水系统。构成完整的地基排水系统。排水砂井排水砂井软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(六六)排水固结排水固结2.袋装砂井袋装砂井袋装砂井是在合成材料编织袋内冲填中粗袋装砂井是在合成材料编织袋内冲填中粗砂构成的砂袋，装入地基孔内，以加速地砂构成的砂袋，装入地基孔内，以加速地基排水固结。基排水固结。袋装砂井的编织袋应具有良好的透水性，袋装砂井的编织
11、袋应具有良好的透水性，袋内的砂不易漏失，袋子的材料应具有足袋内的砂不易漏失，袋子的材料应具有足够的强度，有一定的抗老化及耐地下水腐够的强度，有一定的抗老化及耐地下水腐蚀的性能。蚀的性能。袋装砂井袋装砂井软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(六六)排水固结排水固结3.塑料排水板塑料排水板塑料排水板是塑料排水板是将预制的带状将预制的带状塑料排水板用塑料排水板用插板机将其竖插板机将其竖直插入土中，直插入土中，形成类似砂井形成类似砂井的排水通道，的排水通道，使孔隙水沿塑使孔隙水沿塑料板的通道逸料板的通道逸出，从而加固出，从而加固地基土的方法。地基土的方法。塑料排水板塑料排水板软土地基上路堤
12、的加固方法软土地基上路堤的加固方法(七七)复合地基复合地基复合地基是指在软土地基内设置各种材料复合地基是指在软土地基内设置各种材料制成桩，以保证路堤稳定的一种方法。主制成桩，以保证路堤稳定的一种方法。主要类型有：要类型有：1.挤密砂桩；挤密砂桩；2.碎石桩；碎石桩；3.生石灰桩；生石灰桩；4.粉喷桩；粉喷桩；5.水泥搅拌桩；水泥搅拌桩；6.CFG桩。桩。软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(七七)复合地基复合地基1.挤密砂桩挤密砂桩挤密砂桩是将砂桩打入软土地基，使密实挤密砂桩是将砂桩打入软土地基，使密实的砂柱体挤密软弱土层，形成复合地基。的砂柱体挤密软弱土层，形成复合地基。在外荷载
13、作用时，应力向砂桩集中，使桩在外荷载作用时，应力向砂桩集中，使桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应减周围土层承受的压力减小，沉降也相应减小。小。挤密砂桩施工挤密砂桩施工软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(七七)复合地基复合地基2.碎石桩碎石桩振动打桩机振动碎石桩软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(七七)复合地基复合地基3.生石灰桩生石灰桩生石灰桩是用生石灰桩是用25cm的生石灰块填入软土孔眼的生石灰块填入软土孔眼中，形成生石灰桩地基。中，形成生石灰桩地基。加固机理：加固机理：生石灰（生石灰（CaO）遇水反应成熟石灰（）遇水反应成熟石灰（Ca(OH)2），），吸收占其
14、重量吸收占其重量32%的水，体积膨胀一倍，同时放出的水，体积膨胀一倍，同时放出大量热，使桩周土体含水量降低，土体压密，石灰大量热，使桩周土体含水量降低，土体压密，石灰与土之间的离子交换和胶凝反应使土的性质和结构与土之间的离子交换和胶凝反应使土的性质和结构得以改善，从而提高土的强度。得以改善，从而提高土的强度。软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(七七)复合地基复合地基4.粉喷桩粉喷桩粉喷桩粉喷桩:利用水泥、石灰等材料作为固化利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械就地将软剂的主剂，通过特制的搅拌机械就地将软土和固化剂强制搅拌。利用固化剂和软土土和固化剂强制搅拌。利用
15、固化剂和软土之间产生的物理化学反应，使软土硬结成之间产生的物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的优质地具有整体性、水稳性和一定强度的优质地基。基。粉喷桩粉喷桩软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(七七)复合地基复合地基5.水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩是采用搅拌与喷射方式将水水泥土搅拌桩是采用搅拌与喷射方式将水泥浆液注入地基中，使浆液与周围土体充泥浆液注入地基中，使浆液与周围土体充分搅拌，当拌和体固化达到一定强度后，分搅拌，当拌和体固化达到一定强度后，在地层中形成的一根根较高强度的桩柱体在地层中形成的一根根较高强度的桩柱体与周围土体形成复合地基，共同承担上部
16、与周围土体形成复合地基，共同承担上部荷载。荷载。水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩 软土地基上路堤的加固方法软土地基上路堤的加固方法(七七)复合地基复合地基6.CFG桩桩CFG桩桩：桩体中桩体中加入水泥、粉煤灰加入水泥、粉煤灰和碎石形成了高黏和碎石形成了高黏结强度的桩，改善结强度的桩，改善了碎石桩的刚性，了碎石桩的刚性，CFG桩和桩间土、桩和桩间土、垫层一起形成复合垫层一起形成复合地基。地基。CFG桩桩CFG桩桩二、二、膨胀土地区膨胀土地区膨胀土：粘粒成分主要由亲水性矿物组成，膨胀土：粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种同时具有显著的吸水膨胀和失水收
17、缩两种变形特性的粘性土。变形特性的粘性土。膨胀土的工程特性膨胀土的工程特性(一一)胀缩性胀缩性:在膨胀土中在膨胀土中,细小的黏土颗粒愈多细小的黏土颗粒愈多,则其比表面积越则其比表面积越大大,可吸附在黏粒周围的水膜也就愈多可吸附在黏粒周围的水膜也就愈多,从而使含水从而使含水量增多量增多,土的体积胀大土的体积胀大,而失水时就强烈收缩。而失水时就强烈收缩。(二二)裂隙性裂隙性:裂隙的形成与其成土过程、胀缩效应、风化作用等裂隙的形成与其成土过程、胀缩效应、风化作用等许多因素有关。许多因素有关。(三三)超固结性超固结性:膨胀土在其形成的地质历史过程中膨胀土在其形成的地质历史过程中,土体曾受过比现土体曾受
18、过比现在自重应力更大的上覆荷载在自重应力更大的上覆荷载,呈超固结状态呈超固结状态,因此深因此深层的原状土具有较高的初始强度。由于先期固结压层的原状土具有较高的初始强度。由于先期固结压力的作用力的作用,使膨胀土在开挖后使膨胀土在开挖后,由于已形成的应力平由于已形成的应力平衡被破坏衡被破坏,常会出现土体松胀。常会出现土体松胀。膨胀土的路基病害膨胀土的路基病害1.溜坍。路基边坡上局部表层土体溜坍。路基边坡上局部表层土体,由于降雨下渗含水量由于降雨下渗含水量过大以及土的胀缩作用过大以及土的胀缩作用,强度降低而溜坍。强度降低而溜坍。2.滑坡。和一般滑坡相同滑坡。和一般滑坡相同,斜坡土体沿土中软弱面滑动。
19、斜坡土体沿土中软弱面滑动。这一软弱面多为裂隙面、层面或其他结构面。由于土体存这一软弱面多为裂隙面、层面或其他结构面。由于土体存在滑动趋势在滑动趋势,当失去前部支撑当失去前部支撑,便产生滑动。膨胀土地段的便产生滑动。膨胀土地段的滑坡滑坡,滑动面土体含水量较大、强度低滑动面土体含水量较大、强度低,有时虽然土体边坡有时虽然土体边坡已经放缓已经放缓,但仍易产生滑动。但仍易产生滑动。3.坍滑。路基边坡坍滑是膨胀土地段的路堑、路堤边坡坍滑。路基边坡坍滑是膨胀土地段的路堑、路堤边坡经常发生的一种变形现象。不少地段坍滑体厚度不大经常发生的一种变形现象。不少地段坍滑体厚度不大,在在边坡上不断扩展。边坡上不断扩展
20、。4.路堤和基底的不均匀沉降及变形。由于膨胀土的土质条路堤和基底的不均匀沉降及变形。由于膨胀土的土质条件和工程特性件和工程特性,使其在列车荷载和水的影响下使其在列车荷载和水的影响下,经常产生不经常产生不均匀沉降和变形。给列车的正常运营带来极大的危害均匀沉降和变形。给列车的正常运营带来极大的危害。三、膨胀土的地基处理三、膨胀土的地基处理1）防水措施）防水措施2）换土与改土）换土与改土3）支挡措施：设置护坡）支挡措施：设置护坡、抗滑桩加固、抗滑桩加固、重力、重力式挡土墙式挡土墙三、盐渍土地区三、盐渍土地区地表土层地表土层1m内易溶盐含量大于内易溶盐含量大于0.5%时称之谓时称之谓盐渍土。盐渍土。常
21、见的易溶盐有氯盐、硫酸盐和碳酸盐等。当易溶盐常见的易溶盐有氯盐、硫酸盐和碳酸盐等。当易溶盐的含量超过的含量超过0.5%时时,土的性质就会受到盐分的影响而土的性质就会受到盐分的影响而发生改变。发生改变。盐渍土由于含有较多的易溶盐而具有溶解性盐渍土由于含有较多的易溶盐而具有溶解性;盐渍盐渍土中的各种盐分对钢铁、橡胶、砖和混凝土等还土中的各种盐分对钢铁、橡胶、砖和混凝土等还具有一定的腐蚀性具有一定的腐蚀性,以硫酸盐为最强以硫酸盐为最强,能使混凝土能使混凝土产生疏松、剥落、掉皮和侵蚀等现象。产生疏松、剥落、掉皮和侵蚀等现象。不应使用含盐量超过规定允许值的填料。不应使用含盐量超过规定允许值的填料。四、多
22、年冻土地区四、多年冻土地区冻土的冻结状态持续三年以上甚至几十年不融化冻土的冻结状态持续三年以上甚至几十年不融化者通常称多年冻土。多年冻土多在地面以下一定者通常称多年冻土。多年冻土多在地面以下一定深度存在着深度存在着,其上部至地表部分常有一季节冻土层其上部至地表部分常有一季节冻土层,故多年冻土区常伴有季节性冻结现象存在。故多年冻土区常伴有季节性冻结现象存在。我国的多年冻土按地区分布不同分为两类我国的多年冻土按地区分布不同分为两类:一类是高原型多年冻土一类是高原型多年冻土,主要分布在青藏高原及西部高主要分布在青藏高原及西部高山地区。山地区。一类是高纬度型多年冻土一类是高纬度型多年冻土,主要分布在东北大小兴安岭主要分布在东北大小兴安岭地区。地区。多年冻土地区路基危害多年冻土地区路基危害:由于冻土具有冻融性与冻胀性，容易给路基带由于冻土具有冻融性与冻胀性，容易给路基带来融沉、冻胀的危害。来融沉、冻胀的危害。多年冻土地区路基施工：多年冻土地区路基施工：保护冻土原则：保护冻土原则：当路基位于永久冻土的富冰当路基位于永久冻土的富冰冻土、饱冰冻土或含冰层地段时，必须保持路冻土、饱冰冻土或含冰层地段时，必须保持路基及周围的冻土处于冻结状态，且应避免施工基及周围的冻土处于冻结状态，且应避免施工时破坏土基热流平衡，保护路基下多年冻土不时破坏土基热流平衡，保护路基下多年冻土不融化。融化。谢谢观看!
