在普通公路的施工過程中時常會遇到一些軟土地基,軟土地基一般都表現為高含水量、高壓縮性、高粘土含量、低滲透性和低強度等特點,公路運營過程中出現大量下沉、路基下沉以及滑移等現象,這其中最為嚴重的就是路基整體上的坍塌,在影響普通公路結構的同時,嚴重危害到工程安全和交通安全。因此,保證對軟土地基的加固處理就具有十分重要的現實意義。
堆載預壓作用機理指粘土地基在荷載作用下,因其滲透性很小,在加載瞬時土體不能壓縮而使荷載全部轉化為超靜孔隙水應力;隨著時間增長,土體中孔隙水慢慢排出,超靜水壓力逐漸消散,有效應力增大,孔隙比減小,地基發生固結變形,地基土強度逐步增強。淺部的軟土在施工中受到較為劇烈的擾動,原始結構受到破壞,擾動初期土工特性大幅降低,但是在長期堆載的作用下其結構比原始結構更穩定,從而使這部分軟土固結后的孔隙率低于深部的軟土,其性質也相應提高。
1工程概況
懷麻公路一期工程地處山區小沖擊帶,路線全長29.15km,二級公路,路基寬9.0m,軟土的天然孔隙比為1.2一2.05,含水量在45%以上。
該路段部分地基為比較軟弱和深厚的淤泥,軟土含水量高,壓縮性高,滲透性低,土質較不均勻,成分復雜,抗剪強度低(可自行添加土層物理性指標表)。根據工程地基土層的分布特征及工期要求的特點,擬定采用塑料排水板結合堆載預壓的方法進行軟土地基處理。同時考慮到淺部軟土受施工擾動、初期土工特性大幅降低的特點,擬加鋪砂墊層以提高地基強度的同時,以加速淺層軟土固結。
2關鍵工序施工質量控制
2.1砂墊層的鋪設
2.1.1墊層材料墊層材料應采用透水性好的砂料(中粗砂),采用50cm以上厚的砂礫墊層,并在其上鋪設10cm細砂。砂礫墊層滲透系數大于10
-2cm/s,干密度必須超過1.59/cm
3,而它的泥沙含量則要控制在3%以內。
2.1.2墊層尺寸整個墊層厚度最好是大于50cm的,科學的平面尺寸是在加固區四周各往外擴大1m,這樣能有效的保證水分能夠從墊層排除。在施工中,如果沙料不足,可以用砂溝代替砂墊層;砂溝的寬度為2-3倍砂井直徑,通常的深度是40-60cm。
2.1.3水平排水墊層施工該階段在施工時,要盡量控制動作,避免動土地方的過大動作,預防泥沙混合,從而降低墊層的排水效果。
鋪設砂墊層前,要講井頂面和周圍的雜物清理干凈,能提高沙井排水的效率;因為地表比較軟弱,運行車輛應以輕便的車輛為主,同時避免過大的動作;廢棄的沙堆應堆放在施工現場之外,在用小型輕便的運輸工具把沙堆運力開;攤鋪要保證均勻和平整,形成雙向橫坡;在此,還要避免泥沙等雜物混進沙層;壓實應用靜壓式壓路機進行,不得振碾。
2.2垂向塑料排水板施工
2.2.1塑料排水板施工的施工順序主要是①將塑料帶通過導管從管靴穿出;并與樁尖連接,貼緊管靴并對準樁位;②靜壓沉入導管的深度要符合施工標準;③拔管,塑料排水板與軟土粘接錨要固定在軟基內;④在砂墊層中留出30cm的地方,剪斷塑料排水板;⑤將塑料排水板與樁尖再連接,如有移動,就應重新打設。
2.2.2塑料排水板施工注意事項①在施工前要考察地質情況,在安排排水孔的場地范圍內作必要的觸探(探孔)檢查,以盡量避免施打排水孔時碰到地下障礙物。(探孔深度不要超過設計孔深60cm)。②排水板在裝運和儲存期間,要包上厚保護層,在施工現場存放要注意防曬及泥漿、灰塵污染或其它物體的碰撞破壞。③排水孔的施打過程要采用定載振動壓入的方法,一直打到設計要求的深度,不允許重錘夯擊。④施打從護坡道向路中心推進,每排可打設7根,打完一排再向前移動門架,直至處理長度方向訖點。然后橫移門架,返回施打下一幅。塑料排水板工作機理如圖1所示。
圖1塑料排水板堆載預壓法工作機理流程圖
3環境影響控制
由于加固區土體變形的影響,邊界的水位降低,邊界土體將發生固結變形,產生附加沉降并發生向加固區的水平位移,如果影響區的水平位移和附加沉降太大,則會危及影響范圍內的建(構)筑物。預防措施為挖土防護,即將加固區與構筑物之間的土體部分挖除斷開,開挖深度可控制在2.5m~5m,并對構筑物進行適當抗變形處理,斷開的位置可以是敞開的,也可以回填松散介質如中粗砂等。
4變形觀測
4.1沉降量觀測
表面沉降隨堆載的增加而逐漸增長,曲線變化正常,曲線漸趨緩和,數據準確可靠。當填土高度達到3.3m時最大累計沉降為57.4cm,路基左、中、右的沉降差異不是很大,其中路中沉降普遍大于路左、右沉降,而路左、右沉降差異較小。
4.2孔隙水壓力觀測
在上部堆積荷載的作用下,孔隙水壓力大致呈逐漸減小的趨勢,在加載臨近結束階段,土中不同深度處孔壓都有增大的趨勢,加載結束后,孔壓值稍微減小并在加荷一個半月到兩個半月的時間后,趨于穩定。
4.3觀測結果分析
4.3.1土體的固結度
由觀測可知在堆載的作用下土體發生了固結,在地表產生了近60°的沉降量,在土體加固深度范圍內均發生了固結沉降。在加固的后期,這種沉降量明顯減小,趨于穩定,絕大部分的加固沉降可在堆載結束后的2~3個月內完成。
4.3.2堆載預壓前后土性的變化
在堆載預壓前后,對加固路段的土體進行了十字板剪切試驗,圖2給出了十字板試驗結果。從圖中可以看出加固后十字板強度明顯增長,增幅達40%左右,地基承載力滿足要求。
圖2加固前后十字板強度變化曲線
對加固前后的的土體相關的物理力學指標亦進行了試驗。圖5給出了地基土含水率隨深度的變化曲線,從圖中可以看出,加固后不同深度的土體的含水率均有所減少,且土體的初始含水率越高,土體失水則越多。
4.2.3側向水平位移
由于堆載的作用,加固路段內土體發生了向內側(加固區)的水平位移。側向位移主要發生在5—20m深度范圍內;最大位移發生在10m處,為36.30mm。發生這種水平位移分布的原因可能是:上部主要是素填土,加上砂墊層以及格柵的約束,所以位移較小;中部則由于沉降致使側向壓力減小,故發生了較大的水平位移。距離該加固路段數米外的土體在地表附近發生開裂,由于該工程場地附近沒有建筑物和其他設施,水平位移不會導致不良后果。但是水平位移的產生應引起足夠的重視,特別是當場地附近有建筑物時,這種位移是相當不利的。
4.2.4加固深度
一般來說,塑料排水板堆載預壓法的加固深度在10m以上。本工程中地下15m以內的土體的強度、含水率以及水平向的位移都發生了明顯的變化,這說明上部堆載的荷載已經傳遞至此處,并已經起到了加固的效果。
5結論
工程實踐表明,采用堆載預壓法處理軟土地基,增加了處理深度,提高了加固效果。提高承載力,使軟弱土地基的強度逐漸增大,達到地基加固的目的,一般提高幅度可達3~4倍。普通公路采取塑料排水板堆載預壓的方法進行軟土地基處理,可以加快軟土的沉降速率,縮短工期,降低成本,是一種即經濟又合理的地基處理方法,適合在普通公路中推廣應用。