公路桥涵软土路基加固的施工技术
2015-08-26
所谓软土一般是指处于软朔或者流朔状态下的粘性土其特点是天然含水量大、孔隙比大、 压缩系数高、强度低并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质工程地质条件较差。在软土地基上修筑路基若不加处理或处理不当往往会发生路基失稳或过量沉陷导致公路破坏或不能正常使用。习惯上常把淤泥、淤泥质土、软粘性土总称为软土。
路基是公路线形的主体,它贯穿公路全线,是路面的基础, 路面又靠路基来支承, 没有稳固的路基就没有稳固的路面，尤其在软土路基的设计，对其设计要求就更高，因为其基底下卧层一般为含水量很大、承载力极低的淤泥，所以这需要按其物理力学性质及深度不同均应采取相应的软基处理方法进行加固处理。
一、软土地基的一般施工程序
对淤泥层厚度砂垫层填至 50~100mm 时,埋设沉降观测板和位移桩,对砂垫层结束后,正式开始填筑路堤,其中穿插进行涵管、砂袋护坡等工序。在沼泽地段,除以上工作外, 由于地下水位较、积水深、淤泥层厚、排水困难、芦苇茂盛等原因,推土机等机械无法直接作业,必须先修筑施工便道。在便道的基础上用特殊挖泥清淤设备(如挖泥船、水陆两用挖土机等)全部清除路堤底部范围内的淤泥,边挖边运,倒人指定淤泥弃土场,同时选用中砂、 粗砂等透性比较好的材料分层换填,直至原地面标高。
换填结束后,在路堤底部铺设 B 型土工布,并在其上路堤两侧码堆砂袋,在砂袋内侧施工砂垫层。砂垫层完成后,再在砂垫层斜面上铺设 A 型土工布,并在其上填筑路堤。路堤施工完成后, 在沼泽地段全长范国内,沿路堤两侧施工沉排和石笼,用以保护土工布和砂袋,防止两侧水流对路堤的侵害。 淤泥弃土场要求场地稳定,排水良好,且不会对公路本身及周围建筑物造成损害。
二、加固的方法
1、袋装砂井（塑料排水板）排水固结法
它是在软土路基中设置一系列竖向排水体（袋装砂井，塑料排水板），在其上铺设砂垫层或砂沟，人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，配合堆载预压、真空预压或真空堆载联合预压，从而加速软土的固结、加速强度的增长。排水固结法对消除软基次固结沉降的效果不明显。
2、挤密砂桩
砂桩是由于蒸汽或柴油打桩机或振动打桩机在松散的砂性土或人工填土中冲击或振动成孔并灌填砂料后形成的桩体。在成桩过程中，由于以周围砂性土产生了挤密作用，或同时产生了挤密或振密作用，从而提高了周围土体的密度，改善了地基的承载性能和整体稳定性，减少了地基的沉降。挤密砂桩最初主要用于挤密砂土地基，随着高效能专用机具的出现，又逐渐用于可液化粉土地基的加固。近年来，通过与预压法联合使用，在软弱粘性土地基上取得了良好的效果，成为一种用途极为广泛的地基处理方法。
3、碎石桩（振冲置换法 ）
它是利用单向或双向搬起石头砸自己的振动头，边喷高压水流边下沉成孔，然后边填入碎石边振实，形成碎石桩；使桩体和原来的粘性土构成复合地基，以提高地基的承载力和减少沉降。但根据《公路软土路基路堤设计与施工技术规范》 规定，采用湿法施工（水振动），地基的十字板抗剪强度应大于 15KPa，干法施工（沉管法等），地基的十字板抗剪强度应大于 10KPa，对于未能达到要求的土质，采用碎石桩时须慎重，应通过试验确定其适用性。
4、水泥喷粉桩（搅拌桩）
它是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，形成坚硬的拌和主体，与原地层形成复合地基。它分为浆喷法和粉喷法两种，当土质的天然含水量大于30%、塑性指数大于10 时宜采用粉喷法，且粉喷法在相同的搅拌时间内要比浆喷法获得的强度要高，强度的离散性要小；但粉喷法没有浆喷法施工简单， 其施工质量也没有浆喷法容易控制。由于其工程单价较高，对整体工程造价影响较大。
5、动力排水固结
它通过设置竖向向排水体系（袋装砂井或塑料排水板）和水平排水体系（中粗砂垫层和盲沟），并结合静荷载（填土堆载）和动荷载强夯夯击能），使得地基在较短时间内完成大部分固结沉降，成为超固结土，大大降低工后沉降并迅速提高承载力；此外，还可实现对地基的预震作用，有效地消除砂土液化；该法还有利于地下管线的开挖埋设。运用这一方法，可在较短时间内从根本上改善地基土的物理力学特性，具有效果、工期、经济上的综合优势。但此法处理深度通常不超过10米，且受场地条件限制。
三、施工现场常用处理软土路基及弹簧土方法
在施工中经常碰到的情况多数不是软土地基因为如果有软土地基一般情况在设计时应该根据地质资料提出处理方法。多数情况是有局部地段地质情况和原来设计不同出现局部地基承载力达不到设计要求或者由于局部地段含水量过大原有排水系统不畅原有地基土质渗水性不好造成地基软弹翻浆弹簧土地段。根据出现的这些情况一般常用的方法主要有:换填:这是最常用的方法。对于软基面面积少而且土层薄比如有些淤泥质土可采用人工或机械挖除路堤下全部软土换填强度较高的粘性土或砂、砾、卵石、片石等渗水性材料。来提高基底承载力换填的深度要根据承载力确定。这种方法最大有效处理深度3米。
抛石填筑:就是在有软土或弹簧土以及有积水的路段填石头填石的高度以露出要处理的路段原有土层或积水高度为宜。在填石的过程中注意一定要用推土机把石块压实不能出现软弹现象。然后再填筑土方。 盲沟:就是在要处理的路段根据要处理的路段的长度在横向或纵向挖盲沟盲沟通常用渗水性大孔隙填料或片石砌筑而成。也可以填入不同级配的石块起到排水的功能。注意盲沟的出口要与排水沟连接以便把路基中的水排出路基。排水砂垫层:排水砂垫层是在路堤底部地面上铺设一层砂层作用是在软土顶面增加一个排水面在填土的过程中荷载逐渐增加促使软土地基排水固结渗出的水就可以从砂垫层中排走。为确保砂垫层能通畅排水要采用渗水性良好的材料。宜选用中粗砂砂的含泥量小于0.074mm 砂粒不宜大于 15。砂垫层一般的厚度为 0.6-1.0 米。为了保证砂垫层的渗水作用在砂垫层上应该填一层粘性土封住水不让水返上路基。在路基两侧要修好排水沟通过砂垫层渗出的水通过排水沟排出路基外保持路基的稳定。石灰浅坑法: 由于粘性土含水量影响施工中经常出现 34 弹簧土 34 松软现象。一般较轻的可以采用挖土晒干敲碎回填:34石灰浅坑法34可以用于各种不同面积的路段就是说大面积可以使用小面积也可以使用。具体做法是:挖 40cm-50cm 方形或圆形深一般1m上下的坑清除坑内的渗水最好挖好坑后第二天清除渗水放入深为坑深 1/3 生石灰即可回填碾压。坑的行距和坑距在轻度弹簧路段为 5-6m 在严重弹簧路段为 3-4m。
四、软基处理方案设计
通过近几年新建公路桥涵道路所采用各种软基处理措施的效果进行分析比较， 并结合在周边地区的软基处理工程经验，考虑综合采用浅层换填垫层、袋装砂井结合堆载预压等地基处理方法，现将各种方法的特点及适应性叙述如下：
1、硬壳层较厚处理特点
软土层埋深大路段，因路基填方高度小，路基总沉降不大（须保证工后沉降小于30cm），主要考虑提高地表（路床或路堤）承载力和减小工后不均匀沉降问题，可采用换填垫层结合多层横向加筋的方法，既可收到较好的效果，又可降低造价，缩短工期。
2、硬壳层薄处理
软土层厚度较大路段，若工期较为宽松，可采用袋装砂井堆载或超载预压处理软基。预压期4-6个月。但从地质纵剖图来看，此路段长度不大，约200-300米，也可采用水泥搅拌桩处理，处理深度控制在15米之内，对总造价影响很小。
3、对构筑物两端等工后沉降要求较高的路段，采用水泥搅拌桩处理。复合地基方法可有效消除路基次固结沉降。桩间距按复合地基沉降计算确定，涵洞处为 1.5m 左右，桥台附近为1.2m-1.5m。为使路基与桥台的沉降更好地过渡，往路基方向30m 为桩距渐变段，桩间距按由桥台到路基方向桩间距由1.2m分两段渐变为1.5m 的原则布置，分段间距10m，并在桩顶铺设一层级配碎石垫层，其上再设一层双向拉伸土工格栅加筋，涵洞基础范围内不铺土工格栅。对于管线，涵洞等构造物，基底的设计高程即级配碎石垫层的高程。
总之，软土路基处理过程中要保证施工质量,必须注意工程的科学管理,严把质量监督关,在质量控制上可以从以下两个方面入手:一是施工过程中的质量控制,即找到能控制施工期间的进尺速度的仪器,动态地监控这些参数,保证材料的均匀而连续,使工程符合设计要求。二是成桩后的质量检测,一旦发现问题马上进行处理,对施工过程中的控制结果及时反馈,确保施工质量满足设计要求。
