公路小桥涵软土地基加固处理
摘要：根据软土的定义及其特性,着重介绍了软土地基的几种加固方法:即夯实法、砂(土) 桩挤密法、小木桩挤密法、深层振密法、砂垫层法(换土法) 、旋喷法等,并分别指出了它们各自的适用性和优缺点,以供同行参考。
引言
公路跨越沟谷、溪沟、河流渠道以及排除路基内侧边沟水流时,常常需要修建各种横向排水构造物。小桥涵是最常见的小型排水构造物。有时跨越其他路线或障碍时,也需修建小桥涵。就单个而言,小桥涵工程量较小,费用低。但对一条公路来说,因小桥涵遍布全线,数量多,其工程量占很大的比重。一般平原区每千米有1 道～3 道,山区有3 道～5 道。据已建成公路统计,小桥涵的工程投资约占公路总投资的15 %～20 % ,其投资总额为大、中桥的2 倍～4 倍左右。由此可见,小桥涵的设计是否合理,地基处理是否恰当,对于整条公路的造价和使用质量都有很大的影响,起着十分重要的作用。
1 软土地基常用的加固方法
软土地基是指由天然含水量大、孔隙比大、压缩性高、承载力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。目前国内外加固的常用方法有:夯实、挤密、换土、片石挤淤、砂土垫层以及化学、加热处理等。现将常用的公路小桥涵地基加固方法介绍如下:
1. 1 夯实法
对含水量在一定范围的软弱粘土地基,可用夯实来提高密实度和强度。此方法也适用于加固杂填土和黄土等。通常用于涵洞地基加固的方法有重锤夯实法和强夯法。重锤夯实法是利用起重机将重达数10 t 的重锤提高到一定高度(2. 5 m～4. 5 m) ,底面直径0. 7 m～1. 2 m ,然后自由落下,如此重复夯实使土表层密实而提高地基强度的方法。此法适用于水位0. 8 m 以上,稍湿的粘性土、砂类土、湿陷性黄土和杂填土等地基。强夯法是将较大的重锤(一般80 kN～400 kN ,个别可达2 000 kN) 从6 m～40 m高处自由下落对较厚的松散土层进行强力夯实的地基处理方法。
由于地基在强大的冲击振动作用下产生很高的超静孔隙水压力,而软土地基的透水性又很差。所以,通常情况下采用强夯法处理软土地基需要在地基中设竖向排水体配合,以提高处理效果。
1. 2 砂(土)桩挤密法
砂(土) 桩挤密法,就是在软土地基内打入带活动桩靴的钢管,灌以砂或土后,把附近地基土挤向四周使地基土变密,然后将管拔出而在地基内形成“桩”,其主要作用是挤密地基软土。这种方法与砂井作用不同,砂井主要是利用其排水作用加速软土固结,从而提高地基强度。因此,砂桩挤密法的计算和布置方法也不同于砂井。砂桩可以用来加固粉砂、细砂、砂质粘土、淤泥及软粘土等。在饱和软粘土中有时也采用。湿陷性黄土地区,宜用土桩或石灰桩来加固。
1. 3 小木桩挤密法
在取得小木桩不太困难的地区,用小木桩挤密法加固软土地基是一种简单易行、效果较好的方法。特别是在缺砂地区,比采用砂垫层更经济适用。小木桩挤密加固地基的基本做法是在地基土中打入一定数量的直径10 cm 以上的小木桩,以减小地基土的孔隙率,增加其密实度,从而提高地基的承载能力。其计算方法与砂(土) 桩挤密法相同,仅施工方法有所区别。
1. 4 深层振密法
桥梁的地基如为深厚的饱水松砂时,如不进行处理,不但在行车荷载的作用下,会产生很大的沉降量,影响正常的使用功能, 并且还会在受到外力(如地震力、爆炸力等) 作用时,可能因砂土发生液化(砂粒瞬时间内成为悬液状态) 桥梁突然倒塌。深层振密法能引起饱水砂层液化,以加大砂土密度。
1. 5 砂垫层法(换土法)
用砂垫层加固地基,就是挖除基底下一部分原有软土,而换填分层夯实的强度较高、稳定性较好的中砂、粗砂和砂砾等,以满足地基稳定和变形的要求。在经济与技术可行的条件下,由于施工可不用机械,而具有一定的实用价值。
1. 6 旋喷法
旋喷法是用钻机钻至设计标高后,以高压射流(20 000 kPa～ 50000 kPa) 通过钻杆下端的旋转喷射装置向周围土体喷射加固浆液,强使浆液与土切割搅拌。钻杆边喷边提升,在喷射有效范围内土和浆液凝固成圆柱体(悬喷桩) 。加固直径0. 5 m～1. 5 m , 桩的极限强度可达500 kPa～8 000 kPa ,它适用于各种较软弱土层。悬喷法费用较高,仅在个别情况下采用。与此相仿的还有一种深层搅拌法是用于加固饱和软土基的一种新方法,该法利用水泥、石灰等材料作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械,将软土和固化剂(浆液或粉体) 强行搅拌,经一系列物理—化学反应使软土硬结而加固地基。
2 选择处理方法时应考虑的因素
2. 1 地基状况
1) 土质。砂性土:对可能发生液化的砂性土采用挤实砂桩法或振动压实法进行改善;粘性土:除了压实法外,其他方法均适用。但采取的处理方法对土基的扰动须尽量小。因为粘土一经扰动,强度降低很多。
2) 地基构成。在软土层浅而薄的情况下,常用简单的表层处理法;重要的构造物基础常用开挖换填法;若软土层较厚,应使用其他方法配合表层处理法;夹有砂层且厚度较薄(3 m～4 m 以下) 的软土层,一般采用表层处理法、荷载压重法等方法;因为即使是5 cm 的砂层也是有效排水层,在土质调查中不能遗漏。软土层厚且无砂层的情况,因排水距离长,固结沉降需很长时间,强 度也不增长,因此,沉降处理常用垂直排水法,稳定措施常采用反压护道法、挤实砂桩法和石灰桩法。在浅层部位堆积有4 m 以上砂层,以下为软弱粘土层的情况,一般稳定不成问题,只需沉降处理,常用垂直排水、荷载压重等方法。
2. 2 道路性质
1) 道路等级愈高,平整度愈重要,愈需要采取有效的沉降处理措施。等级较低时,可先铺简易路面,待沉降结束后,再铺正式路面以节约资金。
2) 道路形状。路堤的设计高度与宽度也是选择处理方法时要考虑的重要因素。如采用换填法时,宽而低的路堤易发生局部破坏;反之窄而高的路堤,下面易被换填。在设计高度大而稳定有危险的情况下,采用压重法将受到限制。还有路堤越宽越高,则地基产生压力的根部越深而引起深处粘土层沉降。
3) 道路所在地段。一般地段上,剩余沉降即使大到一定程度,只要不均匀沉降不大,路面基本上不会丧失其平整度。但与构造物相连地段,剩余沉降将造成错台,路面形成对行等非常危险的状况;而且若路基稳定性不够,桥台将受到大的土压力作用而引起侧向位移的事故屡见不鲜。因此,构造物邻接地段的处理措施非常重要。
2. 3 施工条件
不同的施工条件选用的处理方法不同,经济性也不同。主要有工期、材料、机械的作业条件等。
2. 4 周围环境
1) 施工中对周围环境的影响,如噪音、振动地基及地下水的变化和排出的泥水等,在选择施工方法时必须考虑。
2) 在路堤高度较高而地基特别软弱的情况下,周围地基经常出现大的隆起或沉降。这样,在路堤坡脚附近有民房和重要构造物时,应考虑以减小总沉降量且控制剪切变形的方法为主要措施。不能采用这类方法时,应考虑事先对可能受影响的构造物加以保护,否则应考虑以高架构造物代替路堤。
3 结语
近几年来,小桥涵地基处理技术以其应用面广、投资少、效果好、施工简便而受到建设单位和施工单位的普遍欢迎。实际工程中采用何种方法进行地基处理,还要以因地制宜、就地取材为原则,并考虑施工简便,节约资源。
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