1 引言
公路路桥建设不仅可以促进经济发展,而且可以为人们的出行提供更多的便利条件,但在公路路桥建设项目中,遇到软基是比较常见的。软土地基土体间隙较大,含水率较高,施工中应适当处理,否则会对地基的稳定性造成更严重的破坏,使路面产生裂缝,使用的安全系数大大降低[1]。伴随着我国公路路桥建设的发展,在工程建设中出现了复杂的土质、地形现象,特别是软土地基这一关键问题,需要以科学、合理的技术手段予以解决。
2 软土地基处理技术论述
软土地基的天然地基性能比较薄弱。就工程特性而言,地基不能满足工程设计和变形的要求,在地震作用下易发生液化、震动塌陷、失稳等问题。这些结构性的底层问题需要由工程师来处理。软土地基增强、稳定的施工方法称为软土地基处理[2]。
由于路基应力状态的存在,将改变结构施工期间基础土体的强度和动态负荷,这就需要在施工过程中满足两方面要求:一是地基承载力的要求,要确保基础土体安全可靠;二是土壤变形控制的要求,要确保基础沉降值不超过容许沉降值,并确保施工设施不因软基沉降变形而受损或受到影响。
我国近代软土地基处理技术经历了较长时间的发展。上世纪50年代,我国引进了桩侧压实的方法,开始应用于软土地基处理。这一技术,尤其在西北地区黄土处理上,取得了较好的效果;我国公路、铁路等路桥软基处理开始用桩侧压实的方法替代传统填筑法,使这一处理技术被广泛采用。上世纪70年代,我国开始对真空排水预处理技术进行研究,取得了一定的成果。上世纪世纪80年代,由于施工与工业技术的迅速发展,真空预处理理论基础得以巩固,在实际工程中,真空预压联合加载法被广泛采用,并取得了良好的效果。20世纪80年代,中国建筑科学研究院在基础处理技术方面率先进行了初步探索,并进行了大量试验和实践分析。水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)技术经过十几年的研究与应用,取得了显著的效果。由于其施工条件方便、地基处理效果好、碎石桩适用范围广等特点,使水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)的处理方法得到了广泛的应用。大多用于粉土、黏土、细砂等软基的处理。
总体上看,我国软土地基处理技术的研究与开发经历了三个阶段:第一阶段是20世纪70年代以前,我国经济条件较差,地基处理技术比较落后;为尽量减少工程投资,工程技术人员有意识地选择避开软土层,这是多数公路路桥工程都会经历的。第二阶段是上世纪80年代到90年代,工程师们不得不利用有限的土地资源来缓解人口膨胀和土地短缺。随着我国经济发展,地基处理技术不断提高,软基处理技术在路桥地基处理实践中得到了充分的应用和验证,选择的技术方法比较局限。软基处理技术在20世纪90年代开始进入到一个新的发展阶段,20世纪90年代以后,各种较成熟的软基处理技术在公路路桥工程施工中得到了广泛的应用,软基处理的选择也更加多样化。
3公路路桥施工中软土地基的一般处理方法
建设单位、设计单位、监理单位及施工单位在制定软土地基处理方案时,应根据施工测量资料及现场测试结果,预测软土地基处理的深度和范围,采用排水固结法、垂直排水法、侧向约束法等地基处理方法,加固地基、确保地基稳定。软基处理方法各有其适用条件,应当根据工程实际需要的软土地基特性进行适当选型。
3.1排水固结法
软土地基处理中,排水固结法是一种有效的方法。其主体包括两个方面:排水和增压。排水管系有袋式砂井和塑料排水管两种形式。加压系统主要是利用建筑物自重或路基土的自重作用,逐渐预压或加载。压水系统和排水系统相互配合,使得孔隙水迅速顺利排出。由于基床土附加应力的作用,使土体产生超孔隙水压力,土体压力逐渐排出软土地基,产生固结沉降。增大土的有效应力,增强地基的抗剪强度,加快沉降。在高填方路堤段,土方总量可以满足加压要求;在低填方路堤段或基础土层中,土体加速固结沉降。
3.2土水混合法
不断搅动水泥、石灰等易碎物质,使土体加速发生物理化学变化,形成结构稳定的桩柱,以水泥泥桩、石灰黏土桩为主。搅动作用下,水泥固化,桩与周围软土形成复合地基,加固地基。采用土-水混合搅拌的方法,可以提高地基的承载力,降低地基的沉降和稳定性。搅拌工艺简单,使用方便,但成本较高,对水泥的需求量很大。用土混合法得到的附加固体,不能称为桩基。和水泥碎石桩不同的是,这类复合桩适用于复合地基。所以,这些固形物的力学性质有别于一般桩基础,即使有缺陷,也不影响其整体效果。用途:适用于粉土、粉土、泥炭土、黏土等粉土地基及含水量较高的粉土。
3.3 高压注浆法
高压注浆法也称为旋转注浆法。其主要措施是挖好土层,然后用钻探的方法将其注入更深的软弱土层,形成射流冲击破坏土层。应用:高压注入法的动压大于土体结构强度时,土体颗粒随注入量缓慢上升。土粒是用泥水来挖的。利用射流冲击力、离心力、重力等作用,按一定比例与泥浆混合,形成混凝土固体桩。这种方法不仅能提高地基承载力,减小沉降,而且能起到支护和防渗作用。应用:粉砂、黏土、砂土、人工填土、砾石土等地基的加固。
3.4灌浆方法
应用压差原理。注浆方法通过注浆管注入较深的软土地层,使软土地层充分充填。水蒸气在软土地基中固化硬化,与周围土体形成一体,保持了地基的稳定。研究结果表明,该方法的原理类似于土水混合法,即泥浆与原松散性土壤颗粒或裂隙胶之间形成一种强度高、耐水、化学稳定性好的“石体”。应用范围:粉土、粉土和粉土地基的处理可采用注浆法。
3.5侧向约束法
侧向约束法也常被用来处理公路工程的软土地基。竹、柳等天然材料、玻璃纤维、尼龙复合材料、混凝土复合材料、不锈钢带等是目前加固技术中应用最为广泛的材料。软土地基加筋主要有三个环节:①将土工格室埋于砂砾垫层中,有利于提高软土地基加筋的综合强度,也就是增加土工格室的承载力。软土地基保水顺畅,采用封闭层。②确保土工格栅材料的质量及一致性,路基平整,满足抗压强度要求;为避免由于应力不均或拉伸范围超出物料范围而造成变形,在使用软质地基坡面时,必须在合理范围内对施工材料进行严格检查。③土体填筑加固时,需要制定详细的填筑方案,提高软土地基稳定性。
3.6冻结法
冻结法也是一种提高软土地基强度的有效方法,它的基本原理是把氮气和二氧化碳结合起来,使液体二氧化碳膨胀,然后利用冷却设备使整个涂层成形并冷冻,能有效提高软土地基强度,防止软土地基过大的压缩变形。
4 结束语
地基是公路路桥的基础,是路桥建设过程中最为关键的环节,软土地基筑路架桥是工程实践中经常遇到、不可回避的问题,因其前置性、隐蔽性、复杂性等特点,若在设计、施工等环节考虑不周,将导致工程整体质量下降、病害增多、寿命缩短甚至在建成投运中发生严重的工程安全事故。这就需要我们在工程设计、施工过程中,有效识别软弱土基类型,综合建设项目实际和周边社会情况,选择合理的软土地基处理措施,不断提升软弱土层的施工技术,打牢工程基础,保障路桥安全使用。
参考文献
[1]刘鹏. 公路路桥施工中软土地基处理技术研究[J]. 精品, 2019(2):181-181.
[2]路勇. 公路路桥施工中软土地基处理技术研究[J]. 百科论坛电子杂志, 2019, 000(008):171-172.
[3]陈艳梅. 公路路桥施工中软土地基处理技术研究[J]. 山东工业技术, 2019, 000(007):83-83.