湿软地基处理及隔水技术研究及应用
王佳文 黄安
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王佳文 黄安,. 湿软地基处理及隔水技术研究及应用[J]. 水资源研究进展,202310. DOI:10.12721/ccn.2023.157098.
摘要: 在进行路基处理的过程中,湿软地基会影响路基施工技术。必须对一些严重的湿软基础进行改土,同时相应的工艺加以解决,以提高的安全性。针对路基工程的施工技术管理而言,就必须在保证工程施工效率的同时,也对一些工艺问题做好了相应的质量控制,并通过对工程实施过程的有效管理才能保障具体的施工与设计过程。
关键词: 湿软地基;地基处理;隔水技术;隔水应用
DOI:10.12721/ccn.2023.157098
基金资助:

当湿软厚度超过一定程度后,其中自由水不易排出,因此造成湿软地基固结速度较慢,因此需要采取针对性的处理措施方能保证路基稳定。如若针对湿软地基处理不慎,则容易发生软体地基下沉,甚至坍塌的现象,从而对于上部建筑结构造成较大的影响。因此在这种情况下,为了能够有效地提高土体抗渗能力,必须采取措施来降低渗水量,从而保证建筑物结构安全性与稳定性。采用了多种方式对路基进行加固处理,以防止沉降问题出现。

一、湿软地基概述

1. 湿软地基的概念

湿软地基是指使用水泥、石子等作为地基基础,在一定温度和湿度的作用下,保持一定厚度的土体,以达到要求的强度要求,达到地基的承载力和稳定性。湿硬地基一般是指通过开挖、凿岩、开沟、排水等措施,使土体内水分、水分的含量降低,从而减小土体的强度,并且使得土的稳定性和强度得到提高,从而达到保护土层的目的。而且在实际工程中,因地质条件及气候因素造成的土质差异会直接对道路桥梁结构产生不利影响,使得公路工程建设过程中容易出现渗水问题。

2. 湿软地基特征

湿软地基的特点结合了软土地基的强度不足以及湿土地基的排水不足,特别是,当软土地基的在实际施工的过程中出现了震动、负荷或过大的情况后,就会由于上述原因造成软土地基的发生滑动或下陷等情况,这对软土地基作为工程的主要结构部分会产生相当的冲击的。在软土地基的再利用方案中,对于基础工程的建造应充分考虑其本身的触变性条件,以便确保工程建造时不会引起软土地基触变性的显著改变。

3. 湿软地基性质

干湿循环在湿软土中的表现为湿度差,路基的抗冲击性和后背填料地基的机械连接常发生变化。湿软地基是指地基处于干燥状态,在一定的时间和空间范围内,由水、土、固体颗粒等构成的,承载力和沉降能力均较弱,不耐水性、风化性等。湿地基具有排水性,它在建筑物的上部或下部,具有较好的透水性能,能适应建筑物的使用要求。 干湿土的抗风性差,且有黏性。土壤被浸水后,湿度增大,在不利的路面水流中截留土壤的坡面水长期受到自然因素的强烈影响,在车辆动荷载的作用下构成沿地基的空隙向路基表面涌出的一种病害现象。路基翻浆冒泥会将线路的技术状态发生改变,并且会发生剧烈的变化,严重还影响了公路安全和质量,使公路维修的工作量大大提升。

二、隔水技术概述

目前我国已经有了大量的土方开挖工程施工经验和先进经验,但是由于其地质条件复杂以及对地下水位的限制性等原因导致土方开挖过程较为困难,因此为了解决这些问题,我们必须要提高地基承载能力,并加强加固处理措施来保证路基稳定运行。针对于此情况下,运用隔水技术进行路基的改善处理是一直良好的方法。隔水技术是指通过采用隔墙、蓄积水、隔雨、排水等措施,来降低地表水压力,并防止地下水在地表的停留。隔绝水是将地表、地下水和水体隔开,使水和土相互分离,从而实现水土的双向流动。将地表水与地下水充分混合,在水压较低的情况下,将地下水和地表的水进行隔绝,以达到对水的净化作用。使水进入水下介质中,从而有效隔除水膜,达到降噪、透水、防渗、排水、降耗的目的。根据隔水处理的水压、渗透性、渗流特性,可以分为水压力、水渗压和液渗三种类型。

三、湿软地基处理方法

1. 换填土层法

在施工中想要促使土层结构发生一定的改变,可以将土层的结构出现一些缝隙,这样更有利于排水的顺利进行。如果在对土层强度进行加深的过程中,如果土层结构出现液化的状态,那么土层存在的水就非常容易变成自由水,进而造成土层的强度下降,有利于土层的空隙之间水分加速的排出,这种状态下在土层颗粒中存在的自由水就比较容易演变成吸附水,进而影响土层结构的变化,最终会极大的提升路基施工的整体质量,达到提升路桥施工稳定性的目的,保证车辆通行的安全性。

(1)开挖换土法

开挖换土法是在地基处理过程中,根据地基的强度、刚度、稳定性和耐久性等要求,采用在地基土中添加的外加剂或外加土剂,使土体表层的土层与土体的结合力达到平衡,达到提高地基稳定性的目的。开土换填法的施工成本较低、施工速度快,但是开填土土在开孔的过程中,土的流动性降低,并且土压力降低。但是,开空时,由于土中的土质疏松,在进行开压时的荷载作用较大,使得土结构承载力下降,影响开平,因此,需要开埋土。 由于地基在土压下,会降低地基自身的承载能力,导致土内力降低、土体积变大,从而影响地基承载能力的提升。因此开砂填筑法在湿软地基施工中应用广泛。开土换填法的特点是土层的厚度和深度都能够保持在一定范围内,土的粒度分布也能够较为均匀,因此在实际工程中能够得到广泛应用[1]

(2)强制换土法

强制换土法是将土壤中的水分快速地从表面转移到地面,从而达到改变土壤中水分含量,从而提高土壤质量的目的。这种方法的缺点是耗时长、成本高,且需要大量人力。该方法也存在一些缺点,即成本较高,而且不能及时更换土壤,还会导致环境污染,甚至会影响到工程的质量。 强制换土法是指在一定条件下,将施工场地的地基进行二次处理,从而得到适宜的表面环境的处理方法。强制法通常适用于地基承载力较大,且在不影响地基正常使用的情况下,对地基要求不高的建筑物。 该方法的优势在于:不需要对建筑物进行人工干预,能降低施工成本;施工过程中没有污染,无需对施工环境进行影响,在施工前不需要人工进行处理。缺点是:对于施工区域的平整度要求较高,需要对工程进行多次的人工处理;对周围环境影响较大。

(3)爆破换土法

爆破换土法是把炸药装入软土层,通过爆破作用将软土挤出的方法。在进行基坑开挖时,如果需要开展放炮工作,监理单位要对爆破程序进行检验,还要对施工企业的爆破资质进行审查,提高这项作业的安全性[2]。要选择专家对现有的爆破方案进行评审,并且对爆破的数量和装药量进行严格的控制,防止爆破作业环节对边坡的应用稳定性产生不良影响。爆破网路连接不正确,导致爆破无法按照规定的时间顺序起爆,从而造成了局部欠挖。爆破技术本身也是相当危险的,在具体施工当中所选用的爆破手段以及选择的炸药剂量也是相当的讲究,这就必须在实施并应用爆破手段之前对项目的工程量和山体的情况加以熟悉,而后再针对具体的施工状况选择的爆破措施,再实施相应的运用。

2. 挤密法

(1)反压护道法

反压护道法是一种新型的地基处理方法。它是指在地基的内部或者地面附近设置反力墙,在地基表面施加反压力,使水压力迅速下降,以达到加固地基的目的。反阻护墙是将水压降较低的土层以一定比例的压入土体中,通过将土体的重力作用于护壁表面,从而达到加固的目的,同时其作用力与土的强度成正比,从而可以起到加固作用[3]。该方法在施工中应用广泛,但在实际施工过程中,由于施工环境恶劣,排水量小,容易造成土壤流失,造成水土流失。

(2)重锤夯实法

通过簧片带动重锤,重锤碰到了与道路表面垂直接触的弹机杆,使部分路基面产生了应变,从而吸收部分动能,将其中部分转变为重锤的反弹动能[4]。来推定路基强度的一种方法,由于测量在路基表面进行,所以应属于一种表面硬度法,是基于路基表面硬度和强度之间存在相关性而建立的一种检测方法,由于路基本身的强度越高的话,与表面强度肯定成一种正相关的关系,肯定也是越高的,那么到回弹这个位置,就是我的回弹值,拿回弹仪上构件上弹出的值,跟表面硬度也是一种正比关系,也是一个正相关的关系,所以间接的建立出了,回弹值和强度之间的关系,然后不同的行标和地标,回归出来不同的测强曲线,这就是回弹法检测的基本原理。

(3)堆土预压法

在湿软地基处理技术中,堆土预压法是最常用的一种。这种技术采用预应力混凝土的预制方式,将地基的土体与水泥混合,然后将土压入水泥浆中。然后,水泥砂浆将水泥固化,再经过搅拌器搅拌,最终形成含水率低、抗压强度高的水泥颗粒。这种方法的优点是,可以降低水泥的用量,减少水泥用量。但是,这种方法在施工过程中,会产生一些噪音,并且会产生不均匀的沉降,使施工费用增加。

3. 深层拌和法

(1)DLM施工法

DLM浇筑方法该法的主要顺是先在规定的地点架设好深层混凝土搅拌机,旋转混凝土翼子,让其以自重切土下沉。当沉降至预定的深度后,就开始压入固化剂;同时边推动混凝土轴边旋转,使固化剂和基础混凝土充分拌和,最后形成柱状或固体这种方式主要使用于混凝土的固化剂[5]

(2)喷射粉状搅拌法

在应用喷射粉状搅拌方法时,需要重视起湿软路基的搅拌准备工作。干式的湿软路基需要在施工现场进行混合搅拌,然后注入到喷射机进行喷射操作。在进行喷射操作之前,需要在湿软路基中加入适量的水,通过对水量的严格控制,保证喷射粉状搅拌法的质量。应当选择性能较好的材料,在制作湿软路基时要严格按照比例,除此以外要严格控制搅拌时间,搅拌工作完成之后不急于喷射,要根据实验结果再决定后续。湿软路基各项指标符合要求之后工作人员将湿软路基喷以混合物,在喷射过程中人员注意手法和技巧的应用,保证喷射厚度适宜。

四、隔水技术应用

1. 掺灰处理

公路工程路基路面压实操作会应用到大量的外掺料,外掺料与土壤的比重存在较大差异,当路基中加入外掺料时其土量含量增加,此时外掺料的干密度也出现上升现象,但是压实量确不能达到相关标准。施工人员在外掺料应用前,应对外掺料的干容量进行机械测定,不能将拌合压实后的混合料比例作为实际应用标准,对外掺料剂量的检测结果应作为混合料配比的依据,这样可大幅度降低压实后的虚涨问题。同时,为了保证工程施工质量和效率,还需对施工过程中产生的各种影响因素加以分析,并针对这些不利因素采取相应措施予以解决。

2. 未筛分碎石隔水层的应用

垫层处治主要是通过改变地基的支撑结构,以达到加固地基的目的。当地基发生变形、沉降时,一般采用垫块垫底或垫板垫顶,将地基垫在垫板上。填筑垫片时在地基内部采用土石方开挖的方法进行填挖,填土时应先填满土层,待土质达到设计强度后,再进行垫料填入,垫面应平直,并进行夯实处理。根据《地基基础设计规范》,地基层采用30cm未筛分碎石隔水层。

未筛分碎石隔水层首先要具有较高的弹性模量,这样才能提供良好的荷载分布能;其次要具备较高的抗剪强度;当然还要具有高的透水性,可以使进入的自由水在有条件时能快速排出;另外其中的细土的塑性还要尽可能小,这样可以保证良好的水稳性。通常使用的材料一般为无结合料的级配碎(砾)石等。
  采用的材料级配良好,在充分压实的条件下,就可以保证有足够的强度和模量,可以满足受力的需要,但其透水性和水稳性很难以保证。在目前规范对这种材料的要求中。材料尽管有粘聚力,但非常的小,甚至不足以抵抗由于粘粒的自然膨胀所产生的作用。因此这种结构不利于提高路面使用寿命。
  要具有大的渗透系数,小于0.075mm以下颗粒含量要尽可能少,材料以嵌挤骨架结构为佳,具有较大的空隙率,这种结构毛细作用很弱,不易存水,具有较小冻胀性,真正能起到切断毛细水上升、防冻、吸收路基裂缝所产生的作用。

结束语:

随着社会的发展,城市化进程的加快,对公路工程的建造要求越来越高,施工难度也在不断增大。在进行建筑隔水施工时,需要在地基处理过程中利用隔绝水和隔流技术,减少地下水位,使水能够从地表进入地下,提高建筑的安全性。未筛分碎石隔水层技术在处理湿软地基时,提高地基的承载能力可以有效防止地基沉降,相对于其它施工办法,后期使用路基较为稳定,不受地下水位影响,节省大量的土资源。

作者简介:王佳文,出生年月:1990.2 ,性别:男,民族:汉,籍贯:陕西汉中,学历:本科

黄安,出生年月:1996.6,性别:男,民族:汉,籍贯:安徽宿州,学历:本科,

参考文献:

[1]彭小云.黄土沟壑区湿软地基处理方案决策模型[J].路基工程,2008(5):18-20.

[2]徐汉成.高压喷射注浆法在湿软粘土层地基中的应用[J].西安矿业学院学报,1999(2):

[3]陈国明.深水钻井隔水管与井口技术研究进展[J].中国石油大学学报(自然科学版),2013(5):129-139.

[4]崔春涛.湿软地基路基修筑技术的研究现状及展望[J].科学之友,2008(5):29-30.

[5]杨俊明.鱼塘区高速公路湿软地基处理方案[J].露天采矿技术,2005(4):39,42.