软基处理方法.pdf

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1、高速公路软基处理的几种方式 1 砂垫层 对于一般地段;软土层分布广;地下水位高;路基设计为：自下而上：50cm 土垫层 60cm 砂垫层 粉煤灰路基填土路基 粘土封层其中土垫层主要是将原地物地貌调平;砂垫层主要就是将软基中地下水排至路基两侧;以利地基稳定;并且有效防止弹簧现象向上反射.施工时;首先恢复中线;划好路基底面边缘线;进行清理掘除工作对于小的沟渠;应清除淤泥;回填砂;碾压后即可填筑土垫层;土垫层可分两层填筑;土垫层顶面一定要做好 2%-3%的路拱以利排水.砂垫层最主要的目的是排水;所以宜选用中粗砂;砂的含泥量小于 0.074mm 砂粒不宜大于15%.填筑前;先由测量组精确放出砂垫层的边

2、线;边线宽度应预留路基沉降量;做预宽处理;否则路基沉了后宽度不足;用装满砂的编织袋沿边线排好做成挡砂堤;高度与砂垫层厚同;外侧坡度与设计边坡相同;然后采用自卸汽车按一定间距卸砂;人工配合推土机整平;每 2-3 米设一检查点测量砂层厚度;松铺系数采用 1.10 左右;砂垫层一次全幅全厚上齐;顶面设置 2%路拱;砂垫层要用水密实;当路基荷载作用在砂垫层上后;砂垫层自动密实并将地下水挤出排走.2 粉喷桩处理 在大中小桥桥头、涵洞及通道处;对地基沉陷有严格要求的部位采用粉喷桩来加固地基对于粉喷桩钻机来说;钻杆钻头形式优劣关系到成桩质量的好坏以及成桩效率的高低;同时也影响钻盘转矩的大小;所以对钻头应优化

3、设计;使其满足钻速快、喷粉搅拌均匀的要求;此外钻头叶片的形式还应保证反向旋转提升时;对桩体混合土有压密作用;而不使灰土地面翻升而降低桩体质量;影响其密实度.施工前;首先要施工场地大致整平;根据图纸由测量人员精确放出要处理的软基范围;然后用小竹签等按照梅花型放出每根桩的桩位;间距控制在 1.2 米1.5 米;调试好各种机构设备;并在钻架上标好测深标记.将钻机对中调平;开动钻机进钻;一般软基或控制每分钟进尽 1.5 米2.0 米;遇到部分稍硬地层可放慢速度并加度后提钻并开支气泵、喷粉搅拌为增加固化剂沿桩截面分布均匀性;可采用管口喷与叶片相结合的方式施工;同时适当调整喷粉压力;以防堵管或喷粉困难;利

4、用自动称量装置控制供灰量;桩径 50cm 时;每延米桩长控制供灰不小于 45g 不计损耗.粉喷桩分为端承桩和摩擦桩;该段施工的大多数是摩擦类桩;摩擦类桩的桩轴力自上而下逐渐减少;最大桩轴力在桩的上部;这类桩由于地表覆盖层缺少必要的压力而易出现不密实或搅拌不均;以致影响桩的整体承载力;所以在钻头施喷完后要对桩上部 1/3 段重新喷灰复搅;以提高桩上部的承载力.3 塑料排水板 塑料排水板处理软基的原理是利用深插软基的排水板;避免路基外侧地表及地下水进入路基范围;当填筑路基时;荷载作用于软基;地下水由于受挤压和毛细作用沿塑料排水板上升至砂垫层内;由砂垫层向两侧排出;从而提高基底承载力.塑料排水板要在

5、砂垫层完成后施工;由测量人员测量出需处理的范围;也用小竹签定出每根排水板的具体位置;插板机对中调平;把排水板在钻头安放好;开动打桩机锤打钻杆;将塑料排水板送入设计深度;把钻杆提上来;将地面上的塑料排水板截断;并留有一定富余长度;在塑料排水板四周填砂后即完成本根施工.施工中;一定注意“回带”现象;即虽然钻头打至设计深度;但提升钻杆时;塑料排水板随钻杆提升而上升的现象;此时要采用在钻头用短钢筋头等办法防止“回带”现象.4、换填砂 对于软基面面积少;而且土层薄;比如有些淤泥质土;可利用换填砂土排淤;来提高基底承载力;这里不再赘述.摘要：本文以上海建成的几条高速公路软基处理及沉降观测资料为基础;分析指

6、出地基处理不可能消除工后沉降;选择地基处理方法应与地基条件、路堤高度相结合;不同处理方法均需足够的预压;地基沉降规律较符合双曲线关系;工后沉降引起横坡改变;加筋土桥台是消除“三孔”跳车现象的有效方法.关键词：高速公路 软土地箕 处理技术 1 上海高速公路软基处理发展过程概述 上海地区高路堤软基处理的主要目的是减少高路堤工后沉降量;路堤稳定性是地基处理的重点.1984 年上海第一条高速公路沪嘉高速公路开始修建;至今已有莘松、沪嘉东延伸段、沪宁及沪杭等高速公路相继建成或处于工程建设之中.表 1 列出了各条高速公路的最大路堤高度与局部路段曾使用的地基处理方法.上海高速公路建设情况一览表 表 1 工程

7、名称 长度 km 最大高度 平均高度 建设期 地基处理 备注 m m 沪嘉 15.6 4.5 2.7 1984.4 1988.10 粉煤灰填筑砂井堆载预压 多数欠载;部分试验路超载 莘松 20.59 7.5 3 1985.10 1990.12 粉煤灰路堤砂井塑料排水板 等载为主 沪嘉东 延伸段 5 8.9 3 1992.2 1993.12 粉煤灰路堤不处理超载;粉喷桩 粉喷桩为欠载预压 沪宁 上海段 26 7.5 4.3 1993.8 1996.10 粉煤灰路堤粉喷桩;钢渣桩 粉喷桩主要是欠载 沪杭 上海段 26 7.5 4 1996.8 1998.10 粉煤灰路堤塑料排水板;粉喷桩;钢渣桩

8、1984 年沪嘉高速公路主要采用袋装砂井;最大路堤高度控制在 4.5m 以下;在部分试验段进行了超载预压;多数路段为欠载预压;且预压时间不足.试验路还进行不同砂井间距的对比;在不同间距砂井处理段之间设过渡段.有些路堤采用粉煤灰;约减少了路堤自重 1/4.1985 年莘松高速公路仍采用袋装砂井处理;同时进行了塑料排水板试验;在堆载方面强调等载预压的技术措施.新桥立交采用全粉煤灰路堤试验;地基采用砂井处理;最大路堤高度达7.5m.1992年沪嘉高速公路东延伸段大规模采用粉煤灰路堤;地基用粉喷桩处理;最大路堤高度达 8.9m；此外还进行了不处理地基条件下的超载预压试验；为解决“三孔”跳车;首次试用加

9、筋土桥台;以期保证桥台与路基的同步沉降;减少差异沉降.1993 年沪嘉高速公路上海段地基主要采用粉喷桩处理;并对钢渣桩进行了试验.1996 年沪杭高速公路动工修建;在地基处理方面总结以往经验.根据软土层厚度分别采用塑料排水板、粉喷桩、钢渣桩等处理技术;并进一步使用超载预压;采取综合处理;因地制宜的技术方案.2 上海软土地基特性 上海的地基主要为沿海软土层.从高路堤的工程特性来看;影响沉降量及工后沉降的主要土层为：褐黄色粉质粘土俗称“硬壳层”;淤泥质土;暗绿色粉质粘土等.根据该三类土层的分布及厚度;上海的地基土主要分两大类：一类地基“硬壳层”厚度一般在 23m 左右;淤泥质土厚度达 10m 以上

10、;暗绿色土层埋藏较深或缺失;该类地基采用砂井等竖向排水固结法或粉喷桩法无法打穿淤泥质土层;地基土的压缩变形量大；另一类地基“硬壳层”一般或较厚;淤泥质土层不厚;暗绿色土层埋深浅;该类地基可采用打穿软土层的处理工艺;地基土的变形量较小.根据上海几条高速公路的地质资料绘制而成;可以看出上海地基土的厚度存在较大的差异.表 2 为三类土的主;要物理力学指标.上海地基土主要土层物理力学指标 表 2 符 号 土名 孔隙比 e 天然含 水量%塑性 指数 lp 液性 指数 lL 压缩 系数 压缩 模量 KPa 天然 密度 抗剪强度 固快 容许 承载力 kPa CkPa 褐黄 色硬 壳层 0.9 1.06 26

11、.5 38 7 16 0.6 1.1 0.14 0.33 46 18.5 20 27 11 22 100 110 灰色 淤泥 质粉 粘土 0.96 1.3 40.6 49 14 15 1.5 1.67 0.62 0.88 2.5 3.1 17 17.6 15 17 13 60 80 灰色 淤泥 质粘 土 1.2 1.45 40 60 11 1.89 0.68 2.5 2.9 17.5 15 17 13 60 80 暗绿 色粉 粘土 2 3.5 24.1 12.7 0.44 0.22 6.5 7.4 19.7 2.0 16 53 185 3 高路堤软基处理总体评述 3.1 软基处理不能完全消除工

12、后沉降 在目前有限的施工期内;堆载时间不可能很长;要通过地基处理来完全消除工后沉降是不现实的;工后修补不可避免.高路堤软基处理不能完全消除工后沉降包括两层含义：一是工后沉降不可能为零；一是工后沉降不能满足地基处理设计的控制标准.上海地区高速公路工后沉降控制指标为：路桥连接段高路堤控制工后沉降为 10cm;结构物之间的高路堤段控制工后沉降为 30cm.根据上海沪嘉、莘松及沪嘉东延伸段几条高速公路建成通车后 3.58 年内高路堤的沉降观测资料;工后沉降量基本都超过 10cm;最大的工后沉降超过 50cm;砂井打穿软土层;工后沉降满足 10cm.表 3 列出部分路段的工后沉降观测结果.上海高速公路段

13、工后沉降量 表 3 沪嘉 莘松 沪嘉东延伸段 位置 1+030 1+486 1+541 4+465 新桥 立交 通波 塘桥 六磊 塘桥 庙塘 桥 0+400 0+550 0+938 1+190 时 间 范 围 88.10 96.12 88.10 96.12 88.10 96.12 88.10 96.12 90.12 93.6 90.12 93.6 90.12 93.6 90.12 93.6 93.12 94.10 93.12 94.10 93.12 94.10 93.12 94.10 路 堤 高 m 3.37 3.22 3.22 3.67 7.56 4.3 4.2 3 8.6 6.2 4.1

14、4.5 沉 4 8.6 16.6 28 24 14 19 16 22 17 3 5 降 cm 地 基 处 理 砂井 超载 打穿 天然 粉煤灰 等载 天然 粉煤灰 等载 砂井 填浜 未打穿 粉煤 灰 砂井 未打穿 粉煤灰 粉喷桩 未打穿 粉煤灰 粉喷桩 未打穿 粉煤灰 超载 粉煤灰 超载 从上海高速公路建成以来历年不断修补的事实来看;沪嘉自通车第一年就进行桥头沉降处理;连续 4 年以上;每年进行修补；莘松自通车后第二年也开始桥头沉降处理;到1993年;部分桥头已进行过二次处理;1993年6月以后;开始对几座沉降较大的桥接坡进行罩面处理；沪嘉东延伸段工程通车不到一年的时间内就对祁连山高架路堤接坡进

15、行了修补;通车三年内先后对其它两座桥接坡进行了罩面处理.通车 5 年后;路堤沉降基本稳定.这说明;采用地基处理后不可能消除工后沉降;工后修补不可避免.3.2 选择软基处理方法应与路堤高度、地基条件相结合 十多年来;上海先后进行过袋装砂井、塑料排水板、粉喷桩、钢渣桩及超载预压等地基处理方法的实际工程应用;从减少工后沉降的实践来看;各种软基处理方法在不同的路堤高度;不同的地基条件下;减少工后沉降的实际作用差异较大;具体表现为：1 同一种方法在某一路堤高度范围内效果较佳；2 路堤高度不同;处理方法的效果相比较存在差异；3 地基条件不同;不同处理方法的效果也存在差异.莘松、沪嘉及沪嘉东延伸段路堤工后沉

16、降高度的散点关系.莘松高速公路自松江立交至新桥立交范围内路堤高度多大于 3m;最大路堤高度达 7.65m;多数桥接坡采用砂井处理;工后沉降基本与路堤高度成比例：沪嘉高速公路自祁连山路至南翔段路堤高度在24m之间;部分路段桥接坡采用砂井处理;从总体上看;工后沉降与路堤高度成比例增加;个别情况路堤接近 4m 而工后沉降小于 10cm;路堤高度只有 2m 而工后沉降大于 10cm；沪嘉东延伸段为粉喷桩加固地基;在路堤高度大于 4m的情况下;工后沉降与高度成比例;且都大于 10cm.这说明不同地基处理方法的技术效果与路堤高度有关;还可以看出;当路堤高度达到45m以上时;选用砂井与选用粉喷桩的处理效果相

17、差不多.沪嘉与莘松的地质条件也有较大差别.沪嘉在近祁连山及桃浦路段;软土层厚度在 10m 左右;14m 深可见暗绿色土层;该路段砂井打穿软土层;因而工后沉降较小;3.3m 高度土路堤在工后 2 年内沉降小于 5cm；莘松高速公路近松江段软土层厚度达 1520m;采用砂井处理的路段一般经过一年半的等载预压;不少 3m 以下路段工后一年半的沉降达 10cm；沪嘉东延伸段软土层厚度 1015m;暗绿色土层缺失;粉喷桩处理工后沉降超过 10cm.这表明;在地基条件较好时;可选用砂井或粉喷桩等打穿软土层的处理方法;而软土层厚度大时;可采用较经济的砂井、预压处理方法.3.3 软基处理需要足够的预压荷载和预

18、压期 众所周知;天然地基与砂井需要一定的预压荷载和预压期.对粉喷桩、钢渣桩这一类柔性桩是否也需要预压荷载与预压期尚需论证.根据沪嘉东延伸段与沪宁高速公路的应用结果;粉喷桩处理地基仍需要一定的预压期.预压荷载分超载、等载与欠载三种类型.超载预压是减少工后沉降的有效方法;对于天然地基及砂井处理地基;应尽可能采用超载或等载预压形式.在沪嘉高速公路修建时;不少路段因工期紧;预压荷载达不到等载要求;因而工后沉降较大;即使某些 2.5m 以下高度路堤也不例外；莘松高速公路普遍采用等载预压;预压期保持1年以上;因而工后的沉降量相对沪嘉而言要小;个别路段因预压期不够;工后沉降较大；沪嘉东延伸段工程对 44.5

19、m 高度粉煤灰路堤采用超载预压;预压时间为 9 个月;工后一年半的沉降量小于 5cm;张泾河桥与桃浦河桥两侧桥接坡路堤由于预压时间短;工后沉降达 10cm.对于粉喷桩处理软基;较普遍的观点是沉降能很快稳定;预压荷载不强调等载或超载.然而在沪嘉东延伸段工程中;粉喷桩段路堤荷载采用欠载预压;预压时间仅 4 个月;4.2m 高粉煤灰路堤工后一年半沉降达15cm.可见;无论是砂井处理或者粉喷桩处理;保持等载是必要的.预压期的确定比较复杂;一方面要考虑工后沉降技术标准;另一方面又要现实地考虑工期太长;确定施工期沉降稳定的标准非常必要.从高速公路建设的实际情况看;沪嘉高速公路建设期 3.54 年;路堤预压

20、期 3 个月到 2.5 年；莘松高速公路建设期 5 年多;路堤预压期为一般在 14 个月；沪嘉东延伸段工程建设期 2 年;路堤预压期 49 个月；沪宁高速公路工程建设期 3.5 年;路堤预压期 69 个月;究竟预压多少时间较为合理呢下面就等载预压作一简要分析.当地基处理方式选定之后;地基的沉降规律就基本确定.比如;当砂井的间距、长度、直径、地基土类型选定后;地基固结规律就已确定;固结度仅与时间有关.表 4 中列出沪嘉、莘松等部分路段不同预压时间的固结度、沉降速率及工后沉降;可以看出;当预压时间达 6 个月时;沉降速率为 0.351.61mm/d;工后沉降为17.862cm；当预压时间达 12

21、个月时;沉降速率为 0.20.53mm/d;工后沉降为1329.3cm；当预压时间达 18 个月时;沉降速率为 0.110.32mm/d;工后沉降为8.522cm.要使工后沉降达到 10cm 的控制标准;预压期需要 2 年以上;在路堤大于 6m 或地质条件差的路段预压时间需 2.53 年.从沉降过程看;当路堤超过临界高度时;沉降速率逐渐增大;满载预压一段时间后;沉降速率逐渐减小;沉降曲线上一般存在一个拐点;拐点之前;增加单位预压时间减少的工后沉降量很大;拐点之后沉降速率逐渐变小;增加单位预压时间减少的工后沉降量逐渐减小;因此预压时间至少应超过拐点.拐点实际上是沉降速率变化最大的位置;部分路段拐

22、点时间见表 4.达到拐点的时间一般要 413 个月;地质条件好;达到拐点时间短;反之则长.不同预压时间的沉降速率及工后沉降量 表 4 沪嘉 莘松 沪宁 位 置 1+030 1+541 1+330 1+360 19+735 20+520 19+600 路 堤 高 m 3.37 3.22 4 4 4.2 7.4 6.7 沉降 速率 工后 沉降 沉降 速率 工后 沉降 沉降 速率 工后 沉降 沉降 速率 工后 沉降 沉降 速率 工后 沉降 沉降 速率 工后 沉降 沉降 速率 工后 沉降 6 个 0.61 18.4 0.44 17.8 1.8 51 1.61 62 0.35 19.3 0.81 55.

23、4 0.5 33 月 12 个 月 0.29 13.3 0.20 13 0.5 25 0.53 29.3 0.2 15.3 0.35 29 0.35 24 18 个 月 0.14 8.3 0.11 8.5 0.3 18.6 0.3 22.2 0.18 13.2 0.20 19.4 0.32 19 拐 点 6 9 13 13 5 4 5 地 基 处 理 砂井超 载打穿 天然 粉煤灰 等载砂 井未打穿 等载砂井 未打穿 欠载粉煤 灰粉喷桩 5m 未穿表 层 11m 硬土 欠载粉煤 灰粉喷桩 0m 未穿表 层 10m 硬土 天然地基 注：沉降速率单位;mm/d.工后沉降单位;cm.拐点为满载后月份.

24、由此来看;要使工后沉降量满足或接近 10cm 的标准;等载预压 1.5 年是完全必要的;在地基条件较差或路堤高度较低小于 3m 时;预压时间可减少为 1 年;而地基条件较差或路堤高度较高大于 6m 时;预压时间应增加到 2 年以上.按沉降速率达到0.10.2mm/d作为路堤稳定和施工面层的依据是符合地基沉降规律的.在等载预压条件下;工后沉降达到10cm的控制标准也是可能的.争取合理的工期;予以合理的施工组织;确保必要的预压期;是降低工后沉降最经济的措施;3.4 桥头接坡软基处理长度应与路堤高度、地基条件及工后沉降相结合 桥接坡软基处理长度取多少;没有一个明确的选择标准;多数路段以处理 50m作

25、为标准.从理论上讲;软基的纵向处理长度首先应保证减少工后沉降的需要;其次要确保道路纵向线形的流畅.从实际情况来看;桥接坡路堤预压期普遍较短;工后纵向沉降造成桥接坡段路面产生一个凹槽段;其纵向长度一般在 3050m;在路堤高度大于 5m 时;影响长度可达 80m;尽管产生这一现象的原因较多;但凹槽段的长度与形状变化不大;产生最大沉降处一般距离桥台 1015m;在搭板的端部存在较大的折点.从工后加罩改善路面线形的实践来看;工后沉降较小的桥接坡罩面长度在 2030m 左右;工后沉降在 1020cm 范围内的桥接坡罩面长度 5060cm 左右;工后沉降超过 20cm 的桥接坡罩面长度在 80100m

26、不等.由此看来;桥头接坡段软基处理的长度也应按路堤高度、地基条件及工后沉降等因素综合考虑;一般路段路堤高度在 5m 以下时取 50m 还是较为合理的.桥头接坡段软基处理是否有必要设置长度渐变或间距渐变的过渡形式;应根据地质条件来定.对于软土较厚的地基;工后沉降较大;有无过渡段不会反应在路面线形的变化;而对于处理深度能打穿软土层;工后沉降较小的情况;有必要设过渡段.事实上当路堤达到一定高度后整体刚度较大;地基条件变化反应到路面上也是平滑过渡的.3.5 路面横坡应增大 0.51%作为预留坡度 不处理地基及砂井处理地基;路堤断面沉降呈现锅底状;而粉喷桩处理后;断面沉降变得较为平缓.根据沪嘉、莘松等高

27、速公路观测成果;路面横坡改变随着时间与沉降的增大而增大.横坡与沉降成曲线关系;沉降小于 100cm 时;曲线斜率较大;超过 100cm 时;曲线斜率变小.当路堤高度大于 6m 或当地基条件较差;路堤总沉降为 120160cm;若工后沉降为 30cm 时;通车后横坡变化约 0.5%;而路堤高度在45m 左右时;总沉降量一般为 70100cm;若工后沉降为 30cm;通车后横坡变化约0.7%;而路堤高度在 45m 时;总沉降量一般为 70100cm;若工后沉降为 30cm;通车后横坡变化约 0.7%;沪嘉高速公路工后 8 年的路面横坡变化一般在 0.3%;少数路段达0.5%.可见;在施工时对路面横

28、坡增大0.51%;工后沉降引起横坡变化后;仍能满足设计要求.3.6 关于地基沉降规律及最终沉降推算 地基总沉降的推算方法有双曲线法、指数曲线法、对数曲线法等;曾有不少文章探讨过上海地区最终沉降量采用何种方法较为合理;从推算的结果看;对数曲线法最大;双曲线法次之;指数曲线法最小.从沪嘉高速公路工后沉降观测资料来看;沉降与时间不完全呈单对数关系;在单对数图中曲线尾部略微逐渐变平;说明用单对数曲线预测工后沉降略微偏大;可用双曲线推算；日本的观测资料表明沉降与时间呈单对数关系;杭甬高速公路沉降曲线不完全呈单对 数关系;但与对数曲线较为接近.从地质条件来看;日本的条件最差;杭甬的条件次之;沪嘉的条件相对

29、较好;这说明地质条件越差;曲线越接近对数曲线.实际上;对数关系反映了地基的流变特性;这是软粘土固有的工程特性.3.7 关于砂井与粉喷桩布桩间距的设计 间距设计是砂井与粉喷桩地基处理设计内容之一.砂井间距受地基固结度控制;根据沪嘉和莘松的试验结果;砂井间距大于 4.5m 后排水固结的作用已不明显;沪嘉的经验是;间距为 3m 与 1.5m 的布置方式能达到大致相等的固结效果;并且布桩间距越密;总沉降量也越大;同不处理地基相比较;砂井处理后可增加 10%左右的沉降量;从沉降过程看;增加的该部分沉降是在施工预压期内产生的;并不对工后沉降产生影响.因此上海地区可视具体地质条件;选用 1.53.m 布桩间

30、距.粉喷桩布桩间距受面积置换率控制;从桩长范围内复合体的模量来看;桩间距越小;模量越高;该范围内压缩量越小;但从路堤总沉降量来看;桩间距从1.41.6m之间变化;相应的面积置换率从 0.10.05m 之间;总体沉降变化不大;只是桩长范围内与桩端以下压缩量的相对比例发生了改变;桩距为1.4m时;桩长范围内压缩量占总沉降量的 10%;而桩距为 1.6m时;桩长范围内压缩量占总沉降量的 40%;从粉喷桩处理后总沉降量减少方面来看;基本能减少 2030%;桩间距变化并不产生总沉降较大的改变;粉喷桩间距通常采用 1.5m 尚有潜力可挖.3.8 关于路堤临界高度 上海天然地基在低路堤小于 2.5m 作用下

31、总沉降量不大;且沉降可很快稳定.根据莘松的经验;当填土在 1.8m 高时;经 15 个月预压;沉降稳定在 10cm 以内;填土高度在 22.3m 时;在两年时间内沉降稳定在 1520cm;曲线较平缓;因此莘松提出2.3m作为最佳填土高度;在此高度范围内无需地基处理.沪嘉的沉降资料表明;路堤高度在1.5m以下时;工后沉降仅34cm;路堤高度在1.92.7m时.工后沉降为811cm;大都满足或者接近工后10cm的控制标准;对路堤高度达到3m的桥接坡如马陆圹桥工后沉降为 14.1cm;略超过 10cm.从地质条件来看;沪嘉比莘松好;不处理地基的临界高度也略有变化;一般 2.5m 作为一个平均的临界路

32、堤高度还是比较恰当的.粉喷桩处理后地基也存在“临界路堤高度”.对存在这一高度的原因不少学者作过分析研究;笔者认为地基的超固结特性应是主要原因.地表以下 510m 范围内的土处于超固结状态;并且天然地基临界高度荷载与地基土先期固结压力相吻合.粉喷桩处理地基存在这一现象与天然地基有较大区别.桩土作为实体基础;当路堤高度达到临界时;实体与地基侧向摩阻力达到极限;桩尖产生刺入变形;桩尖以下淤泥质软土变形量较大;从而开始出现沉降量增大的趋势.根据沪嘉东延伸段实测沉降资料;当路堤高度达 3.53.8m 时沉降量较大幅度增加;这说明粉喷桩处理后对 3.8m 以下高路堤可较大幅度减少总沉降量;从而也较大地减少

33、工后沉降;但实际上对这样高的路堤采用粉喷桩处理并不经济.3.9 加筋桥台技术可消除“三孔”跳车现象 高速公路汽孔、机孔和人孔三孔这三类横穿通道是引起跳车的主要构筑物;其数量在高速公路桥涵通道中占有相当高的比例.虽然这些通道接坡路堤高度较大中型桥涵低;从沪嘉运营期的养护情况看;不少“三孔”跳车现象严重;需进行多次罩面处理.鉴于这种情况;在沪嘉高速公路东延伸段首次对古宗路汽孔和孟古路拖孔采用加筋土桥台技术;彻底解决了因差异沉降而引起的跳车问题;通车3.5年;两座通道无行车颠簸感觉;两座通道工后沉降曲线;可以看出;古宗路汽孔两侧路堤与桥台同步沉降;孟古路拖孔加筋桥台下沉较大;两侧路堤下沉较小;这是由

34、于两侧进行过超载预压;而加筋土桥台未预压过的缘故.尽管如此;行车无任何跳车感觉.事实证明;加筋土桥台技术是解决“三孔”跳车的一种可行方法.重要的是确保“三孔”的净空.4 结束语 纵观上海高路堤软基处理 10 多年来的研究过程;围绕解决路桥连接处跳车现象;已先后尝试运用了砂井包括塑料排水板、粉喷桩、钢渣桩、超载预压、超载砂井联合预压等多种方法;从采用单一地基处理技术走向因地而易;各种方法综合使用.地基处理不可能完全消除工后沉降;路堤高度是影响工后沉降的重要因素;地基条件是影响地基处理效果的主要因素;在软土层厚度能打穿的情况下;应坚决打穿以充分发挥砂井或粉喷桩的作用;在软土层较厚的情况下;应采用超

35、载预压加砂井联合处理方法;在路堤高度不大的地段可采用超载预压不处理地基办法;加筋土桥台技术是解决“三孔”跳车现象的有效方法;应该推广.弹簧土 弹簧土是指因土的含水量高于达到规定压实度所需要的含水量而无法压实的粘性土体；当地基为粘性土且含水量较大;趋于饱和时;夯打后地基踩上去有一种颤动的感觉;故名叫弹簧土.弹簧土的处理方法一般是翻土降低含水量;铺碎石或打石桩;掺灰土吸水等.简介：根据软土地基的生成原因和地基的厚度及其所处的位置;可采用表层处理法、置换法、加载法、竖向排水法四种方法进行软基处理.本文介绍了这四种方法的设计思想和注意事项.关键字：公路;软基;处理;方法 1234 道路软基处理 王葆茜

36、 摘要：根据软土地基的生成原因和地基的厚度及其所处的位置;可采用表层处理法、置换法、加载法、竖向排水法四种方法进行软基处理.本文介绍了这四种方法的设计思想和注意事项.关键字：公路 软基 处理 方法 道路软基处理尽可能早期进行;有充分的间隔时间使软基达到沉降稳定后方可进行填土施工.下面介绍软基处理的四种方法：1 表层处理法 表层处理法用于地表面极软弱的情况.该法是通过排水、敷设或增添材料等办法;提高地表强度;防止地基局部剪切变形;保证施工机械作业；同时尽可能把填土荷载均匀地分布于地基上.属于这类处理方法的有：表层排水法;砂垫层法;敷设材料法;添加剂法等等.1.1 表层排水法 对土质较好因含水量过

37、大而导致的软土地基;在填土之前;地表面开挖沟槽;排除地表水;同时降低地基表层部分的含水率;以保障施工机械通行.为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果;应回填透水性好的砂砾或碎石.设计、施工注意事项 沟槽的布置 沟槽布置要考虑利用地形自然坡度排水；填土沉降要注意坡度的变化；不使来自四周挖方部位的地表水、渗透水浸入填土；沟槽的间隔要尽可能加密;以增大排水能力;即使有部分沟槽被切断也不会妨害整体排水.沟槽的构造 沟槽尺寸一般取宽0.5m;深0.51.0m.填土之前在沟槽内用透水良好的砂砂砾回填成为盲沟.纵向盲沟一般沿道路纵向或中央纵向开挖;横向盲沟一般间距 10m15m 布置.沟槽内埋设多孔排水

38、管时;必须用优质反滤层加以保护.1.2 砂垫层法 对于地基上部软土层极薄且含水量大时;在软土地基上敷垫0.51.2m左右厚的砂垫层.这样可达到固结软土层;使砂垫层起到上部排水层作用；同时;砂垫层又成为填土内的地下排水层;以降低填土内的水位；在进行填土及地基处理施工时;为施工机械提供良好的通行条件.1.2.1 设计 如采用机械施工;在确定砂垫层厚度时;应考虑机械的重量;轮胎对地面接触压力;偏心程度及软土地基表层强度等.表 1 为砂垫层标准厚度.在极软地基上;仅用砂垫层来确保大型施工机械的通行;往往需要较厚的砂垫层;是不经济的;所以常与表层排水或敷垫材料等法并用.填土面积大且排水距离长;预计有多处

39、地下水渗出时;若仅用山砂作砂垫层;不能获得充分排水效果;应采用设置盲沟;砂垫层内的排水距离宜短不宜长.1.2.2 施工 砂垫层施工时应设放样板.摊铺作业一般采用自卸汽车与推土机联合操作.要尽量做到均匀一致.用透水性差的粉土作填料时;其坡脚附近的砂垫层一旦被土复盖;就有可能妨碍侧向排水;因此对砂垫层的端部要妥善处理.1.3 敷垫材料法 对于地基土层不均匀;可能发生局部不均匀沉降和侧向变位;可利用所敷垫材料的抗剪和拉抗力;来增强施工机械的通行;均匀地支承填土荷载、减少地基局部沉降和侧向变位;以提高地基的支承能力.敷垫材料主要有化纤无纺布、土工布、玻璃纤维格栅等被广为采用.设计、施工注意事项 应注意

40、地基表层强度;施工机械重量;以及填土荷载大小和宽度等;据以选用合适的敷垫材料.施工机械通过区域;使局部地段产生较大的拉压力;应作特别的补强.敷垫材料四周应超过填土边缘;端部卷入填土内;上面用填土压紧.在特别软的地基上进行第一层填土时;可使用放置干筏上的手摇传送带撒铺;有时也用皮带抛射式撒砂机撒铺.第一次撒布厚度应尽可能薄些;并要求用透水性好的河砂为材料.含砾石时;要注意不使其损坏敷垫物.1.4 添加剂法 对于表层为粘性土时;在表层粘性土内渗入添加剂;改善地基的压缩性能和强度特性;以保施工机械的行驶.同时也可达到提高填土稳定及固结的效果.添加材料通常使用的是生石灰;熟石灰和水泥.石灰类添加材料通

41、过现场拌和或厂拌;除了降低土壤含水量、产生团粒效果外;对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结;使粘土成分发生质的变化;从而促进土体稳定.设计、施工注意事项 生石灰消解程度的判断 生石灰消解过程伴随体积膨胀;在此期间进行碾压;不可能获得预期效果.因此在固结时要掌握发热温度、准确判断消解结束时间.添加材料的配比设计 添加材料的适当剂量;要根据所处理的土质;施工方法和试验配比的结果来决定.一般有改良土、石灰土、水泥稳定土较为常用.改良土是利用现场地基土掺石灰一般含灰 6后再次利用;其施工方便、造价低；石灰土是用黄土掺石灰一般含灰 1012后使用;其造价较改良土要高；水泥稳定土是用黄土掺水泥一般含

42、水泥 35后使用;其造价较贵;在秋、冬季雨天施工时;工期短时不得已采用;其优点是不需太长的养生时间;就可使地基固化板结达到施工要求的强度.固结与养生 用水泥或熟石灰处理;在拌和一结束即产生固结.用生石灰处理;从拌和时的初步碾压到生石灰消解结束;要进行二次固结;若强度足够可不必养生.但因土质或施工条件不同;被处理过的土质强度增长也各不相同;大体上以养生一周后的强度为所要求的固结强度.2 置换法 本法是以优质土置换软弱土;确保填土稳定和减少沉降量.施工方法分有人工挖掘置换和借填土自重或用爆炸法将软弱土挤出的强制置换.其施工都比较容易;多数情况下能在短时间内达到所要求的目的.从可靠性来说人工挖掘置换

43、较优.置换材料应采用即使受到水浸也不致降低承载力的粗粒土.但必须进行充分压实.3 加载法 加载法是为了预先促进软土地基沉降;增加地基强度;以防止设置在填土上或邻接填土的路面和构造物或者埋入填土内的构造物发生有害沉降而导致破坏.促进地基固结沉降的方法有：在地基上增加总压办法；减少土中的间隙水压提高有效应力法等.前者用填土荷载时;一般为填土加载法;后者又可分通过井点;竖井等的降低地下水法和在地表面铺砂;覆盖不透水膜使之形成真空;依靠大气压力加载来促进固结的大气压加载法.采用填土加载法时;须注意地基的稳定状态.而降低地下水法和大气压加载法则不必担心地基遭到破坏;但受到地基适应性的限制且工程费用大;一

44、般不采用.上述方法;都很少单独采用.3.1 填土加载法 3.1.1 方法与原理 已完成设计填土荷载qf时;其全部垂直力为PoPfP1;由此引起的沉降量为S1.加载后经t时间;固结度为U;又从图1b知沉降量为S1U;通过固结沉降过程时间 t 以后的残余沉降量为 S1.当增加 qs的超载时;全部垂直应力为 P0PfPSP2;由此引起的沉降量为 S2;加载经过 t 时间的度固结为 U;沉降量达到 S2U.此时如把 qs荷载卸除;对于 qfm 来说即达到了 UU 的固结度;换句话说;原只能达到 U 的固结度;由于超载 qs经 t 时间;增加了 U 的固结度.不过实际加载不会瞬时完成;卸荷后又会产生一定

45、膨胀;对已经增长的固结效果有些丧失.假如加载 qs及荷载时间选择恰当;经 t 时间后的残余沉降量如图 1b 所示;有可能从 S1减少到 S2.设计施工注意事项采用本法的主要目的是使铺装完成后路面残余沉降量控制在允许值以内.所以它与载荷重量、放置自沉时间、固结层厚和沉降时间曲线;及荷载设计、允许工期等有关.本法施工以不损伤支承荷载的地基稳定为宜.对难以保证稳定或加载重量很大时;应考虑与竖向排水井法或缓速加载法并用.如果仅为了处理沉降;可选择超载重量;且作长期放置自沉;其效果较好.由于沉降-时间关系一般是难以预测的;所以在施工时应进行全面的动态观测;随时注意防止地基的破坏;根据所获得的观测资料;确

46、定卸载后的残余沉降量和卸荷时间.3.2 降低地下水法 本法适用于上部;中间部位有砂层分布的地基;但粘性也仍然有效.本法的特点是与软土层深度无关.原理 设位于地下水位以下 Z 处的垂直总应力为 P;有效应力为 P0则 P0PYwZ 一旦使地下水位降低Z;水压分布发生变化;地下水面以下的压实有效应力为 P1则 P1PYwZ-Z YwZ 为增加的有效应力.通常可以认为;水位每降低 1m;有效应力增加 10kpa.如降低了的水位处;地基系由粗粒土组成;由于排水而使土的单位体积重量减小;于是 P 也变小;效果也就有所降低.设计施工注意事项 砂层的透水系数 使用井点时;理论可抽水深度为 10.3m;但考虑

47、水头损失和动力关系;能够降低水位的最大值约 5.56.0m 左右.邻近有水源河、池、海或沟时;需要抽水的量增多.降低地下水位;如对抽水区以外地域及沿线有损害时;为了既隔断对四周的影响又达到降低地下水位的效果;可在施工区间打入钢板桩围护.因为需在整个固结期内降低地下水位致使经历时间长;机械费用高.4 竖向排水法 在粘性土地基中设置垂直的排水柱;以缩短排水距离;促进地基排水固结;增加抗剪强度.由于垂直排水柱所用材料不同;分为砂井和纸板排水两种.4.1 砂井排水法 砂井排水法根据砂井的施工方法不同;可分为打入式、振动式、螺旋钻式、水射式及袋装式等.本法很少单独使用;多与加载法或缓速填土法并用;对层厚

48、大;均质的粘土地质最为有效；对泥炭质地基效果稍差.粘性土层固结所需时间 t 与垂直方向最大排水距离 D 的平方成正比.很清楚;粘土层越厚;所需固结时间就越长.4.1.1 设计 以间距 d 布置;直径为 dw 的排水砂井.设想直径为 de 的圆柱状地基;如间隙水只流向砂井;其固结时间为：t2Thde/Ch 式中：t-固结时间 d Th-水平向固结时间因数无因次 Ch-水平向固结系数 m2/d de-有效直径 m 当砂井间距离为 d 间见图 4；正三角形布置 de1.05d；正方形布置 de1.13d.dw-砂蟛直径 m 可知 de 越小;排水砂井间距 d 就越小;越能促进固结.固结度Uh与时间因

49、数Th是以有效直径和排水砂井直径之比nde/dw为参数.de 与垂直向的固结排水距离相对较小;所以多把垂直方向排水忽略.但粘占层厚度较小时;不能忽略.粘土层总的固结度 U 由下式求得.U1-1-Uh1-Uv 式中：Uh-水平向固结度；Uv-竖向固结度.地基处理范围;为了稳定;以填土坡面下为处理对象；为防止沉降;主要以路基顶面宽度下作为处理对象.设计排水砂井时;首先假定施工方法、砂井直径、排水距离和改良范围.然后进行稳定及沉降计算;若不能满足时;修正假定数据;再进行计算.并注意下列几点.是否有砂层存在.防止扰动四周土壤;避免降低透水性或地基强度.宜取尽可能宽的排水间距.一般情况水平向固结系数 C

50、h 为竖向的固结系数 CV 的数倍;但是由于砂井打设方法不同;实际 Ch 只能达到 CV 甚至小于 CV 的值.砂井中的砂;在固结过程中起到排水通路的作用;因此必须长期发挥良好的透水性能.通常采用干净优质的粗砂.4.1.2 施工程序 铺砂.在砂井施工之前;地表面先铺一砂垫层.并设置排水沟;使填土内不致有较高的地下水位.打入排水砂井.其法有打入式、振动沉桩式、射水式、螺旋钻进式及袋装式等.无论何种方式一般的沉入深度为 1520m;超过这一深度工程费用明显增大.打入式和振动沉桩式 这是最常用的两种方式.使用履带式起重机时沉入深度为10m 左右；使用特制的钢打桩架;沉入深度可达 30m.桩径一般采用