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预压地基!道路软土地基处理方法的选定应用

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(中国市政工程华北设计研究总院广州分院,广东 广州 511400)

摘 要:软土地基路段具有高压缩性、高含水性、大孔隙比等缺点,道路工程软土地基路段若处理不当,会严重影响道路的稳定和安全.文章通过广东省东莞市某道路工程软基处理方案比选的论证,探析了道路软土地基处理方法的选定及应用.

关键词:软土地基;换填法;粉喷桩;复合地基法;清淤换填法;排水固结法

中图分类号:U412文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2014)21-0100-02

1东莞市某道路工程的软土分布范围及地质特征

根据地形地貌、地层年代成因、岩性组合及地层岩土工程特征,项目场地属冲积平原区第四系松散土类工程地质区,地貌类型主要为三角洲平原,以松散沉积物为主,由粘土、粉质粘土、粉土、淤泥质土和砂砾卵石等组成;沿线软土主要为第四系海陆交互相淤泥质粉质粘土,局部含粉、细砂、腐殖质较多,呈局部面状分布.全线软土分布段落共11段,累计长度5.13km,除5段厚度及埋深大于3m外,其他一般均厚度小于3m.

沿线软土埋深基本为2~3m.软土类型属黏性土、淤泥或淤泥质土,软土一般呈流塑~软塑状,承载力低.含水量一般为38%~60%.孔隙比一般1.5~1.9,压缩系数一般为0.7~1.3MPa-1.

2软基处理方案比选论证

软土地基是指强度低,压缩量较高的软弱土层,多数含有一定的有机物质.软土地基的性质因地而异,因层而异,不可预见性大.在设计、施工过程中,稍有疏忽就会出现质量事故,因此,软土地基的处理是否合理恰当,直接关系着道路工程的投资,更影响着道路工程的质量和使用性能.

2.1常用软基处理方法

常用的软土地基处理方案主要为以下几种:清淤换填法;排水固结法(挖沙沟预压、塑料排水板、袋装砂井预压等);复合地基法(如挤密砂桩、碎石桩、粉喷桩、CFG桩、预应力管桩等).

2.1.1换填法.换填法是指将路基范围内的软土清除,用稳定性好的土、石回填并压实或夯实.从而改变地基的承载力特性,提高抗变形和稳定能力.

换填法具有施工工艺和机具简单、施工速度快、费用较低、质量易控制、效果好的特点.适用对于表层软土层厚度小于3m的路段软基进行处治.但挖出的淤泥需要占用土地堆放,对场地及周围环境有影响.

2.1.2挖砂沟处理软基.挖砂沟处理软基是通过竖向排水通道(砂沟)和砂垫层,结合堆载预压,使地基发生固结变形,使地基土的抗剪强度逐渐提高,从而提高地基的强度.

挖砂沟处理软基适用于表层软土层厚度小于3m的软基处治.此方案施工较简便,对周围环境无影响,但应进行预压,施工工期相对较长.

2.1.3塑料排水板与袋装砂井堆载预压法.塑料排水板与袋装砂井堆载预压法是常用的软土地基处治方法,一般结合砂垫层使用,适用于软基厚度不大、总沉降量较小的一般路段,其处治原理是利用提前加载进行预压加速基底软土固结排水,尽量让软基的沉降在填筑期与预压期完成,减少工后沉降.其优点是施工方便、造价低,缺点是需要预压、施工工期较长、工后沉降量较难控制.

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2.1.4粉喷桩、CFG桩、预应力管桩.粉喷桩是利用专用机械将软土地基的某一深度范围内的软土柱体用水泥等加固材料改良,加固而形成一根根的加固土体,并与桩间土形成复合地基,粉喷桩是通过桩体的置换作用,应力集中效应来提高路堤与土基的整体抗滑能力,进而减少总沉降.其桩体的单桩承载力及复合地基的抗剪强度较高.其优点是施工快捷方便、施工工艺简单、成桩工艺较易检测、造价较低(一般在50元/m);其缺点是粉喷桩处理含水量很大、有机质含量高的软土,效果不好,处理深度一般只能达到12~15m,对于深厚层的软基处理效果不佳.

CFG桩是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型.是由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和,用各种成桩机械制成的可变强度桩.其优点是施工快捷方便、施工工艺简单;其缺点是粉煤灰需外购,造价相对较高(一般在80元/m).

预应力薄壁混凝土管桩是一种优秀的桩基础材料,20世纪80年代后期国内开始大量应用于工程,为采用水泥、砂石料、高效减水剂、矿物质粉料、钢筋等原材料利用离心密实混凝土成型工艺进行生产的先张法预应力桩体,用柴油锤打桩机或液压静力压桩机进行施工,成桩后桩与桩间土形成复合地基.预应力管桩优点为:单桩承载力高、对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强、运输吊装轻便、施工速度快工期短、成桩质量检测方便;其缺点为:道路行业应用不广泛、施工工艺要求较高,同时其工程造价较高,一般Φ30cm的管桩施工造价约为150元/m.

2.1.5碎石桩、挤密砂桩.碎石桩和挤密砂桩总称为碎(砂)石桩,又称粗颗粒桩,是指用振动、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后,再将碎石或砂挤压入已成的孔中,形成大直径的碎(砂)石所构成的密实桩体,桩体与桩间土形成复合地基,并通过对地基土的置换作用,加速土基排水固结作用及“桩”的应力集中作用三方面来共同提高稳定性.此两种方案在软基处理的同时对砂土液化处理亦有明显的效果.现阶段碎(砂)石桩的深度可达20.0m以上,使得碎(砂)石桩更加适合于深层软基的处理.在施工工艺上,碎(砂)石桩工艺较复杂,对材料的要求较高,且因为其作用原理为对软弱土体的挤密作用,施工质量较难控制,同时采用振冲法施工对环境的污染较大.在造价上碎石桩造价较高,约60元/m,挤密砂桩造价一般为30~40元/m.

3软基处理比选结论及推荐方案

针对本项目的具体特点,在收集广东省及国内软基处理成功经验的基础上,结合本项目软土特点,拟推荐采用以下处治方案:

3.1对直接出露地表的薄层软土(小于3m)

主要有两种处理方案,即清淤换填法和挖沙沟预压法,考虑到本项目软土分布不广,多为洼地软土,且由于预压施工工期较长.因此,拟推荐采用清淤换填方法进行处理.

3.2对于厚度及埋深大于3m的软基路段

主要采用塑料排水板与袋装砂井堆载预压法或复合地基处理,由于本项目软土范围小,考虑到堆载预压法施工工期较长,拟推荐复合地基处理法.

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在常用的复合地基处理方法中,碎(砂)石桩对材料要求高,施工工艺复杂,质量不好控制,在广东省内采用较少,建议不予采用.

粉喷桩、CFG桩、预应力管桩三种方案,技术成熟,这几年广东省内高速公路软基处理中,都使用较多.考虑到本项目软基分布范围不广、厚度不大,且粉喷桩造价相对较低,推荐采用粉喷桩方案.

4结语

地基加固是形成路基稳固主体的必要条件,软土地基处理质量的高低直接影响到路基的基础承载力.本文通过东莞市某道路工程的软基处理方案比选的论证,介绍了几种常用的软土地基处理方案,探析各种软基处理方法在实际工程中的应用.软地基加固造价高、规模大,应注重技术和社会效益的提高,并切实保证道路建成后的安全.

参考文献

[1]李彰明.软土地基加固的理论、设计与施工[M].北京:中国电力出版社,2010.

[2]高大钊.地基基础测试新技术[M].北京:机械工业出版社,2010.

[3]陈冠雄,黄国宣,洪宝宁.广东省高速公路软基处理实用技术[M].北京:人民交通出版社,2005.

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