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【关键词】吹填土;强夯;强夯置换;道路地基处理;工后沉降
0 前言
进入新世纪以来,随着社会及经济的发展,沿海城市迎来了新一轮的发展期。开发港口、发展工业区、建设城市新区等等,急需大量的土地资源。在这种情况下,许多地方通过围海造地拓展城市空间,进行工业及民用设施的建设,以缓解城市人多地少的窘境。在围海造地的地基上进行工程建设的难点就是其地基土为软弱土:吹填土,吹填土是用挖泥船和泥浆泵把海中的泥沙通过水力吹填堆筑在一起而形成的沉积土。在吹填过程中,泥沙结构遭到破坏,并以细小颗粒的形式缓慢沉积。因而吹填土具有塑性指数大、天然含水量和孔隙比大、重度小、高压缩性、渗透性小等特点。而且由于其沉积时间短,一般处于欠固结状态,土质弱,强度低,因此必须经过地基处理后方可作为建筑物地基。地基处理方法的选择是否得当,对工程质量、建设周期及工程造价影响较大。本文结合某钢铁基地主干道项目道路地基处理的工程实践,对吹填土路基的处理方案进行比选分析,提出合理的地基处理方案,以达到安全合理,经济高效的目的。
1 工程概况
根据总体规划,本钢铁基地总占地面积约12.1526平方公里,临近海边,其中陆域面积约为3.4578平方公里,约占总面积的28.45%,海域面积约8.6948平方公里,约占总面积的71.55%,规划年产量1000万吨钢铁,目前主要进行厂区内主干道的建设。主干道分两期建设,一期修建钢铁大道,创业大道,环厂西路,环厂南路四条道路,四条道路总长度约为15.8公里,道路宽度除环厂南路为20m外,其余均为24m。为双向六车道的一级公路,设计车速为30km,最大载重量为平板挂车-120级。四条道路占地范围较广,横贯厂区东西南北四个方向。在道路建设的过程中,须同时考虑厂区雨排水,电力等管线的敷设。
根据总图布置,此次建设的道路有约12.4公里路面处在海域范围内,也即是处在吹填土的范围内,而且局部路段还含有淤泥。根据地质报告,这些土含水量高,压缩性大,强度低,土层厚,土质不均匀,未经处理不宜直接作为道路路基。而且要求处理的范围较大,因此对本项目来说,选择合理的道路地基处理方案,提高吹填土地基承载力,以达到经济、可靠、合理、周期短、易于施工并减少道路工后沉降是工程建设的关键。
2 地基处理方法的选用
2.1 地基处理方法的选择
根据道路等级及使用情况,本次对道路地基处理要求地基承载力特征值达到150kPa,密实度达到0.93。考虑道路两侧预埋管线的需要,处理范围为道路两侧以外各6m,整个处理宽度达到36m,全部处理面积将近45万平方米。要求处理的深度在6~8m,局部达到10m以上。为选择合理的地基处理方案,我们需要对常规的处理方法有所了解,在进行综合考虑后再确定最终的方案。软土地基上的地基处理,常规方法有真空预压、堆载预压、强夯、振冲碎石桩法,水泥搅拌桩法等,这些方法都各自有其适用范围,施工费用也各不相同,针对本项目的实际特点,经过多方比较,最终选择强夯法作为道路地基处理方法。
2.2 强夯法的优点
施工机具简单:强夯机具主要为履带式起重机。当起吊能力有限时,可辅以龙门架等设施。
节省材料:一般的强夯处理是将原状土施以能量,无需添加建筑材料,大大缩短施工周期。
节省造价:由于强夯工艺无需材料,节省了建筑材料的购置、运输、制作、打入费用,除了消耗油料外,没有其它消耗。
施工快捷:只要工艺适合,特别是对粗颗粒非饱和土的强夯,周期更短;但是,雨天影响比较严重。
3 强夯法与其它方法综合使用的探讨
在实际工程中,地质情况往往千差万别。就拿本钢铁基地的道路来说,因占地面积较广,地质情况也是各不相同。需要做地基处理的土质,从上到下基本上可以归纳为三大类:第一类为杂填土+吹填土(或其它软土)+岩石层,吹填土层厚度约为6~8m,整个场地均有布置;第二类为杂填土+吹填土+淤泥层+岩石层,淤泥层夹在吹填土范围内,厚度为1m~3m左右,主要在环厂西路布置;第三类为淤泥层+岩石层,淤泥层在最顶层,厚度最大可达8~12m,环厂西路和创业大道各布置有约1km。对第一类土质而言,强夯法能达到要求,但是对第二类,第三类的土质情况,仅仅采用强夯法是无法达到设计要求,这就需要我们采用多种方法综合起来进行全方位考虑。下面针对不同情况分别论述:
3.1 强夯法与换填法的结合
在本次施工的道路中,有大约2公里的路段其地质情况属于上述第三类土。根据地质报告,淤泥层的承载力特征值为65kPa,压缩模量为2.5MPa,为高压缩性土。重型机械设备及地基处理设备均无法直接在其上进行施工。故须对其进行先期处理,达到重型机械设备能在其上进行施工后才能进行强夯施工。因现场可以提供大量的开山石,在综合考虑了造价及工期等因素的基础上,这一类地基土均采取了淤泥土置换+换填开山石+强夯(强夯置换)的方案进行了此路段的地基处理。具体施工方法为:将软土区域开挖深度3~4m左右,将开挖出的软土外运,用开山石换填,在换填的同时进行碾压,换填完成后,在整个区域采用采用两遍点夯和一遍满夯。两遍点夯施工完成后再进行一遍满夯,满夯时采用能级1500kN.m。通过检测,各项指标均能满足设计要求。
3.2 道路二次形成方案
根据本钢铁基地的建设特点:建设周期较长,后期工程施工过程中会有大量的重载车使用已完工路面。为降低道路的工后沉降,在对类似工程进行多次考察研究后,我们提出了道路二次形成的方案。也即是在道路地基处理完成后,为了将道路的工后沉降降低到最小,建议道路分两段施工,待第一段沉降完成后再进行第二段施工。具体施工方案是:在第一段路基处理完成后,开挖至路槽标高4.2m(路面最终标高为5.2m),再铺筑开山石200cm,表面用5cm级配碎石找平,作为临时道路使用,道路中心线顶标高为4.45m。在使用的过程中,如果路面沉降过多,随时补充级配碎石,保证路面的顶标高在4.45m不变。第一阶段临时道路形成时,需沿道路两侧开挖临时排水沟,避免道路被水浸泡,影响道路质量。待沉降稳定后再进行第二阶段的道路结构层及路面沥青的铺设施工。第一阶段与第二阶段的施工时间间隔可根据试验数据确定或待整个项目完工后再实施。
采取这种施工方案,笔者认为有以下优点:可以利用地基土的自重固结作用及重载车的碾压作用将地基土的密实度进一步提高,从而使道路沉降先于道路结构层施工前发生,大大降低道路的最终沉降。此种方案不需要额外产生费用,同时也大大降低道路的维护保养费用。
4 结论
目前,本工程正在施工中,已施工完成的部分路段经检测已能达到设计要求。其实,不同的工程地质情况千差万别,而现有的成熟的地基处理方案也很多,如何兼顾经济,可靠,合理,周期短等因素,选择巧妙合理的方案是结构工程师应着重考虑的问题。随着科技的进步,在进一步加强对吹填土或软土微观结构的研究,结合物理、化学、力学等学科,积极开展实验研究及现场试验,探索新的有效处理途径,在当前社会具有非常重要的现实意义。
【参考文献】
关键字:山地别墅 高回填 地基强夯 经济
湖南大部属于丘陵地区,建设项目场区内高差较大,场地平整一般均考虑整个场区挖填平衡,山体挖方区场地老土甚至强风化外露,而低洼处回填高度可能超过十米。
基础设计中,往往将挖方区设计为独立基础,而填方区设计为桩基础,如此较好的解决了建筑物本身的沉降问题,而忽略了高填方区对整个场区的影响。
因土方回填高度大、范围广,且土方施工完成后,一般立即进行桩基、道路管网等工序施工,土方沉降较大,对道路管网、桩基施工、院间挡墙等后续作业施工质量造成了较大影响。采用地基强夯处理可有效消除高回填区的不良影响。
本文通过对管理过的一个山地别墅项目中的一些经验教训进行总结,探讨地基强夯处理在山地别墅项目中的应用可行性。
1、项目概况:
长沙某小区,一、二、三期均为别墅项目。场地现况地貌主要为原生山林及农田、小池塘,场区内高差较大,土方主要为挖取山头土方回填至农田等低洼处。填方区建筑均设计为桩基础。
一期工程启动时,土方工程已完成两年,基本完成了自固结沉降,高填方区对后续施工造成影响较小。
二期、三期工程均为当年开工、当年竣工,土方完成以后即进行后续项目施工,基本未完成自固结沉降。
2、经验教训:
项目二期因未充分考虑高填方区对整个场区的影响,工程部提出的对整个场区进行强夯处理的建议,未得到成本、设计部门的支持。
山地土方工程因高差变化大,回填高度大,很难做到严格的分层压实,特别是在春雨季、抢工的情况下,回填区很难达到设计要求的0.90以上的压实度。根据土方挖填平衡测量数据计算,实际压实度不到0.85,从而对后续施工造成了极大影响。
别墅项目为群体工程,道路管网、庭院管网、院间挡墙等附属工程较多,在松散较厚的填方区施工将产生较多的基础处理措施费用,且仍难保证施工质量。二期实施过程中就产生了道路破损、挡墙开裂、绿化深陷、管道压弯等质量问题。
在三期土方工程的实施中,为消除高回填区对工程质量的影响,对回填厚度在2.5m以上的回填区域进行强夯处理,对回填土及软弱下卧层进行地基改良,提高地基承载力,减少土方后期沉降。
为保证建筑物的可靠性,回填区建筑基础仍采用桩基础。回填区强夯处理参数适当降低,定为承载力140Kp∕㎡(一般可达160Kp∕㎡),影响深度6m。
3、强夯处理优点分析:
强夯法又名动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将夯锤(质量一般为10~40t)提到一定高度使其自由落下(落距一般为10~40m),给地基以冲击和振动能量,从而提高地基的承载力并降低其压缩性,改善地基性能。强夯法具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节约材料、施工文明和施工费用低等优点。
a、为保证施工顺利进行,将小区永久道路兼作施工道路,施工期间砼车、渣土车,载重很大,对运输道路要求很高。建在高回填土路基上的道路,采用一般的压实措施难以满足运输要求。而通过加大道路路基层厚度来提高承载力,不仅不经济且仍不可靠,同时管网仍存在较大的质量隐患。
对整个高回填区场地进行强夯处理不仅可较好的解决道路路基强度问题,同时也有效解决了道路、庭院雨污水管网沉降问题及场区沉陷问题。
b、强夯后的地基完全可以满足院间挡墙基础承载力承载力要求,可不对挡墙基础进行额外处理。
c、高回填区进行桩基施工,极易发生桩机沉陷、桩管倾斜等质量事故,采用强夯处理后可有效保证桩基质量。同时可有效消除高回填区负摩擦力影响,提高桩承载力,降低实际桩长。
d、场地经强夯后,沉降可达0.6~0.8m,可有效抵消松散系数造成的外运增加量,更好的保障整个场区挖填平衡。
e、经强夯后场地坚实平整、施工方便,因避免了路基、管网、基础等处理工作,极大的方便了项目的组织实施,保障了工程质量和安全,节约了工期和成本。
f、在采取强夯处理的情况下,土方工程无需严格的分层压实,加快了土方工程施工进度。而强夯施工每台机、每工作日处理面积约一千平米,与道路管网分段流水施工,可有效保证场地的及时移交,对总工期影响较小。
4、强夯处理经济分析:
项目三期总面积10.8万m2,需强夯处理面积3.2万m2,挖填方量各24万m3。强夯处理地基合同价格25元/ m2,强夯处理费用为32000×25=800000元。
强夯处理后减少费用粗步计算如下:
a、因未严格要求分层压实,可减少压实机械台班费用,三期土方挖运价格较二期减少0.5元/ m3,土方回填减少费用为240000×0.5=120000元。
b、强夯区域道路面积约2700 m2,因强夯处理后地基承载力加强,无需通过加厚基层厚度的方式保证道路承载力。道路基层处理减少费用按30元/ m2计,2700×30=81000元。
c、因强夯处理后,回填土摩擦系数由负摩擦转为正摩擦,可有效提高桩基承载力,按每根桩减少桩长1m、降低费用120元计,强夯区约800根桩,可节约费用120×800=96000元。
d、本工程土方挖填大致平衡,但因土方松散系数影响,仍将产生土方外运。而强夯处理可增加土方密实度(压实度一般可达0.95以上),减少土方外运量。根据经验,强夯处理可在回填压实到位的土方上产生0.6~0.8m的沉降,即强夯处理可消化土方32000×0.6=19200 m3,土方外运与场内平衡合同差价21元/ m3,减少土方外运可节约费用19200×21=403200元。
e、可节约大量施工措施费用:道路、庭院雨污水管网基础可不处理、放坡系数可减小;桩机等大型设备可减少高回填区铺设砖渣等措施费用;院间挡墙基础无需采用额外的处理措施,如增设基础梁、松木桩甚至洛阳铲桩等;塔吊、提升机等垂直运输机械无需设置桩基础等。
经计算,800000-120000-81000-96000-403200=99800元,不采用强夯处理将产生的施工措施费用远超99800元,强夯处理地基经济上是可行的。
5、强夯参数确定及质量控制:
a、施工准备:对现有场地植被进行清表后,回填优质客土至预定场地标高以上0.6m(强夯预沉降),并平整;
b、选定强夯施工单位`:按设计需要的承载力要求、处置深度要求优选经验丰富的强夯施工队伍;
c、工艺参数:施工前应进行试夯,选定夯锤重量、底面直径和落距,以便确定最后下沉量及相应的最少夯实遍数和总下沉量等施工参数。试夯的密实度和夯实深度必须到达设计要求。
本工程工艺参数选用强夯锤重10t、落距10m、锤距3.5m、单点夯击遍数5~8次、最后两锤沉降差小于6cm、点夯完成后整个强夯区普夯一遍等;
d、施工质量控制:编制详尽的施工方案,严格按施工方案和施工规范控制,做好施工过程中的监测和记录工作,确保施工质量;
e、质量检验:按设计规定的检验时间进行标准贯入试验、静力触探试验和荷载试验,确保地基加固效果满足设计要求。
6、结语:
三期工程经地基强夯处理后,施工现场条件明显改善,附属工程施工顺利且质量得到了较好保证,保障了主体工程的及时进场和项目总进度计划。
山体别墅中,对高回填区进行地基强夯处理,可有效保证项目质量安全和进度,综合成本也可降低。地基强夯处理技术可靠、质量可控,在山体别墅高回填区处理是可行的。
强夯法,又称动力固结法,是反复将夯锤提到高处使其自由落下,给地基以冲击和振动能量,将地基土夯实的地基处理方法。强夯置换法是将重锤提到高处使其自由落下形成夯坑,并不断夯击坑内回填的砂石、钢渣等硬粒料,使其形成密实的墩体的地基处理
方法。
强夯技术具有经济易行、加固效果显著、设备简单、施工便捷、施工周期短、节省材料、适用范围较广等优点,在地基处理中广泛被采用。
强夯及强夯置换法的主要设计参数
1.地基加固机理
强夯法加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理,即用冲击型动力荷载,使土中的孔隙减少,土体变得密实,从而提高地基土强度;然而,用强夯法处理细颗粒饱和土时,则是借助于动力固结的理论,即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波,破坏了原有的结构,使土体局部发生液化并产生许多裂隙,增加了排水通道,使孔隙水顺利溢出,待超孔隙水压力消散后,土体
固结。
强夯置换桩的作用机理类似于碎石桩。通过置换挤密形成碎石墩,构成复合地基,提高地基承载力,降低了地基的沉降。同时,碎石墩具有较好的透水性,有利于超孔隙水压力消散,加快了地基的固结和土体强度恢复。
2.有效加固深度
有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据,又是反映处理效果的重要参数。一般可按下式估算有效加固深度:。其中,H 为有效加固深度,m;M 为夯锤重,t;h 为落距,m;a为系数,须根据所处理地基土的性质而定,对软土可取0.5,对黄土可取0.34~ 0.5。目前,国内外尚无关于有效加固深度的确切定义,但一般可以理解为:经强夯加固后,该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。在缺少经验和试验资料时,《建筑地基处理技术规范》JGJ79―2002中建议可按表6.2.1 预估。
3.夯锤与落距
夯锤可用砼及铁制作,夯锤形状现多为圆形,锤重宜取100~250 kN。夯锤宜设若干个排气孔,孔径宜取250~ 500 mm,过小易堵孔,丧失排气作用。
落距应从实际夯击面算起至夯锤底面止,但为了有效利用夯击能,应合理确定夯击面高程。夯击面过高,夯击能浪费在表层,持力层加固效果减弱;夯击面过低,则地下水位过高,增加施工难度,同时也往往使基础底面位于受面波和剪切波的干扰而形成的表层松动区内。根据工程经验,夯击面的高程应确定在建筑物相对高程+0.00m至+0.50m范围内。由于强夯过程中产生的面波和剪切波的影响,地基表层2.0 m
左右深度范围内的加固效果反而不如其以下区域。
单击夯击能为夯锤和落距的乘积。一般夯击时最好锤要重和落距要大,则单击能量大,夯击击数少,夯击遍数也相应减少,加固效果和技术经济较好。强夯的单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑,并可通过试验确定。
4.夯点布置与间距
夯点需有一定间距,使冲击时夯坑产生冲剪,在夯坑底形成一挤压加固区,为使所产生的挤压力受周围土约束,侧面应不隆起,因此侧面应有一定间距的不扰动土,不能一夯挨一夯。由于夯点间距大,夯点间需增设夯点以加固未挤密土,故需增加遍数,这种分遍实际上是夯点分批夯击。
夯击点位置可根据基底平面形状,采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点问距可取夯锤直径的2.5~3.5倍,第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点问距可适当减小。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程,第一遍夯击点间距宜适当增大。
5.垫层
对软弱饱和土或地下水很浅时,常需在表面铺设砂砾石、碎石垫层,厚0.5~1.5 m,以形成一覆盖压力,减少坑侧土隆起,使坑侧土得到加固,也有利于机械作业。垫层厚度不宜过小,过小不起作用;也不宜过厚,过厚时在锤底形成大的垫,扩散动应力,减少下部软弱土的加固作用。
工程实例
1.工程概况
南埔路位于南埔电厂一期贮灰库南侧,设计长1.67Km,里程号K0+000~K1+670,本工程全线采用计算行车速度40km/h的城市Ⅱ级次干道的标准建设,双向4车道,24m路基宽度。
路基基础软土主要为②淤泥层,淤泥层厚度在3.0m~10.1m之间,是天然路基的主要压缩层。淤泥土的特点是含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低,自然条件固结速度慢,在上部荷载作用下将产生较大沉降量,影响上部结构稳定。因原施工便道实施时采用抛石挤淤处理,使得软基处理工艺选择受较大限制,经多方案比较论证,采用强夯方案。
2.施工工艺
(1)施工方案选取
南埔路软基进行分段处理,其中淤泥深度0~7m的路段采用抛石挤淤+强夯施工。淤泥深度7~9m路段采用碎石强夯+块石置换。软基处理路段处理完毕后回填砂至现有便道处理后的同等标高后再次进行强夯施工。
1)7~9m的软基施工方案(K1+160~K1+280、K1+560~K1+670)
先回填碎石垫层至+0.8m。第一遍点夯夯击能为2000kn.m,锤直径为2m,桩位间距为5m*5m正方形布点,回填料采用碎石,夯击数为10击。然后在第一遍点夯的基础上进行第二遍有效置换,第二遍置换锤径为1.35m,夯击能为2000kn/m,夯击数为15击,回填料采用块石。
2)5~7m的软基施工方案(K0+460~K1+160、K1+280~K1+560)
首先从便道往外逐渐赶淤抛石抛至+0.4标高,然后采用夯击能为3000kn.m,布点间距为6m*6m的梅花点分两遍进行强夯施工,每遍击数为8击;再回填碎石至+0.8m标高,之后再以1000kn.m的夯击能进行1/4的搭接满夯处理,满夯击数为1击。
3)3-5m抛石挤淤段处理方法(K0+105~K0+460)
首先从便道往外逐渐赶淤抛石抛至+0.4标高,然后采用夯击能为2000kn.m,布点间距为6m*6m的梅花点分两遍进行强夯施工,每遍击数为6击;再回填碎石至+0.8m标高,之后再以1000kn.m的夯击能进行1/4的搭接满夯处理,满夯击数为1击。
4)现有便道的处理方法
现有便道清表30cm,软基处理段回填砂至清表后便道同等标高,后进行新旧路基第三遍强夯处理,处理方法为锤径为2.5m、夯击能为2000kn.m、点夯间距为6m*6m的梅花布点分两遍,收锤标准为最后两击平均沉降量不大于15cm,之后再以1000kn.m的夯击能进行1/4的搭接满夯处理,满夯击数为1击。
(2)工艺流程
抛石挤淤+强夯施工:场地排水、清理杂物抛石挤淤至+0.4m高程两遍强夯、坑位片石回填碎石铺设至+0.8m高程满夯回填砂至清表后便道标高新旧便道强夯新旧便道满夯碎石强夯+块石置换:场地排水、清理杂物回填碎石至+0.8m高程碎石强夯、坑位回填块石置换回填砂至清表后便道标高新旧便道强夯新旧便道满夯
(3)强夯施工控制要点
1)试夯:在正式施工前作强夯试验,以校正各设计施工参数,考核施工设备的性能,为正式施工提供依据。试夯应有单点及小片试区,必要时应有不同夯击能的对比,以提供合理的选择,使方案更趋完善、合理。
2)上场的施工机具检查:吊车、夯锤(重量、直径)、自动脱钩装置及辅助施工的推土机、碾压机、水准仪。
3)夯实过程的记录及数据:夯锤落距、夯击能大小、夯点位置、每个夯击点的每击夯沉量、场地隆起及下沉记录、附近建筑物的变形监测;满夯前根据设计基底标高,考虑夯沉预留量并整平场地,使满夯后接近设计标高。
4)对每个夯点的最后一遍夯击及满夯,应控制最后二击的贯入度符合设计或试验要求值。
5)在饱和软弱土地基上施工,应保证吊车的稳定,因此有一定厚度的砂砾石、块石等粗粒料垫层是必要的。
6)注意吊车、夯锤附近人员的安全,为防止飞石伤人,起锤后,人员应在10 m 以外并带安全帽,严禁在吊臂前站立。
7)强夯及强夯置换桩质量检测,根据实际工程情况,采用合理的检测方法。
质量检验
为了评价地基处理效果,进行了抛石挤淤强夯及强夯碎石桩质量检测试验,检测方法:瑞雷波断面检测、钻芯取样、重型动力触探法;检测数量:瑞雷波按南埔路每100m一断面3个点共取15个断面45个检测点位检测,钻芯取样按段共随机抽取26个强夯点位,重型动力触探法检测K1+307管涵段强夯地基5个点位。
1.瑞雷波断面检测、钻芯取样
选取其中5个强夯点位数据作为桩体深度参考(表1):
根据上述表格三方数据对比,强夯原始记录、瑞雷波数据基本符合钻芯取样实测数据,对整个工程软基处理具有指导意义;瑞雷波判断抛石体厚度虽存在一定的误差,但却能较好地判断出挤淤程度。通过15个断面45个点位的瑞雷波检测,按设计工艺施工,软土地基下部可完全挤淤。
2.重型动力触探法
地基承载力计算公式y=35.96x+23.8(y地基容许承载力Kpa,x重型触探击数),因此试验每贯入土层10cm的锤击数N63.5≥5击/10cm时,地基容许承载力特征值 ≥200Kpa。
K1+307涵洞段5个点位重型动力触探法试验数据(表2):
根据测点J-1~5现场试验数据显示,每贯入土层10cm的锤击数N63.5均>5击,地基承载力特征值均>200Kpa,因此地基承载力满足设计要求。
结语
工程实践证明,强夯及强夯置换法可有效加固饱和淤泥质软土地基,大幅提高地基土的承载力;施工简便,过程易控制,工期短,费用低,有明显的经济和社会效益。到目前为止,因强夯法还没有一套成熟和完善的理论和设计计算方法,所以针对不同的地质情况,工前强夯试验及施工经验尤为重要。
[关键词]道路;软基加固技术
中图分类号:TU562 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)26-0140-01
引言
随着城市进程的不断加快,市政道路建设的规模和范围也越来越广。然而由于我国不同地区的地质条件极为复杂,特别在一些内地湖河沉积地区经常会出现大范围的软土地基,如何在这些软土地基上开展高质量道路工程的建设成为相关专业领域研究人员共同关注的问题。而软土基加固技术能够在尽可能减少混凝土用量的情况下提高地基的稳定性和强度,其广泛使用对于提高市政道路工程质量具有重要的现实意义。
一、道路软土地基的识别
在道路施工中,软基加固技术是必须要应用的技术,但是具体应用哪类加固技术,首先要确定道路软土地基的类别,因为不同的软基加固技术适用于不同的道路施工中。另外,道路软基施工工艺涉及的内容非常多,如果在施工过程中,发现使用的加固技术并不适用,需要重新采取方法,这不仅费时费力,还增加了道路软基施工成本,甚至会影响施工人员的情绪,所以在利用软基加固技术之前,必须做好软基加固工作,否则会带来很多不必要的麻烦。有很多因素导致了软土地基的出现,但是主要因素有以下几个:
首先是由天然细粒的密度太低,不能满足正常的道路地基施工要求,这种情况经常发生在雨水比较多的地方,因为这些地方雨水比较多,天然细粒中的水分要与其他地区的天然细粒要丰富很多,这样道路地基的土密度就会相应的降低,比较松软,进而出现软基的情况;其次,有些道路地基软基之所以会比较严重,主要是因为孔隙比的影响,这也是道路软基辨别的一个主要方面,一旦出现孔隙比较大,在施工之前就应该采取有效的措施,事先做好预防;最后,除了上述两个原因会形成道路软基外,还有一个就是液塑限,在施工过程中,如果能够将这个问题解决,道路软基的问题也就基本解决。解决该问题的关键就是做好含水量的控制工作,一般情况下,都会选择路基填料的方式,这种方式相对来说比较减简单,只要选择好填料即可。
二、软基加固技术分析
在市政道路施工过程中,如果没有进行软基加固处理,就会导致市政道路施工质量出现大幅度下降。随着各类施工技术的发展,市政道路软基加固技术已经得到了极大的进步,目前国内使用的软基加固技术,有效的提高了市政道路施工质量。为了使市政道路施工质量得到有效提升,必须分析出不同软基加固技术的优缺点,并且详细研究软基加固技术的使用效果,深入了解不同的软基加固技术。
1、粉煤灰碎石桩技术
目前我国大多数市政道路施工阶段都需要采用软基加固技术,而最常见的软基加固技术是粉煤灰碎石桩技术,该技术效果优异,在我国各大城市进行市政施工时都有应用,加固技术较为成熟。粉煤灰碎石桩技术的加固原理为:将水泥、粉煤灰、碎石、石屑进行混合,在掺混均匀后注入等比例水进行搅拌,搅拌均匀后可以混合准备好的材料,凝固后形成高粘度桩体结构。在凝固后的高粘度桩体结构通过检验后,可以将其与软土路基掺混,仔细的掺混之后可以形成复合垫层。复合垫层可以在多个方面上满足市政道路施工要求,而且对道路工程软土路基稳定性提高也有很大的帮助。粉煤灰碎石桩技术在市政道路施工过程中具有较大优势,具体优势为:施工流动性较大、强度比高于传统施工方案、经济效益优秀,可以在不影响道路施工质量的前提下节约原材料,而且其污染性较低,可以防止施工环境遭到破坏。但是粉煤灰碎石桩技术仍然存在一些缺陷,其主要缺陷就是泵管容易堵塞,一旦泵管堵塞就会导致施工停止,严重影响施工周期,而且如果管道压力过大,就会导致泵管爆裂。为了保证采取粉煤灰碎石桩技术不会影响施工周期,必须在施工前根据实际施工条件决定是否使用粉煤灰碎石桩技术。
2、强夯加固技术
采取强夯法作为市政道路加固技术,也是城市道路建设过程中常用的加固技术,其应用范围十分广泛。强夯法加固与动力加固技术是相同的技术,其主要技术施工方案就是通过机械设备实现软基加固。该方法的主要优势就在于:软基加固最终效果要优于其他软基加固技术;强夯法在各类应用区域都属于效果优异的加固方法;强夯法可以有效降低软基加固成本,而且施工工艺简单,可以在保证道路施工质量的前提下,使施工质量得到有效降低。强夯法软基加固技术采取机械设备碾压软土,反复碾压后可以使软土原始结构破坏,最终使软土强度得到极大的增强。采取强夯法作为软基加固技术,非常适用于工期较短而且施工面积较大的施工区域。
3、现浇混凝土管桩技术
现浇混凝土管桩技术是近几年在市政道路施工过程中发明的新型加固技术,与其他软基加固技术相比,现浇混凝土管桩技术更能满足城市化建设需要。现浇混凝土管桩技术的优势包括:采用振动沉膜壁防渗墙技术,而且还使用了预应力混凝土与振动沉管桩等多种新型技术,现浇混凝土管桩技术的施工工艺简单,可以有效缩短施工周期,对道路施工质量控制更加方便,可以有效提高市政道路施工质量。
4、水泥搅拌桩技术
此种技术在饱和软土地基的加固中比较常用,其基本原理是:把水泥当做常用固化剂,在地基处采用特制的搅拌机械将水泥与软土进行充分完整的搅拌使其发生一系列化学与物理反应以制成具有一定强度和稳定性的优质地基,从而增强变形模量和地基的承载力。
此种技术的具体施工工艺为:先将搅拌桩的桩位固定好,然后将搅拌桩机移动到指定桩位的区域,采用水平仪进行调平、对中,并用吊线锤或经纬仪对导向架的垂直度进行双向控制;在搅拌机开始预搅下沉的过程中使用后台拌制水泥浆液,在压浆前要先将浆液灌注到集料斗中;要选择使用普通硅酸水泥进行浆液的拌制,且要恰当控制水灰比,按照设计规范和要求确保每米深层搅拌桩的水泥用量在50K以上;然后将深层搅拌桩机的转盘进行正常启动,等到搅拌头转速达到规定标准后,才可沿着导向架使钻杆一边下沉一边搅拌,在下层过程中可通过档位调整下沉的速度,且保证工作电流在额定范围以内;待钻杆下降到设定深度后,便可以将灰浆泵打开,然后将浆液由管路输送至搅拌头出浆口,出浆时要及时开启拉近链条装置和搅拌桩机,以保证充分拌合土体与浆液;当搅拌钻头提升到距离桩顶50M高度后再将灰浆泵关闭,然后重复搅拌下沉;施工中完成一根桩后要一定桩机到下一根桩位,依次往下按照以上程序进行下一根桩的施工。该技术的主要优点是固化材料适用性较广,能够在大部分工程中应用;水泥等固化材料能够大量吸收软土基中的水分而提高软土基的粘结度;充分的搅拌使固化材料能够深入到孔隙内部并均匀分布,改善了软土基的强度效果;具有良好的节能环保作用,不会污染环境。
5、化学加固技术
如今的软土路基处理中,出现了一种相对较为成熟的简单处理方法,就是利用硅酸钠独特的胶凝材料性质,直接把硅酸钠注入到软土路基当中,来加固路基,减少软土路基的湿陷产生,俗称“水玻璃化学加固法”,由国外引入中国的,效果较好,能够简单有效的起到软土路基的加固作用。
三、结束语
软基加固技术对于提高市政道路的整体质量和使用寿命具有重要作用,因此,相关技术人员要加强软土加固技术的分析,不断拓展软土加固技术的应用范围及领域,并结合相关地质情况采取恰当的施工方案,以保证软土基的加固质量。
参考文献
[1] 杨秀星.高速公路施工中软土地基的处理[J].现代物业(上旬刊),2011,(7).
1道路桥梁工程软土地基施工处理前的准备工作。道路桥梁工程软土地基处理前的准备工作主要包括以下几个方面:
1.1现场勘查。软土地基的现场勘查工作主要包括:首先,现场的测绘调查,分析软土地基分布区域的地貌、地形等,同时分析软土地层的成因、范围、深度以及性质等;其次,选择科学的勘查点以及勘查手段,常用的勘查手段包括原位测试法、钻探式勘查法、室内土工试验法等;再者,软土地基评价,当获得了软土地基施工现场的相干参数之后,对各种数据进行分析和计算,获得软土地基的沉降性、均匀性、灵敏度以及承载能力等。
1.2选择合适的施工处理方案。根据现场勘查获得的相关数据资料,对比各种软土地基处理方法之间的优劣性,选择合适的施工处理方案,可以是某种施工处理方法,也可以是多种软土地基处理方法的组合,同时还应该评估施工技术、机械、环节、工期以及材料工程等各种印象因素,综合各种因素选择科学的施工方案。
2道路桥梁工程中软土地基的施工处理措施。目前,道路桥梁工程中软土地基的施工处理措施主要包括以下方面:
2.1灌浆处理技术。灌浆处理技术是通过利用电化学原理、高压旋喷法、粉喷法等将能够改善软土地基性质的浆液注入到地基裂缝中,灌浆浆液可以是水泥砂浆、水泥浆,还可以是化学材料,例如硅酸盐等,灌浆处理技术能够有效的改善软土地基的性质。粉喷桩处理技术是最常用的灌浆处理技术,该种灌浆处理技术的应用优势在于施工机械简单,操作方便,加固效果好等,在采用粉喷桩处理技术时,应该严格的控制钻机的位置,保证钻机按照既定的设计要求进行就位,桩的孔位置必须和设计图纸的位置完全吻合,垂直方向的偏差不能超过1.5%,通常不超过50mm,严格的控制水泥喷入量、停粉时间以及喷粉时间,以此保证粉喷桩的长度和质量,同时还应该做好施工日志,全面、详细的记录水量、孔深、孔位等信息。
2.2强夯处理技术。强夯处理技术是目前使用最广泛的软土地基处理技术之一,也称之为动力固结法,该种软土地基处理技术的工作原理表现为:将具有一定重量的重锤提升至一定的高度,然后由重锤自由降落,通过重锤的重力作用对地面产生巨大的冲击,以此起到加固地基的作用。强夯处理技术具有施工周期短、费用低、设备简单等应用优势,该种软土地基处理技术适用于低饱和粘土、杂填土、黄土、粉土、沙土、素填土等软土地基,但是不适用于饱和度相对较高的软土地基。因此,道路桥梁施工队伍在采用强夯施工处理措施时,应该充分的考虑施工现场的地质构造。
2.3排水固结处理技术。排水固结处理技术是最常见的软土地基处理技术之一,主要包括袋装沙井法、沙井法、砂垫层法等:砂垫层法指的是在软土地基的顶层铺设足够量的砂石,通过填土荷载将软土地基中多余的水分排出,该种排水固结处理技术能够实现排水固结和路基填筑的同步进行,达到在填筑过程中保证路基排水效果的目的,同时又不会承受过大的荷载被破坏;沙井加固处理技术指的是在采用钻探器械在软土地基上进行钻孔施工,然后选取足量的砂石灌入,吸收软土地基中的水分,以此实现排水固结的效果;袋装沙井加固处理技术指的是选取足量的满足施工要求的砂,将其装入到透水性良好的编织袋中,然后用专用的机械设备将沙袋打入到软土地基中,该种排水固结处理技术具有节省材料、费用低、施工效率高等优点,致使其在道路桥梁工程的软土地基施工中得到广泛的应用。
2.4换填加固处理技术。换填加固处理技术指的是根据勘察所获得的数据,选用强度高、稳定性好的石灰、砂石等置换原来的软弱土质,以此改良原有地基或者形成双层地基,达到加固地基、控制地基沉降等效果。在采用换填加固处理技术时应该注意以下几个方面:其一,根据道路桥梁工程的具体状况选择符合相关设计要求的换填材料;其二,在进行置换的过程中,应该进行分层换填、加固和压实,通常采用机械碾压进行处理,保证地基的压实度满足相关的施工要求,;其三,精确的计算换填的深度以及面积,保证换填施工能够顺利的进行。
二结束语