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摘要:本文首先指出了软土地基在我国是十分广泛的,然后分析了它的特点以及危害,指出软土地基在公路建设中的必要性。最后深入分析了软土地基处理的一些方法,我们只通过加强勘查与处理,才能有效的客服软土地基带来的工程危害问题。
关键词:软土;地基;土木工程;加固;施工
中图法分类号: 文章标识码:A
一、引言
软土地基包括:软粘土、杂填土、冲填土、饱和粉细砂、湿陷性黄土、泥炭土、膨胀上、多年冻土等,我国地域辽阔、地质复杂,软土地基范围广泛。软土在我国滨海平原,河口三角洲,湖盆地周围及山涧谷地均有广泛分布,特别是在珠江三角洲地区普遍分布。这些年来我国的GDP以及其所代表的国民经济水平有了飞速的提高,反映在基础建设上就是公路的数量和质量都有了质的飞跃。但是需要看到,现在在软土地基上修筑高速公路的数量越来越多。在这种情况下,必须充分考虑地基的变形和稳定问题,才能软弱土地基上的建设需求。
二、软土地基的特点
软土是在静水或缓慢水流、缺氧、多有机质的条件下生成的,往往与泥炭和粉砂交错沉积。在各种土中,软土应该说是比较年轻的沉积物,甚至还存在正在继续沉积的欠固结软土。软土具有下列性质:(一)含水量高、空隙比大成份主要是由粘土粒组和粉土粒组组成,含水量一般在34%-72%之间,孔隙比在1.0-19之间,饱和度一般大于95%,液限一般为35-60,塑性指数为13-30,天然容重约为15kN/m3-19kN/m3。且土中含大量微生物、腐植质和可燃气体,故压缩性高,且长期不易达到国结稳定。(二)剪强度低 通过现场作原位试验,可以发现软土抗剪强度很差。其快剪粘聚力在10Kpa左右,快剪内摩擦角在0度-50度之间。在荷载的作用下,如果地基能够排水固结,软土的强度将产生显著的变化,土层的固结速率愈快。(三)流变性强 软土层中因夹粉细砂透镜体,在平面及垂直方向上呈明显差异性,在荷载的作用下,软土承受剪应力的作用产生缓慢的剪切变形,并可能导致抗剪强度的衰减,其长期抗剪强度只有一般抗剪强度的0.4-0.8倍。
由于软土地基存在这些特点,所以软土地基的处理与一般地基不同,存在着很多风险。当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时,地基就会产生局部或整体剪切破坏。在动荷载(地震力、爆破、机器、车辆、波浪等等)作用下,饱和松砂的孔隙水压力增大,有效应力下降,砂土就像液体一样。与此同时,沉降也是其一个大问题。软粘土地基含水量高、压缩性大,同时软粘土的渗透系数小,固结系数小,完成沉降所需的时间很长,深厚粘性土层的沉降可达几十年,次固结沉降在总沉降中占的比例也较大。
三、对于软土地基的勘查
为了能够正确处理软土地基,勘查是第一位的。在其上进行公路桥涵、路堤的设计与施工方案的选择,都是来源于工程地质勘察资料。通常其勘查方法很多,例如钻探、坑探、物探以及标准贯入、静力触探试验、轻型动力触探等测试的方法,还有的采取多种方法相结合的综合勘探手段。只有选择适宜的勘察方法,对软土地基作出正确的评价和预测,才有可能提出经济合理、并且有效的处理措施,为施工图设计提供可靠的工程地质依据至关重要。
对于软土地基的地质条件应该尽量进行工程地质分区,按分区不同在区别地予以处理。在勘察设计时如地质工作做的不够深,在施工时一旦发现,可作些补充勘察及勘探工作,对地质情况作进一步了解。这里需要注意,钻探是划分土层最重要的一环,通过它可以知道软土的厚度、状态、颜色还有他们的地质层位,进而确定岩土层的主要物理力学性质指标等。不过这并不满足全部需要,有些软土有很强大流变性等性状,土样非常容易失水、受破坏,只是靠钻探方法不足以指导它确切的物理力学性质指标的,所以应该针对软土的特征、工程等级与特点采取相应的原位测试试验。
四、软土地基常用处理办法
对于软土地基的处理,现在已经有了许许多多的法子。
(一)表层处理法 这类处理方法又分为:砂垫层法、表层排水法等等。表层处理法适用于地表面极软的情况下,通过排水、敷设或增添材料提高地表强度,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部于地基上。比如表层排水法是在路基填筑前,在地面开挖水沟,以排除地表水,同时降低地基表层的含水量,确保施工机械的作业条件,为了使开挖水沟在施工中发挥盲沟作用,常用透水性良好的砂砾回填,可以应用粉煤灰,也可以参照国外的情况使用大块的硬质泡沫塑料。一般粉煤路有三种,那就是单一、土粉煤灰互层的以及土砂与粉煤灰混合的。其作用在于减轻路堤自重,能够很大程度上加快软土沉降从而加强土体的抗剪强度,而且它作为填料还有一个优点就是减少占地等效益。
(二)换填法换填法就是将基础地面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去,以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填,并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动,使之达到要求的密实度,成为良好的人工地基。当地基软弱土层较薄,而且上部荷载不大时,也可直接以人工或机械方法进行表层压、夯、振动等密实处理,同样可取得换填加固地基的效果。
(三)袋装砂井方法。这种方法是应用打桩机具把钢管打入,也可以利用高压射水等其它的方法,给地基打入一些规律的孔眼而且灌入中、粗砂从而形成砂柱。需要注意的是,在砂井的上面应该有垫层,以这样才能形成排水系统。这种砂井,非常有利于在软土层厚度大于5m时使用。但是其有效的处理范围往往不超过18米。采用这种方法时,如果井口太小,那么不利于施工,同時也不利于地基处理。所以现在一半应用到的网状织物袋装砂井,直径往往只有8cm上下,而造价却更加的低,特别是低于一般砂井。也不会因地基发生各种的变形从而失去连续性。
(四)强夯法 强夯法又名为动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将重锤(一般为10-40t)提到高处使其自由落下(一般落距为10-40m)夯击地基,从而使地基的强度提高。强夯法适用于处理碎石土、砂土、粉土、粘性土、杂填土和素填土等地基,它不仅能提高地基的强度,还能改善其抗振动液化的能力和消除土的湿陷性,所以还常用于处理可液化砂土地基和湿陷性黄土地基等。强夯法对于饱和度较高的粘性处理效果不显著,淤泥质土地基效果更差。因此淤泥质土地基应谨慎选用或采取其他方法。
(五)真空预压的方法。这个方法比较适用于软土地基上的桥头路堤建设。尤其是在工期紧迫的情况下,为了加快进度可以作为一种应急对策来应用。这种方法能够使得软土路堤迅速的沉降,从而提高地基承载力。虽然方法的效果很不错,但是需要看到它的成本也高,而且受限制与一些天气条件,比如在北方冰冻季节就不能使用。所以在实际应用中必须权衡这些各种条件来进行。
(六)短桩加固法置换法、排水固结法、加固土法、振密挤密法等方法在公路、港口等其它工程也被广泛应用,但存在桩体强度较小、质量控制难度相对较大、加固深度有限、沉降发展缓慢等缺陷,很难满足工后沉降控制要求高的一些需求。而工程造价相对较低的刚性桩(CFG桩、预应力管桩等)由于桩体强度较高,具有较大刚度,能够满足较大深度加固要求而被房建工程大量采用,公路工程中近几年也有少量应用,其设置方式还有待进一步深化研究。
软土对公路的危害,引起我国公路方面各具部门的重视,科研、设计、施工等单位全力以赴,协同作战,经过多年努力,已摸索了不少对策,并取得了可喜的成绩。
关键词:软土;地基;土木工程;加固;施工
中图法分类号: 文章标识码:A
一、引言
软土地基包括:软粘土、杂填土、冲填土、饱和粉细砂、湿陷性黄土、泥炭土、膨胀上、多年冻土等,我国地域辽阔、地质复杂,软土地基范围广泛。软土在我国滨海平原,河口三角洲,湖盆地周围及山涧谷地均有广泛分布,特别是在珠江三角洲地区普遍分布。这些年来我国的GDP以及其所代表的国民经济水平有了飞速的提高,反映在基础建设上就是公路的数量和质量都有了质的飞跃。但是需要看到,现在在软土地基上修筑高速公路的数量越来越多。在这种情况下,必须充分考虑地基的变形和稳定问题,才能软弱土地基上的建设需求。
二、软土地基的特点
软土是在静水或缓慢水流、缺氧、多有机质的条件下生成的,往往与泥炭和粉砂交错沉积。在各种土中,软土应该说是比较年轻的沉积物,甚至还存在正在继续沉积的欠固结软土。软土具有下列性质:(一)含水量高、空隙比大成份主要是由粘土粒组和粉土粒组组成,含水量一般在34%-72%之间,孔隙比在1.0-19之间,饱和度一般大于95%,液限一般为35-60,塑性指数为13-30,天然容重约为15kN/m3-19kN/m3。且土中含大量微生物、腐植质和可燃气体,故压缩性高,且长期不易达到国结稳定。(二)剪强度低 通过现场作原位试验,可以发现软土抗剪强度很差。其快剪粘聚力在10Kpa左右,快剪内摩擦角在0度-50度之间。在荷载的作用下,如果地基能够排水固结,软土的强度将产生显著的变化,土层的固结速率愈快。(三)流变性强 软土层中因夹粉细砂透镜体,在平面及垂直方向上呈明显差异性,在荷载的作用下,软土承受剪应力的作用产生缓慢的剪切变形,并可能导致抗剪强度的衰减,其长期抗剪强度只有一般抗剪强度的0.4-0.8倍。
由于软土地基存在这些特点,所以软土地基的处理与一般地基不同,存在着很多风险。当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时,地基就会产生局部或整体剪切破坏。在动荷载(地震力、爆破、机器、车辆、波浪等等)作用下,饱和松砂的孔隙水压力增大,有效应力下降,砂土就像液体一样。与此同时,沉降也是其一个大问题。软粘土地基含水量高、压缩性大,同时软粘土的渗透系数小,固结系数小,完成沉降所需的时间很长,深厚粘性土层的沉降可达几十年,次固结沉降在总沉降中占的比例也较大。
三、对于软土地基的勘查
为了能够正确处理软土地基,勘查是第一位的。在其上进行公路桥涵、路堤的设计与施工方案的选择,都是来源于工程地质勘察资料。通常其勘查方法很多,例如钻探、坑探、物探以及标准贯入、静力触探试验、轻型动力触探等测试的方法,还有的采取多种方法相结合的综合勘探手段。只有选择适宜的勘察方法,对软土地基作出正确的评价和预测,才有可能提出经济合理、并且有效的处理措施,为施工图设计提供可靠的工程地质依据至关重要。
对于软土地基的地质条件应该尽量进行工程地质分区,按分区不同在区别地予以处理。在勘察设计时如地质工作做的不够深,在施工时一旦发现,可作些补充勘察及勘探工作,对地质情况作进一步了解。这里需要注意,钻探是划分土层最重要的一环,通过它可以知道软土的厚度、状态、颜色还有他们的地质层位,进而确定岩土层的主要物理力学性质指标等。不过这并不满足全部需要,有些软土有很强大流变性等性状,土样非常容易失水、受破坏,只是靠钻探方法不足以指导它确切的物理力学性质指标的,所以应该针对软土的特征、工程等级与特点采取相应的原位测试试验。
四、软土地基常用处理办法
对于软土地基的处理,现在已经有了许许多多的法子。
(一)表层处理法 这类处理方法又分为:砂垫层法、表层排水法等等。表层处理法适用于地表面极软的情况下,通过排水、敷设或增添材料提高地表强度,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部于地基上。比如表层排水法是在路基填筑前,在地面开挖水沟,以排除地表水,同时降低地基表层的含水量,确保施工机械的作业条件,为了使开挖水沟在施工中发挥盲沟作用,常用透水性良好的砂砾回填,可以应用粉煤灰,也可以参照国外的情况使用大块的硬质泡沫塑料。一般粉煤路有三种,那就是单一、土粉煤灰互层的以及土砂与粉煤灰混合的。其作用在于减轻路堤自重,能够很大程度上加快软土沉降从而加强土体的抗剪强度,而且它作为填料还有一个优点就是减少占地等效益。
(二)换填法换填法就是将基础地面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去,以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填,并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动,使之达到要求的密实度,成为良好的人工地基。当地基软弱土层较薄,而且上部荷载不大时,也可直接以人工或机械方法进行表层压、夯、振动等密实处理,同样可取得换填加固地基的效果。
(三)袋装砂井方法。这种方法是应用打桩机具把钢管打入,也可以利用高压射水等其它的方法,给地基打入一些规律的孔眼而且灌入中、粗砂从而形成砂柱。需要注意的是,在砂井的上面应该有垫层,以这样才能形成排水系统。这种砂井,非常有利于在软土层厚度大于5m时使用。但是其有效的处理范围往往不超过18米。采用这种方法时,如果井口太小,那么不利于施工,同時也不利于地基处理。所以现在一半应用到的网状织物袋装砂井,直径往往只有8cm上下,而造价却更加的低,特别是低于一般砂井。也不会因地基发生各种的变形从而失去连续性。
(四)强夯法 强夯法又名为动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将重锤(一般为10-40t)提到高处使其自由落下(一般落距为10-40m)夯击地基,从而使地基的强度提高。强夯法适用于处理碎石土、砂土、粉土、粘性土、杂填土和素填土等地基,它不仅能提高地基的强度,还能改善其抗振动液化的能力和消除土的湿陷性,所以还常用于处理可液化砂土地基和湿陷性黄土地基等。强夯法对于饱和度较高的粘性处理效果不显著,淤泥质土地基效果更差。因此淤泥质土地基应谨慎选用或采取其他方法。
(五)真空预压的方法。这个方法比较适用于软土地基上的桥头路堤建设。尤其是在工期紧迫的情况下,为了加快进度可以作为一种应急对策来应用。这种方法能够使得软土路堤迅速的沉降,从而提高地基承载力。虽然方法的效果很不错,但是需要看到它的成本也高,而且受限制与一些天气条件,比如在北方冰冻季节就不能使用。所以在实际应用中必须权衡这些各种条件来进行。
(六)短桩加固法置换法、排水固结法、加固土法、振密挤密法等方法在公路、港口等其它工程也被广泛应用,但存在桩体强度较小、质量控制难度相对较大、加固深度有限、沉降发展缓慢等缺陷,很难满足工后沉降控制要求高的一些需求。而工程造价相对较低的刚性桩(CFG桩、预应力管桩等)由于桩体强度较高,具有较大刚度,能够满足较大深度加固要求而被房建工程大量采用,公路工程中近几年也有少量应用,其设置方式还有待进一步深化研究。
软土对公路的危害,引起我国公路方面各具部门的重视,科研、设计、施工等单位全力以赴,协同作战,经过多年努力,已摸索了不少对策,并取得了可喜的成绩。