道路軟基處理盡可能早期進行,有充分的間隔時間使軟基達到沉降穩(wěn)定后方可進行填土施工。下面介紹軟基處理的四種方法:
1 表層處理法
表層處理法用于地表面極軟弱的情況。該法是通過排水、敷設(shè)或增添材料等辦法,提高地表強度,防止地基局部剪切變形,保證施工機械作業(yè);同時盡可能把填土荷載均勻地分布于地基上。屬于這類處理方法的有:表層排水法,砂墊層法,敷設(shè)材料法,添加劑法等等。
1.1 表層排水法
對土質(zhì)較好因含水量過大而導致的軟土地基,在填土之前,地表面開挖溝槽,排除地表水,同時降低地基表層部分的含水率,以保障施工機械通行。為了發(fā)揮開挖出的溝槽在施工中達到盲溝的效果,應回填透水性好的砂礫或碎石。
設(shè)計、施工注意事項
①溝槽的布置 溝槽布置要考慮利用地形自然坡度排水;填土沉降要注意坡度的變化;不使來自四周挖方部位的地表水、滲透水浸入填土;溝槽的間隔要盡可能加密,以增大排水能力,即使有部分溝槽被切斷也不會妨害整體排水。
②溝槽的構(gòu)造 溝槽尺寸一般取寬0.5m,深0.5~1.0m.填土之前在溝槽內(nèi)用透水良好的砂(砂礫)回填成為盲溝??v向盲溝一般沿道路縱向或中央縱向開挖,橫向盲溝一般間距10m~15m布置。溝槽內(nèi)埋設(shè)多孔排水管時,必須用優(yōu)質(zhì)反濾層加以保護。
1.2 砂墊層法
對于地基上部軟土層極薄且含水量大時,在軟土地基上敷墊0.5~1.2m左右厚的砂墊層。這樣可達到固結(jié)軟土層,使砂墊層起到上部排水層作用;同時,砂墊層又成為填土內(nèi)的地下排水層,以降低填土內(nèi)的水位;在進行填土及地基處理施工時,為施工機械提供良好的通行條件。
1.2.1 設(shè)計 如采用機械施工,在確定砂墊層厚度時,應考慮機械的重量,輪胎對地面接觸壓力,偏心程度及軟土地基表層強度等。表1為砂墊層標準厚度。
在極軟地基上,僅用砂墊層來確保大型施工機械的通行,往往需要較厚的砂墊層,是不經(jīng)濟的,所以常與表層排水或敷墊材料等法并用。
填土面積大且排水距離長,預計有多處地下水滲出時,若僅用山砂作砂墊層,不能獲得充分排水效果,應采用設(shè)置盲溝,砂墊層內(nèi)的排水距離宜短不宜長。
1.2.2 施工 砂墊層施工時應設(shè)放樣板。攤鋪作業(yè)一般采用自卸汽車與推土機聯(lián)合操作。要盡量做到均勻一致。用透水性差的粉土作填料時,其坡腳附近的砂墊層一旦被土復蓋,就有可能妨礙側(cè)向排水,因此對砂墊層的端部要妥善處理。
1.3 敷墊材料法
對于地基土層不均勻,可能發(fā)生局部不均勻沉降和側(cè)向變位,可利用所敷墊材料的抗剪和拉抗力,來增強施工機械的通行,均勻地支承填土荷載、減少地基局部沉降和側(cè)向變位,以提高地基的支承能力。
敷墊材料主要有化纖無紡布、土工布、玻璃纖維格柵等被廣為采用。
設(shè)計、施工注意事項
①應注意地基表層強度,施工機械重量,以及填土荷載大小和寬度等,據(jù)以選用合適的敷墊材料。
②施工機械通過區(qū)域,使局部地段產(chǎn)生較大的拉壓力,應作特別的補強。
③敷墊材料四周應超過填土邊緣,端部卷入填土內(nèi),上面用填土壓緊。
④在特別軟的地基上進行第一層填土時,可使用放置干筏上的手搖傳送帶撒鋪,有時也用皮帶拋射式撒砂機撒鋪。
⑤第一次撒布厚度應盡可能薄些,并要求用透水性好的河砂為材料。含礫石時,要注意不使其損壞敷墊物。
1.4 添加劑法
對于表層為粘性土時,在表層粘性土內(nèi)滲入添加劑,改善地基的壓縮性能和強度特性,以保施工機械的行駛。同時也可達到提高填土穩(wěn)定及固結(jié)的效果。
添加材料通常使用的是生石灰,熟石灰和水泥。石灰類添加材料通過現(xiàn)場拌和或廠拌,除了降低土壤含水量、產(chǎn)生團粒效果外,對被固結(jié)的土隨著時間的推移會發(fā)生化學性固結(jié),使粘土成分發(fā)生質(zhì)的變化,從而促進土體穩(wěn)定。
設(shè)計、施工注意事項
①生石灰消解程度的判斷 生石灰消解過程伴隨體積膨脹,在此期間進行碾壓,不可能獲得預期效果。因此在固結(jié)時要掌握發(fā)熱溫度、準確判斷消解結(jié)束時間。
②添加材料的配比設(shè)計 添加材料的適當劑量,要根據(jù)所處理的土質(zhì),施工方法和試驗配比的結(jié)果來決定。一般有改良土、石灰土、水泥穩(wěn)定土較為常用。改良土是利用現(xiàn)場地基土摻石灰(一般含灰6%)后再次利用,其施工方便、造價低;石灰土是用黃土摻石灰(一般含灰10%~12%)后使用,其造價較改良土要高;水泥穩(wěn)定土是用黃土摻水泥(一般含水泥3%~5%)后使用,其造價較貴,在秋、冬季雨天施工時,工期短時不得已采用,其優(yōu)點是不需太長的養(yǎng)生時間,就可使地基固化板結(jié)達到施工要求的強度。
③固結(jié)與養(yǎng)生 用水泥或熟石灰處理,在拌和一結(jié)束即產(chǎn)生固結(jié)。用生石灰處理,從拌和時的初步碾壓到生石灰消解結(jié)束,要進行二次固結(jié),若強度足夠可不必養(yǎng)生。但因土質(zhì)或施工條件不同,被處理過的土質(zhì)強度增長也各不相同,大體上以養(yǎng)生一周后的強度為所要求的固結(jié)強度。
2 置換法
本法是以優(yōu)質(zhì)土置換軟弱土,確保填土穩(wěn)定和減少沉降量。施工方法分有人工挖掘置換和借填土自重或用爆炸法將軟弱土擠出的強制置換。其施工都比較容易,多數(shù)情況下能在短時間內(nèi)達到所要求的目的。從可靠性來說人工挖掘置換較優(yōu)。置換材料應采用即使受到水浸也不致降低承載力的粗粒土。但必須進行充分壓實。
3 加載法
加載法是為了預先促進軟土地基沉降,增加地基強度,以防止設(shè)置在填土上或鄰接填土的路面和構(gòu)造物或者埋入填土內(nèi)的構(gòu)造物發(fā)生有害沉降而導致破壞。促進地基固結(jié)沉降的方法有:在地基上增加總壓辦法;減少土中的間隙水壓提高有效應力法等。前者用填土荷載時,一般為填土加載法,后者又可分通過井點,豎井等的降低地下水法和在地表面鋪砂,覆蓋不透水膜使之形成真空,依靠大氣壓力加載來促進固結(jié)的大氣壓加載法。采用填土加載法時,須注意地基的穩(wěn)定狀態(tài)。而降低地下水法和大氣壓加載法則不必擔心地基遭到破壞,但受到地基適應性的限制且工程費用大,一般不采用。上述方法,都很少單獨采用。
3.1 填土加載法
3.1.1 方法與原理
已完成設(shè)計填土(荷載qf)時,其全部垂直力為Po+ΔPf=P1,由此引起的沉降量為S1.加載后經(jīng)Δt時間,固結(jié)度為U,又從圖1b知沉降量為S1U,通過固結(jié)沉降過程時間t以后的殘余沉降量為ΔS1.當增加Δqs的超載時,全部垂直應力為P0+ΔPf+ΔPS=P2,由此引起的沉降量為S2,加載經(jīng)過Δt時間的度固結(jié)為U,沉降量達到S2U.此時如把Δqs荷載卸除,對于qf(m)來說即達到了U+ΔU的固結(jié)度,換句話說,原只能達到U的固結(jié)度,由于超載Δqs經(jīng)Δt時間,增加了ΔU的固結(jié)度。不過實際加載不會瞬時完成,卸荷后又會產(chǎn)生一定膨脹,對已經(jīng)增長的固結(jié)效果有些喪失。
假如加載Δqs及荷載時間選擇恰當,經(jīng)t時間后的殘余沉降量如圖1b所示,有可能從ΔS1減少到ΔS2.
設(shè)計施工注意事項采用本法的主要目的是使鋪裝完成后路面殘余沉降量控制在允許值以內(nèi)。所以它與載荷重量、放置自沉時間、固結(jié)層厚和沉降時間曲線,及荷載設(shè)計、允許工期等有關(guān)。
①本法施工以不損傷支承荷載的地基穩(wěn)定為宜。對難以保證穩(wěn)定或加載重量很大時,應考慮與豎向排水井法或緩速加載法并用。
②如果僅為了處理沉降,可選擇超載重量,且作長期放置自沉,其效果較好。
③由于沉降——時間關(guān)系一般是難以預測的,所以在施工時應進行全面的動態(tài)觀測,隨時注意防止地基的破壞,根據(jù)所獲得的觀測資料,確定卸載后的殘余沉降量和卸荷時間。
1 表層處理法
表層處理法用于地表面極軟弱的情況。該法是通過排水、敷設(shè)或增添材料等辦法,提高地表強度,防止地基局部剪切變形,保證施工機械作業(yè);同時盡可能把填土荷載均勻地分布于地基上。屬于這類處理方法的有:表層排水法,砂墊層法,敷設(shè)材料法,添加劑法等等。
1.1 表層排水法
對土質(zhì)較好因含水量過大而導致的軟土地基,在填土之前,地表面開挖溝槽,排除地表水,同時降低地基表層部分的含水率,以保障施工機械通行。為了發(fā)揮開挖出的溝槽在施工中達到盲溝的效果,應回填透水性好的砂礫或碎石。
設(shè)計、施工注意事項
①溝槽的布置 溝槽布置要考慮利用地形自然坡度排水;填土沉降要注意坡度的變化;不使來自四周挖方部位的地表水、滲透水浸入填土;溝槽的間隔要盡可能加密,以增大排水能力,即使有部分溝槽被切斷也不會妨害整體排水。
②溝槽的構(gòu)造 溝槽尺寸一般取寬0.5m,深0.5~1.0m.填土之前在溝槽內(nèi)用透水良好的砂(砂礫)回填成為盲溝??v向盲溝一般沿道路縱向或中央縱向開挖,橫向盲溝一般間距10m~15m布置。溝槽內(nèi)埋設(shè)多孔排水管時,必須用優(yōu)質(zhì)反濾層加以保護。
1.2 砂墊層法
對于地基上部軟土層極薄且含水量大時,在軟土地基上敷墊0.5~1.2m左右厚的砂墊層。這樣可達到固結(jié)軟土層,使砂墊層起到上部排水層作用;同時,砂墊層又成為填土內(nèi)的地下排水層,以降低填土內(nèi)的水位;在進行填土及地基處理施工時,為施工機械提供良好的通行條件。
1.2.1 設(shè)計 如采用機械施工,在確定砂墊層厚度時,應考慮機械的重量,輪胎對地面接觸壓力,偏心程度及軟土地基表層強度等。表1為砂墊層標準厚度。
在極軟地基上,僅用砂墊層來確保大型施工機械的通行,往往需要較厚的砂墊層,是不經(jīng)濟的,所以常與表層排水或敷墊材料等法并用。
填土面積大且排水距離長,預計有多處地下水滲出時,若僅用山砂作砂墊層,不能獲得充分排水效果,應采用設(shè)置盲溝,砂墊層內(nèi)的排水距離宜短不宜長。
1.2.2 施工 砂墊層施工時應設(shè)放樣板。攤鋪作業(yè)一般采用自卸汽車與推土機聯(lián)合操作。要盡量做到均勻一致。用透水性差的粉土作填料時,其坡腳附近的砂墊層一旦被土復蓋,就有可能妨礙側(cè)向排水,因此對砂墊層的端部要妥善處理。
1.3 敷墊材料法
對于地基土層不均勻,可能發(fā)生局部不均勻沉降和側(cè)向變位,可利用所敷墊材料的抗剪和拉抗力,來增強施工機械的通行,均勻地支承填土荷載、減少地基局部沉降和側(cè)向變位,以提高地基的支承能力。
敷墊材料主要有化纖無紡布、土工布、玻璃纖維格柵等被廣為采用。
設(shè)計、施工注意事項
①應注意地基表層強度,施工機械重量,以及填土荷載大小和寬度等,據(jù)以選用合適的敷墊材料。
②施工機械通過區(qū)域,使局部地段產(chǎn)生較大的拉壓力,應作特別的補強。
③敷墊材料四周應超過填土邊緣,端部卷入填土內(nèi),上面用填土壓緊。
④在特別軟的地基上進行第一層填土時,可使用放置干筏上的手搖傳送帶撒鋪,有時也用皮帶拋射式撒砂機撒鋪。
⑤第一次撒布厚度應盡可能薄些,并要求用透水性好的河砂為材料。含礫石時,要注意不使其損壞敷墊物。
1.4 添加劑法
對于表層為粘性土時,在表層粘性土內(nèi)滲入添加劑,改善地基的壓縮性能和強度特性,以保施工機械的行駛。同時也可達到提高填土穩(wěn)定及固結(jié)的效果。
添加材料通常使用的是生石灰,熟石灰和水泥。石灰類添加材料通過現(xiàn)場拌和或廠拌,除了降低土壤含水量、產(chǎn)生團粒效果外,對被固結(jié)的土隨著時間的推移會發(fā)生化學性固結(jié),使粘土成分發(fā)生質(zhì)的變化,從而促進土體穩(wěn)定。
設(shè)計、施工注意事項
①生石灰消解程度的判斷 生石灰消解過程伴隨體積膨脹,在此期間進行碾壓,不可能獲得預期效果。因此在固結(jié)時要掌握發(fā)熱溫度、準確判斷消解結(jié)束時間。
②添加材料的配比設(shè)計 添加材料的適當劑量,要根據(jù)所處理的土質(zhì),施工方法和試驗配比的結(jié)果來決定。一般有改良土、石灰土、水泥穩(wěn)定土較為常用。改良土是利用現(xiàn)場地基土摻石灰(一般含灰6%)后再次利用,其施工方便、造價低;石灰土是用黃土摻石灰(一般含灰10%~12%)后使用,其造價較改良土要高;水泥穩(wěn)定土是用黃土摻水泥(一般含水泥3%~5%)后使用,其造價較貴,在秋、冬季雨天施工時,工期短時不得已采用,其優(yōu)點是不需太長的養(yǎng)生時間,就可使地基固化板結(jié)達到施工要求的強度。
③固結(jié)與養(yǎng)生 用水泥或熟石灰處理,在拌和一結(jié)束即產(chǎn)生固結(jié)。用生石灰處理,從拌和時的初步碾壓到生石灰消解結(jié)束,要進行二次固結(jié),若強度足夠可不必養(yǎng)生。但因土質(zhì)或施工條件不同,被處理過的土質(zhì)強度增長也各不相同,大體上以養(yǎng)生一周后的強度為所要求的固結(jié)強度。
2 置換法
本法是以優(yōu)質(zhì)土置換軟弱土,確保填土穩(wěn)定和減少沉降量。施工方法分有人工挖掘置換和借填土自重或用爆炸法將軟弱土擠出的強制置換。其施工都比較容易,多數(shù)情況下能在短時間內(nèi)達到所要求的目的。從可靠性來說人工挖掘置換較優(yōu)。置換材料應采用即使受到水浸也不致降低承載力的粗粒土。但必須進行充分壓實。
3 加載法
加載法是為了預先促進軟土地基沉降,增加地基強度,以防止設(shè)置在填土上或鄰接填土的路面和構(gòu)造物或者埋入填土內(nèi)的構(gòu)造物發(fā)生有害沉降而導致破壞。促進地基固結(jié)沉降的方法有:在地基上增加總壓辦法;減少土中的間隙水壓提高有效應力法等。前者用填土荷載時,一般為填土加載法,后者又可分通過井點,豎井等的降低地下水法和在地表面鋪砂,覆蓋不透水膜使之形成真空,依靠大氣壓力加載來促進固結(jié)的大氣壓加載法。采用填土加載法時,須注意地基的穩(wěn)定狀態(tài)。而降低地下水法和大氣壓加載法則不必擔心地基遭到破壞,但受到地基適應性的限制且工程費用大,一般不采用。上述方法,都很少單獨采用。
3.1 填土加載法
3.1.1 方法與原理
已完成設(shè)計填土(荷載qf)時,其全部垂直力為Po+ΔPf=P1,由此引起的沉降量為S1.加載后經(jīng)Δt時間,固結(jié)度為U,又從圖1b知沉降量為S1U,通過固結(jié)沉降過程時間t以后的殘余沉降量為ΔS1.當增加Δqs的超載時,全部垂直應力為P0+ΔPf+ΔPS=P2,由此引起的沉降量為S2,加載經(jīng)過Δt時間的度固結(jié)為U,沉降量達到S2U.此時如把Δqs荷載卸除,對于qf(m)來說即達到了U+ΔU的固結(jié)度,換句話說,原只能達到U的固結(jié)度,由于超載Δqs經(jīng)Δt時間,增加了ΔU的固結(jié)度。不過實際加載不會瞬時完成,卸荷后又會產(chǎn)生一定膨脹,對已經(jīng)增長的固結(jié)效果有些喪失。
假如加載Δqs及荷載時間選擇恰當,經(jīng)t時間后的殘余沉降量如圖1b所示,有可能從ΔS1減少到ΔS2.
設(shè)計施工注意事項采用本法的主要目的是使鋪裝完成后路面殘余沉降量控制在允許值以內(nèi)。所以它與載荷重量、放置自沉時間、固結(jié)層厚和沉降時間曲線,及荷載設(shè)計、允許工期等有關(guān)。
①本法施工以不損傷支承荷載的地基穩(wěn)定為宜。對難以保證穩(wěn)定或加載重量很大時,應考慮與豎向排水井法或緩速加載法并用。
②如果僅為了處理沉降,可選擇超載重量,且作長期放置自沉,其效果較好。
③由于沉降——時間關(guān)系一般是難以預測的,所以在施工時應進行全面的動態(tài)觀測,隨時注意防止地基的破壞,根據(jù)所獲得的觀測資料,確定卸載后的殘余沉降量和卸荷時間。