试谈公路工程施工中地基处理的若干问题

来源：职称驿站所属分类：地质论文发布时间：2012-08-29 09:05:10浏览：次

　　摘要：在软土地基上修建高等级公路路堤地基处理是影响工程投资、工程质量和工程进度的关键问题之一，本文就路堤地基及软基处理的方法进行了探讨。
　　关键词：软土地基；公路路堤；处理方法
　　
　　高等级公路路堤高、路基宽，作用在软土地基上荷载大且作用面范围宽，路堤荷载作用下，地基中附加应力大而且影响深度深。由于地基土抗剪强度低，所以地基承载力小；地基土体压缩性大，所以在荷载作用下地基沉降大。在软土地基上作用的荷载大于地基承载力时地基失稳。在荷载作用下软土地基常常产生较大的沉降，而且产生沉降持续时间很长。
　　一、路堤地基处理方法
　　（一）低强度桩复合地基
　　低强度桩复合地基主要指采用沉管灌注法施工形成的，桩身强度较低的一类混凝土桩复合地基。与深层搅拌桩复合地基相比，低强度桩复合地基有两个优点：一是低强度桩复合地基加固深度可以较深，二是低强度桩比搅拌桩施工质量相对容易控制。低强度混凝土桩复合地基和水泥土桩复合地基的经济指标应对具体工程通过具体分析才能给出比较意见。低强度桩复合地基比水泥土桩复合地基成本低和水泥土桩复合地基比低强度桩复合地基成本低均有报道，前者稍多一些。
　　（二）深层搅拌法
　　通过深层搅拌法形成水泥土桩复合地基也是路堤软土地基处理的常用方法。深层搅拌法分喷浆深层搅拌法和喷粉深层搅拌法两种施工工艺。喷粉深层搅拌法又称为粉喷法。—般认为喷浆法比喷粉法容易使水泥土搅拌均匀，喷浆法可能的加固深度比喷粉法加固深度深。喷粉深层搅拌法对含水量特别高的土层也有一定的优越性，但含水量较小的土层因水化作用不充分，采用喷粉法效果也差。
　　采用深层搅拌法加固路堤地基需要注意下述问题：路堤荷载下复合地基性状同刚性基础下复合地基性状是不同的。与刚性基础下复合地基相比，其复合地基承载力小而且相应的沉降量大。因此设计计算时应与刚性基础下复合地基设计计算采用不同的参数。采用水泥土桩复合地基时在复合地基和路堤间应铺设刚度较好的垫层，如加筋碎石垫层、灰土垫层等，以改善复合地基性状。未设垫层的水泥土桩复合地基应慎用。
　　与采用排水固结法处理相比，采用深层搅拌法处理工期短，但地基处理费用较高。
　　（三）排水固结法
　　排水固结法，又称预压法。在软粘土地基上修建高等级公路，由于排水固结法处理软土地基具有成本低、效果好的优点，地基处理质量可靠，一般应优先考虑。采用排水固结法处理地基又可分为下述几种情况：
　　为加速地基土体在荷载作用下固结，需在地基中设置竖向排水通道，与水平砂垫层形成排水体系。竖向排水通道可采用塑料排水带、袋装砂井和普通砂井形成。塑料排水带、袋装砂井和普通砂井三类排水通道各有优缺点。塑料排水带工厂化生产，质量容易控制，但品种繁多，而且产品质量良莠不一，差别很大，采用时应对产品型式和产品质量进行认真调查比较分析后确定；普通砂井直径较大，一般在30cm以上，用砂量较大，普通砂井井阻较小；袋装砂井现场制作，较麻烦，也需要用砂。塑料排水带和袋装砂井排水通道断面小，井阻作用较显著。各种排水通道都存在有效排水深度问题。设计人员可根据工程条件、地基处理深度和技术、经济比较分析结果，合理选用竖向排水通道。
　　采用排水固结法处理软土地基的缺点是施工工期长，在填土过程中需要严格控制填土速率。地基固结沉降大，需增加路堤填土用料。另外，当竖向排水通道设置深度浅，或竖向排水通道井阻严重，或预压时间短未达到要求的固结度，采用排水固结法处理地基工后沉降较大。采用排水固结法处理地基工后次固结沉降也大。
　　二、软土地基处理方法
　　在软土地基上修建高等级公路，往往需要对天然地基进行地基处理以保证路堤路基的稳定性，控制工后沉降和工后沉降差以满足设计要求。常用的处理方法可以分为下述几类：
　　（一）减轻路堤荷载
　　减轻路堤荷载可有效减小作用在地基上的荷载密度。作用在地基上的荷载小了，地基稳定性就容易满足，也可有效减小软土地基的沉降量。减轻路堤荷载，一是尽可能降低路堤设计标高，二是利用轻质材料填筑路堤。前者受使用和设计标准要求的限制，这里主要指利用轻质材料填筑路堤。如采用粉煤灰填料路堤、EPS超轻质填料路堤等。
　　（二）地基处理
　　在公路工程软土地基处理中应用的地基处理方法很多，有预压法、振密挤密法、置换法、灌人固化物和加筋法。公路常用方法又可分为土质改良和复合地基两大类。土质改良是指对地基土体性质进行全面改良，如通过采用排水固结法、强夯法等地基处理方法处理，使地基土体抗剪强度提高，压缩性减小，从而达到提高地基承载力、减小沉降的目地复合地基法是指在地基中采用置换、插筋、部分土体改良等方法设置增强体形成复合地基以提高地基承载力、减小沉降的目的。如采用水泥土桩复合地基，低强度桩复合地基，土工布加筋垫层等。
　　（三）桩基础
　　通过在地基中设置桩基础，架设桥梁跨越软土地基地段，如桥梁跨越。或通过采用桩基础承担路堤路面荷载等，如桩承堤等。
　　（四）工后修补
　　在满足地基稳定性前提下，允许建成的道路产生较大的工后沉降和不均匀沉降。通过预留高和工后对路基路面进行修补，调整产生的不均匀沉降差，以满足设计要求，这也是一种处理对策。在工后修补对维持交通影响不大的条件下应是一种很好的方法。据称，国外某一高速公路通车后第一年修补高达13次，通过持续几年修补后满足质量稳定要求。是通过高标准的一次处理尽量避免工后修补，还是尽量节省建设费用，通过工后修补来保
　　证质量，应通过综合分析确定。通常，在某些路段采用工后修补可大量节省工程投资。
　　（五）综合处理
　　综合处理是指综合应用上述各类方法进行处理。如对路堤地基进行地基处理和减轻路堤荷载相结合；对路堤地基进行初步地基处理与计划工后修补相结合；以及多种地基处理技术的综合应用，如真空预压与堆载预压相结合等。应用综合处理方法往往可带来较好的经济效益和社会效益。
　　三、软基施工应遵循的原则
　　（一）加强基础学科的研究，给软土地基处理技术更有力的支持。目前国际上软土加固技术已得到较大的发展，但其理论基础还存在着不准确性与不确定性。例如，强夯法在多处工程施工中的应用并且实测效果证明其加固效果可用，但其加固机理在土力学中还没有完全从理论方面得到证明，或部分还存在着模糊的概念；在挡护设计中经验公式的利用较多，其参数取值的不确定性还大量存在；作为土力学最基本理论的朗金定理与库伦定理中不确定的因素也较多。所有的这些都说明要想加快软土基础技术的开发与应用，必须加强其基础科学的研究。
　　（二）认真进行地质调查，根据地质情况进行合适的设计与变更设计，达到预期的加固效果，避免返工处理的现象。
　　（三）在工程施工时，要充分了解各种形式的软土地基加固机理，以便针对加固机理进行有重点的质量控制，该放宽的技术指标可适当调整，以降低成本。例如砂桩与砂井的加固机理就不同，砂桩对软土的加固作用主要是挤密作用(特别是在粘性土中)，因此砂桩的数量与直径应有充分的保证，对其平面分布的均匀性可以适当放宽标准，砂井的加固机理偏重于排水固结，因此在早期砂井加固基础上，又改进形成了袋装砂井的技术，以保证砂井的均匀程度与连续性。
　　（四）在实际处理软土地基时，往往不是采用一种形式的处理，多采用多种处理方式相结合，取其加固效果综合作用，能够起到事半功倍的效果。