如何处理道路桥梁施工中的软弱地基

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  摘要:软土地基对道路存在着极大的危害性,如果不处理或处理不当,就会造成地基失稳,使道路沉降過大或不均匀沉降,对道路造成不同程度的危害。在高含水量、高压缩性、低渗透性的饱和淤泥土的基础上,进行软基处理的方法及地块区、道路区,软基处理要求的承载力不同。有针对性的选择、论证合理的软基处理的施工工艺。本文探讨了道路桥梁施工中的软弱地基处理措施。
  关键词:道路桥梁;施工;软弱地基;处理措施
  中图分类号:U41 文献标识码:A 文章编号:
  
  在软土地基上修筑道路桥梁,特别是填筑高度相对较高、填筑材料自重较大时,如果对软土地基不加处理或处理不当,往往会产生路基失稳或过量沉降的问题,造成道路桥梁不能正常使用,甚至会发生交通事故,因此必须对软土地基的处理给予充分的重视。
  一、软弱地基的简单介绍
  软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它土层构成的地基。
  1、软土
  在《公路工程名词术语》中,软土定义为“由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土,主要有淤泥、淤泥质土及泥炭”。软土按沉积环境分为下列四类:滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积和沼泽沉积。软土的基本特性是:
  (1) 具有高含水量、低密度、低强度、高压缩性、低透水性和中等灵敏度的特点, 一般含水量高达30%~70%,孔隙比大于1.0~1.9,塑性指数为20 左右,强度为10~30kPa,压缩系数为0.005~0.02MPa 。因此,该类土压缩沉降量大,排水固结缓慢,地基稳定性差。
  (2) 具有一定的结构性。结构性的形成随土的矿物成分、沉积环境、孔隙水的成分及沉积年代而不同。除南方湛江一带有高结构性土外,软土均具有一定的结构性。结构性的强弱可以用视超固结比来表示,结构性的主要作用是增大了土骨架的刚度,因此其力学特性与应力水平密切相关。应力水平较低时,土会呈现较好的力学特性;应力水平超过某临界值后,土的结构性破坏,使力学性质明显恶化,而且这种恶化是不可逆的,短期内很难恢复。此外,结构性粘土还具有剪胀性。
  2、冲填土
  冲填土是人工填土之一,它是在疏浚江河航道或从河底取土时用泥浆泵将已装在泥驳船上的泥砂,直接或再用定量的水加以混合成一定浓度的泥浆,通过输泥管送到四周筑有围堤并设有排水挡板的填土区内,经沉淀排水后而成。
  冲填土有别于素土回填,它具有一定的规律性。其工程性质与冲填土料、冲填方法、冲填过程及冲填完成后的排水固结条件、冲填区的原始地貌和冲填龄期等因素有关。
  二、 软土地基的处理原则
  对于新建工程,原则上首先应考虑利用天然地基,对于淤泥和淤泥质土,应利用其上覆较好土层作为地基持力层,当上覆土层较薄,应注意避免施工时对淤泥和淤泥质土的扰动;对于冲填、杂填建筑垃圾和性能稳定的工业废料,若均匀性和密实度较好,则可利用其作为地基。
  若地基软弱不能满足工程要求,则需进行处理。根据工程情况及地基土质条件或组成的不同,处理后应达到以下目的:
  (1) 提高土的抗剪强度,使地基保持稳定。
  (2) 降低土的压缩性,使地基的沉降和不均匀沉降至允许范围内。
  (3) 降低土的渗透性,防止或减少水的渗漏,避免渗流造成地基破坏。
  (4) 改善土的动力性能、防止地基产生震陷变形或因土的震动液化而丧失稳定性。
  (5) 消除或减少土的沉陷性或胀缩性引起的地基变形,避免构造物破坏或影响其正常使用。
  三、道路桥梁施工中的软弱地基处理措施
  1、换填土处理法
  换填土处理法,就是当道路桥梁地基无法满足所应有的承载力和稳定性,而且软土层的厚度不大情况下,对软土层进行换填,然后根据实际需要分层填充稳定性较好的材质,如砂石、灰土、炉渣、粉煤灰等,并进行强夯碾压,加大地基的密度,提高地基承载力,降低沉降量,加快软土地基的排水固结,使原来的软土地基在改造后符合建筑施工的设计要求,从而保证工程施工的安全性。
  换填土处理方法依据的原理是土层的附加应力分布规律。这种方法,主要适用于土质不均匀、排水较差的软土地基。
  2、 管桩加固法
  (1)碎石桩加固法
  碎石桩加固方法主要通过震动、冲击等多种手段在软地基中进行打孔,将稳定性和固结性较好的碎砂、砂石在地基挤压、填充,形成直径较大的密实度较好的桩体,也就是我们所说的砂石桩。砂石桩与原有软土共同构成密室地基,作为持力层, 因此提高地基的承载力,较少地基的变形。
  这种方式适用于密实度较低的杂填土、素填土、粘土等地基,这种地基加固方式和处理方法的成本造价较高,但是随着经济的不断发展和技术的更新突破,砂石桩法开始在更广范围内得以应用。
  (2)夯实水泥土桩法
  夯实水泥桩法与碎石桩加固方法类似,将水泥、粉煤灰等材料填充到软弱地基中,形成水泥土桩,进行地基的加固,提高地基的承载力。这种方式施工简便易行、施工周期短、造价较低,在许多地区得以充分利用。
  (3)钢筋混凝土管桩法
  在道路桥梁施工的软弱地基处理中,钢筋混凝土管桩法是当前我国加固地基较新的桩型。在施工现场,利用专用机械浇筑混凝土管桩,加大管桩与土体的摩擦力,增强单根管桩的承载力。钢筋混凝土管桩法施工进度快,实用效果好,经济效益高,持久性强,可以广泛应用于各种软弱地基的加固处理。
  3、 密实加固法
  (1) 排水挤密加固法
  顾名思义,排水挤密法主要适用于含水量较高的沼泽、江河湖海等周边的软土地基,通过特殊方式进行排水吸水,比如用机械将塑料排水板插入软土层中,经过预压负荷,使水分沿塑料板上渗到砂垫层中,以此来加固软土地基的承载能力。排水挤密加固法,从另一个角度进行软土地基的加固,是一种新技术和新工艺,加固处理效果好,施工简单,在当前工程建设中的应用越来越广。
  (2) 深层密实加固法
  深层密实加固软如,采用特殊方式对软土地基进行加密和固结,如爆破、挤压等,深层加固与浅层加固方式相同,所不同的是使用的机械设备不同,而且这种方式可以在更广的范围内进行使用。深层密实加固方法适用于粘土、杂填土、素填土等多种软土地基。
  (3) 动力固结法或强夯法
  动力软土地基加固法又称强夯法,一般采用8t~30t 的重锤,在8m~20m 的高空对地基进行强夯打压加密,实现加固地基、提高地基强度、减少压缩性能、改善砂土抗液化条件,进而达到提高地基承载力的最终目的。
  动力固结法适用于饱和性粘土地基,延伸了传统的动力固结置换方式,利用外部夯打力,将强度较高的材料打入地基,在施工地基中形成碎石墩,与原有地基形成新的承载力强调的复合地基,在很大程度上提高了地基的承载能力。
  (4) 高压喷射注浆法
  高雅喷射注浆法,与上面所讲到的动力固结方法,有某些相似性。这种方式利用高压喷射机械,将水泥、粉煤灰等强度和固结性较好的材料向软弱地基深层,进行注浆,以此来提高整个地基的强度。目前,高压旋喷桩处理深度较大,当前处理的最大深度为30m。高压喷射注浆法适用于淤泥、粘土、粉土等含水量较多的软弱地基中。
  4 、桥涵通道处的处理
  在软土地区的桥梁,由于基础埋置较深,已穿过软土层,一般无大沉降。而在桥头与路堤接合处由于沉降差异较大,往往出现台阶在车辆通道处多出现纵坡突变,在车速过快时出现车辆“ 切线抛出”,感觉很不舒适,人、车安全受到影响。在此接合处处理的方法有:
  (1)涵洞、通道处与路堤一样同时填筑施工,后期再开槽做基础;在桥台背填以渗水性好的砂砾材料。
  (2)在这些人工构造物处采用超载预压,桥头两侧引道80~100m 范围也如此,以加速固结,减小通车后过大的沉降。
  (3)路堤如过高,下部软土层厚、沉降量过大,沉降期过长、如处理地基费用过高,且效果不一定好时就不如改用桥梁跨过,京津塘高速公路软土地区,路堤如超过6.0m,就采用桥跨通过。
  (4)桥台路堤处理:为了加快地基固结,提高地基承载力,减轻路堤与桥台间沉降差,在桥台处的一定距离内采用砂桩,粉喷桩、旋喷桩等加固地基。
  (5)涵洞和通道可采用钢筋混凝土箱形整体式结构,并同时采用扩大基础,它施工简便造价比桩基础节省。
  随着路桥施工科技水平的不断进步,促使地基处理理论和地基处理新材料、新机械和新工艺不断得到更新、发展,新的软弱地基处理方法必然会随之出现,并且在道路桥梁施工中发挥其重要作用。
  参考文献:
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