高速公路软土地基的危害及其处治方法

徐娇

摘 要:软弱土质在作为地基时严重影响公路工程质量与通车后的行驶安全,必须得到有效的治理。在实际工程中必须重视对土质信息的分析,全面掌握施工要求,再以相应方法配合处理,最终实现工程施工的可靠性。本文从软土路基对高速公路工程施工的危害出发,分析了水泥搅拌桩、粉喷桩等几种常用的软土处治方法,并对施工中应注意的问题进行了详细的说明。

关键词:高速公路软土地基深层水泥搅拌桩粉喷桩

中图分类号:U419 文献标识码:A 文章编号:1674-198X(2012)05(c)-0107-01

1 软土路基的特征及其对高速公路工程施工的危害

公路工程建设中不可避免地要接触到各种不同地质条件的地基类型,施工中应针对不同土质特性,设计相应的处理方法,以满足其承载要求。以软土地基施工为例,软弱土质是指抗压强度低而压缩性较高的土层,包括淤泥、淤泥质土、粉土、粘土、粉质粘土及腐植性土等。在我国软土广泛分布在山谷地域、河口三角洲、滨海平原以及湖盆地周围等地区。在高速公路施工中作为地基时,各类型软土都共同表现出孔隙大、天然含水量高、渗透性不佳、抗剪强度低、流变性显著、分布复杂等工程特性,若处理不当常会在工程中导致路基沉降变形等问题,降低公路的稳定性和强度,甚至可能使路基在上部、外部载荷作用下产生路面开裂、桥台损坏、桥头跳车及涵身或通道凹陷等问题,严重缩短公路的使用寿命,威胁高速公路的行驶安全与畅通。

有鉴于此,全面掌握工程施工等级与要求,并针对实际软土条件进行有针对性的改造,就成为了建设者们必须认真对待的问题。实际工程中,应首先确定地基的现有承载能力,并根据公路等级、路堤高度、材料条件以及通车后的实际荷载情况进行分析,采取换填、抛石、爆破等不同的处理方法,改善施工条件。而影响软土地基承载力的因素比较复杂,包括:土层分布、力学特征、应力历史、排水条件、路基上部类型与刚度、施工方式及其程序等,因此,必须通过极限承载理论公式、临塑荷载估算及物理性质指标分析等多种方法加以分析和确定,从而准确得出土体的承载能力,为处理方案提供科学依据。

2 软土地基条件下公路施工常用的处治方法

软土地基条件下公路施工的处治方法通常是在公路设计和施工环节对路基进行加固处理,通过改善其工程特性,使其透水性等参数达到高速公路路基的相应质量标准,并通过最大限度地减小其上部的荷载密度,有效提高路基的强度及稳定性,避免沉降与形变的发生。

2.1 一般处理技术概述

目前工程中常用的一般性处理方法包括换填、表层排水、砂垫层法、冻结法等。以砂垫层法为例,该法包括排水砂井、袋装砂井、排水砂垫层等技术,排水砂井一般是利用爆破、高压水枪或各种打桩机在地基中按一定比例埋入钢管,并注入中粗砂而形成砂柱,再通过砂柱的排水管道作用构成软土排水体系,增强地基的稳定性,该法通常用于软土厚度＞5m,处理深度≤18m时的情况;袋装砂井目前广泛采用网状织物袋,以达到节省原料、降低成本的目的,并能有效防止施工操作中产生的误差;排水砂垫层的原理是在软土顶面增加一个排水面,需要在路堤底部地面上铺设一层砂层,随着荷载逐渐增加,使软土地基排水固结渗出的水从砂垫层中排走。砂垫层一般厚0.6m～1.0m。为了保证砂垫层的渗水作用,垫层上应该填一层粘性土封住水使水无法返回。在路基两侧须修好排水沟,通过砂垫层渗出的水通过排水沟排出路基外。该法在30m深度内具有有效处理能力,对含水量较高的软弱路基可配合其他深层加固方法使用,根据工程进度及预算条件做全部或部分填筑处理。冻结法的工作原理则是:通过液态氮或二氧化碳膨胀,或采用普通的机械制冷设备与一个封闭式液压系统相连接,而使冷却液在内流动,从而使软湿土质冻结,以提高其强度并降低压缩性。在工程实践中,冻结法在不同类型的软土土质的处理上都取得了良好的效果,且特别适合于开挖深度＞7m或低于地下水位的情况下。

2.2 深层水泥搅拌桩的应用

2.2.1 深层水泥搅拌桩的工作原理与工艺流程

深层水泥搅拌桩是通过深层搅拌设备,将水泥作为固化剂与软体强制搅拌,使其结成具有较高强度和水稳定性的整体硬桩。该法在水泥、水与软土的水解、水化及团粒化、碳酸化、硬凝等反应作用下,最大限度地提高了桩体的宏观稳定性。深层水泥搅拌桩技术的工艺流程包括:桩位放样→水泥浆制作→预搅下钻喷浆→提升喷浆、复搅→复搅下沉→复搅提升→成桩,工程中采取二喷四搅的方式进行作业。

2.2.2 施工中应注意的问题

水泥搅拌桩开钻前,应清洗整个压浆管,检查压浆管中有无堵塞现象,待水排尽后方可下钻。应通过吊锤控制钻杆与井架是否垂直。打桩过程中因停电或桩机损坏而中断时,应使搅拌轴下沉至停浆面以下50cm～100cm,待恢复供浆后再继续喷浆提升,以防断桩或缺浆。须严格控制桩头质量,喷浆搅拌应高于设计桩基顶30cm,且当喷浆提升至设计桩顶时,应稍有停滞。制桩完成后,必须达到要求的龄期后方可进行开挖,清理桩头时不得使用重锤或重型机械,宜用小锤、短钎等轻便工具操作,以免损坏桩头。

2.3 粉喷桩的应用

粉喷桩与深层水泥搅拌桩同属软土路基加固中的复合地基技术,不同之处在于该法是利用将特定固结剂喷射到软土内部的方式发挥作用的。与水泥搅拌桩不同,粉喷桩更适用于加固饱和度高、软塑~流塑状的软土及泥炭土质。该法的工艺流程为深层搅拌机械就位→预搅下沉→搅拌提升→重复搅拌→重复搅拌提升→成桩。粉喷桩施工中应注意的问题包括:施工场地应进行平整,开机前必须调试、检查桩机运转和输料管畅通情况。场地整平标高比设计标高高0.3m。粉喷桩的垂直度偏差不超过1%,桩位布置偏差不大于50mm,桩径偏差不大于4%。施工前确定好搅拌机械的水泥自动计量、起吊设备提升速度,使搅拌提升速度与水泥输送速度同步。水泥数量以及泵送时间须安排专人记录。预搅下沉时不得冲水,遇硬土层时可适量冲水。施工时因故停机,应将搅拌头下沉至停止点以下0.5m,待恢复后再提。桩与桩的搭接时间不超过24h,否则应对最后一根桩先进行空钻留出楔头。施工前,应先进行试桩,以确定施工配合比等各项参数和施工工艺。粉喷桩施工的关键在于深入软土土层的位置与含水量的控制。

3 结语

综上所述,作为治理高速公路路面开裂、塌方等严重病害的主要方法之一,软土地基必须经过科学处理,改善其工学特性,保证高速公路的施工质量。在实际工程中,无论是水泥搅拌桩、粉喷桩或其他各种处治方法,都有其优点和适用范围,因此,应重视对土质信息的收集和分析,全面掌握施工要求及地质条件,再以相应方法配合处理,最终实现工程施工的可靠性。除处治方案的合理性及其工艺控制外,施工组织、质量检验等环节也需要得到充分的关注,使质量控制贯穿于工程的全过程,为实现高速公路道路施工的经济效益与社会效益奠定基础。

参考文献

[1] 张同伟.高速公路软土路基的特点及处理方法探讨[J].现代商贸工业,2008(7).

[2] 罗铁林.高速公路软土路基处理技术[J].交通世界(建养.机械),2011(7).