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      運用土工布處理道路軟基方案

      更新時間:2019-09-17 17:07:00 點擊數:1504

          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;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,敷設材料法,添加劑法等等。 
        1.1 表層排水法 
        對土質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溝槽的構造 溝槽尺寸一般取寬0.5m,深0.5~1.0m。填土之前在溝槽內用透水良好的砂(砂礫)回填成為盲溝。縱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。溝槽內埋設多孔排水管時,必須用優質反濾層加以保護。 
        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的地下排水層,以降低填土內的水位;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,是不經濟的,所以常與表層排水或土工布等法并用。 
        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,應采用設置盲溝,砂墊層內的排水距離宜短不宜長。 
        1.2.2 施工 砂墊層施工時應設放樣板。攤鋪作業一般采用自卸汽車與推土機聯合操作。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,就有可能妨礙側向排水,因此對砂墊層的端部要妥善處理。 
        1.3 土工布法 
        對于地基土層不均勻,可能發生局部不均勻沉降和側向變位,可利用所土工布的抗剪和拉抗力,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向變位,以提高地基的支承能力。 
        設計、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,據以選用合適的土工布。 
        ②施工機械通過區域,使局部地段產生較大的拉壓力,應作特別的補強。 
        ③土工布四周應超過填土邊緣,端部卷入填土內,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定及固結的效果。 
        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場拌和或廠拌,除了降低土壤含水量、產生團粒效果外,對被固結的土隨著時間的推移會發生化學性固結,使粘土成分發生質的變化,從而促進土體穩定。
      設計、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。因此在固結時要掌握發熱溫度、準確判斷消解結束時間。 
        ②添加材料的配比設計 添加材料的適當劑量,要根據所處理的土質,施工方法和試驗配比的結果來決定。一般有改良土、石灰土、水泥穩定土較為常用。改良土是利用現場地基土摻石灰(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,其優點是不需太長的養生時間,就可使地基固化板結達到施工要求的強度。 
        ③固結與養生 用水泥或熟石灰處理,在拌和一結束即產生固結。用生石灰處理,從拌和時的初步碾壓到生石灰消解結束,要進行二次固結,若強度足夠可不必養生。但因土質或施工條件不同,被處理過的土質強度增長也各不相同,大體上以養生一周后的強度為所要求的固結強度。 
        2 置換法 
        本法是以優質土置換軟弱土,確保填土穩定和減少沉降量。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,多數情況下能在短時間內達到所要求的目的。從可靠性來說人工挖掘置換較優。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,以防止設置在填土上或鄰接填土的路面和構造物或者埋入填土內的構造物發生有害沉降而導致破壞。促進地基固結沉降的方法有: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的大氣壓加載法。采用填土加載法時,須注意地基的穩定狀態。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Δt時間,固結度為U,又從圖1b知沉降量為S1U,通過固結沉降過程時間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,加載經過Δt時間的度固結為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的固結度,換句話說,原只能達到U的固結度,由于超載Δqs經Δt時間,增加了ΔU的固結度。不過實際加載不會瞬時完成,卸荷后又會產生一定膨脹,對已經增長的固結效果有些喪失。 
        假如加載Δqs及荷載時間選擇恰當,經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。所以它與載荷重量、放置自沉時間、固結層厚和沉降時間曲線,及荷載設計、允許工期等有關。 
        ①本法施工以不損傷支承荷載的地基穩定為宜。對難以保證穩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--時間關系一般是難以預測的,所以在施工時應進行全面的動態觀測,隨時注意防止地基的破壞,根據所獲得的觀測資料,確定卸載后的殘余沉降量和卸荷時間。 
      3.2 降低地下水法 
        本法適用于上部,中間部位有砂層分布的地基,但粘性也仍然有效。本法的特點是與軟土層深度無關。 
        原理 設位于地下水位以下Z處的垂直總應力為P,有效應力為P0′則 
        P0=P+YwZ 
        一旦使地下水位降低△Z,水壓分布發生變化,地下水面以下的壓實有效應力為P1′則P1'=P+Yw(Z-ΔZ) 
        YwΔZ為增加的有效應力。通常可以認為,水位每降低1m,有效應力增加10kpa。如降低了的水位處,地基系由粗粒土組成,由于排水而使土的單位體積重量減小,于是P也變小,效果也就有所降低。 
        設計施工注意事項 
        ①砂層的透水系數 
        ②使用井點時,理論可抽水深度為10.3m,但考慮水頭損失和動力關系,能夠降低水位的最大值約5.5~6.0m左右。 
        ③鄰近有水源(河、池、海或溝)時,需要抽水的量增多。 
        ④降低地下水位,如對抽水區以外地域及沿線有損害時,為了既隔斷對四周的影響又達到降低地下水位的效果,可在施工區間打入鋼板樁圍護。 
        ⑤因為需在整個固結期內降低地下水位致使經歷時間長,機械費用高。 
        4 豎向排水法 
        在粘性土地基中設置垂直的排水柱,以縮短排水距離,促進地基排水固結,增加抗剪強度。由于垂直排水柱所用材料不同,分為砂井和紙板排水兩種。 
        4.1 砂井排水法 
        砂井排水法根據砂井的施工方法不同,可分為打入式、振動式、螺旋鉆式、水射式及袋裝式等。本法很少單獨使用,多與加載法或緩速填土法并用,對層厚大,均質的粘土地質最為有效;對泥炭質地基效果稍差。 
        粘性土層固結所需時間t與垂直方向最大排水距離D的平方成正比。很清楚,粘土層越厚,所需固結時間就越長。 
        4.1.1 設計 以間距d布置,直徑為dw的排水砂井。設想直徑為de的圓柱狀地基,如間隙水只流向砂井,其固結時間為: 
        t=2Thde/Ch 
        式中:t--固結時間(d) 
        Th--水平向固結時間因數(無因次) 
        Ch--水平向固結系數(m2/d) 
        de--有效直徑(m) 
        當砂井間距離為d間(見圖4); 
        正三角形布置de=1.05d; 
        正方形布置de=1.13d。 
        dw--砂蟛直徑(m) 
        可知de越小,排水砂井間距d就越小,越能促進固結。 
        固結度Uh與時間因數Th是以有效直徑和排水砂井直徑之比n=de/dw為參數。de與垂直向的固結排水距離D相對較小,所以多把垂直方向排水忽略。但粘占層厚度較小時,不能忽略。粘土層總的固結度U由下式求得。 
        U=1-(1-Uh)(1-Uv) 
        式中:Uh-水平向固結度; 
        Uv-豎向固結度。 
        地基處理范圍,為了穩定,以填土坡面下為處理對象;為防止沉降,主要以路基頂面寬度下作為處理對象。 
        設計排水砂井時,首先假定施工方法、砂井直徑、排水距離和改良范圍。然后進行穩定及沉降計算,若不能滿足時,修正假定數據,再進行計算。并注意下列幾點。 
      ①是否有砂層存在。
      ②防止擾動四周土壤,避免降低透水性或地基強度。宜取盡可能寬的排水間距。一般情況水平向固結系數Ch為豎向的固結系數CV的數倍,但是由于砂井打設方法不同,實際Ch只能達到CV甚至小于CV的值。
      ③砂井中的砂,在固結過程中起到排水通路的作用,因此必須長期發揮良好的透水性能。通常采用干凈優質的粗砂。
        4.1.2 施工程序 
        ①鋪砂。在砂井施工之前,地表面先鋪一砂墊層。并設置排水溝,使填土內不致有較高的地下水位。 
        ②打入排水砂井。其法有打入式、振動沉樁式、射水式、螺旋鉆進式及袋裝式等。無論何種方式一般的沉入深度為15~20m,超過這一深度工程費用明顯增大。 
      a.打入式和振動沉樁式 這是最常用的兩種方式。使用履帶式起重機時沉入深度為10m左右;使用特制的鋼打樁架,沉入深度可達30m。樁徑一般采用30~50cm,間距為1.5~3.0m。
      打入式和振動沉樁式的施工程度大致相同:
      (1)套管底端接上管靴,放置在設計井位上;
      (2)用汽鍾鍾擊或振動錘振打至設計深度;
      (3)用鏟斗把砂喂入套管中;
      (4~5)將喂砂口封閉,一邊壓入壓縮空氣,一邊拔出套管;
      (6)待套管完全拔出,砂井沉入即告結束。
      b.射水式 該法與別的方法相比對地基擾動最小,在水源豐富,排泥處理無困難時宜采用。其施工順序:
      (1)將套管置在設計井位上;
      (2)在套管內放入噴咀桿,并用噴沮射水;
      (3)一旦開始射水,即將套管緩緩下降,如遇障礙物或固結硬層,可用錘輕輕敲擊套管頂面;
      (4)套管下到設計深度升降噴咀桿,使管中的土溢出。
      (5)灌入砂,徐徐拔出套管,砂井即告成。
      c.螺旋鉆進式和袋裝式 螺旋鉆進式的直徑為40~100cm,鉆入深度15m左右,本法對地基擾動較小,但施工速度慢。
        袋裝式是為了避免井內所填的砂被土壤切斷,不能排水,而把砂裝入直徑12cm左右的柔韌透水袋內。 
        施工注意事項: 
      ①按設計圖間距布置砂井。用不同顏色標志已打入或待打入的井位。
      ②導桿應始終保持豎直,并經常檢查。打入深度按設計規定。
      ③允許以較快的速度打入,但套管拔出速度應控制在填充砂及壓氣能從容地操作為度。留心套管拔出時砂在成拱作用下與套管一起被上提產生間隙,這樣常使軟土侵入砂井切斷砂柱。
      ④填充砂料可采用傳送帶連續投入,也可采用漏斗提升喂入,從正確計量考慮,以后一種方式為優。
        以上是公路道路軟基處理較為常用的方法,另外,在有些特殊情況下還采用粉噴樁處理軟基及塑料排水板處理軟基等方法。

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