2019-06-14 12:09:23

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我国公路行业规范对软土地基的定义是指强度低,压缩量较高的软弱土层,多数含有一定的有机物质。由于软土强度低,沉隐量大,往往给道路工程带来很大的危害,如处理不当,会给公路的施工和使用造成很大影响。

基本信息

  • 中文名

    软土地基

  • 外文名

    soft soil subgrade

  • 意义

    强度低,压缩量较高的软弱土层

  • 特点

    多数含有一定的有机物质

  • 所指

    滨海、湖沼、谷地

  • 学科

    土木工程

折叠 编辑本段 定义

折叠 概念

日本高等级公路设计规范将其定义为:主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土泥炭以及松散砂等土层构成。地下水位高,其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。

日本规范还对软土地基做了分类,提出了类型概略判断标准。在给出软土地基定义时指出:软土地基不能简单地只按地基条件确定,因填方形状及施工状况而异,有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上,判断是否应按软土地基处理。

软土路基处理的目的是提高该段公路路基的稳定性和承载能力。

折叠 软土

软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。

折叠 编辑本段 特性

软土地基的物质结构、物理力学性质等具有以下的基本特点:

一、高压缩性:软土由于孔隙比大于1,含水量大,容重较小,且土中含大量微生物、腐植质和可燃气体,故压缩性高,且长期不易达到稳定。在其它相同条件下,软土的塑限值愈大,压缩性亦愈高。

二、抗剪强度低:因此软土的抗剪强度最好在现场作原位试验。

三、透水性低:软土的透水性能很低,垂直层面几乎是不透水的,对排水固结不利,反映在建筑物沉降延续时间长。同时,在加荷初期,常出现较高的孔隙水压力,影响地基的强度。

四、触变性:软土是絮凝状的结构性沉积物,当原状土未受破坏时常具一定的结构强度,但一经扰动,结构破坏,强度迅速降低或很快变成稀释状态。软土的这一性质称触变性。所以软土地基受振动荷载后,易产生侧向滑动、沉降及其底面两侧挤出等现象。

五、流变性:是指在一定的荷载持续作用下,土的变形随时间而增长的特性。使其长期强度远小于瞬时强度。这对边坡、堤岸、码头等稳定性很不利。因此,用一般剪切试验求得抗剪强度值,应加适当的安全系数。

六、不均匀性:软土层中因夹粉细砂透镜体,在平面及垂直方向上呈明显差异性,易产生建筑物地基的不均匀沉降。

折叠 编辑本段 危害后果

软土地基的性质因地而异,因层而异,不可预见性大。在设计、施工过程中,稍有疏忽就会出现质量事故,常见的事故有:

(1)勘察设计不详细或不准确,导致对应该作软基处理的地段未作处理设计,此类工例不少,在施工中经常会出现这种现象。

(2)已知是软土地基,但是未做好软土地基处理,造成路堤失稳或危及线外建筑物。工例有:汕头磊口大桥引道.由于高填土引起线外土地隆起,民房受损.路基难以稳定,只好增加桥梁长度,建成后一段时间,仍然出现锥坡不均匀下沉,又做了处理,现已改建新桥。中山县附近的狮窖口桥,原设计是拱式桥跨,台背填土较高.由于高填土的推力作用和地基严重下沉,使桥台被推坏,拱体损伤,新路旁的老公路被挤移,将一条近10m宽的水沟填塞,路外厂房和民房受损,迫不得已改变桥型(原拱桥拆掉重建梁桥),增大桥长,降低路堤。

(3)虽然作了软土地基处理,但是措施不力,施工不当造成路堤失稳。珠海南屏桥引道,虽然软土采用砂并结合分级加载预压处理,路堤填土高度7m,南岸砂井施工完成后,仅填土到2.5m高(第一级加载)时就发生破坏,北岸在第三级填土完成时发生破坏。填土完成也发生破坏。经开挖分析,原因是地质资料不准确,填土速度过快,后加的反压护道又阻塞了砂垫层的排水通道。最后采取了挖深边沟排水(挖边沟时,原路堤底有大量的水流出),用袋装砂井(原先的砂井是无袋砂井)和铺土工布进行修复。

(4)堆料不当,未按规定分层填筑,填土过快,碾压不当,造成路堤失稳。新会虎坑、大洞桥的引道,原设计对软基都作了袋装砂并结合砂垫层加固处理,由于投资限制,大部分路段的处理被取消。在施工过程中,有几处路堤发生滑塌现象,通车后整个路段不均匀沉降明显。主要原因是堆料不当,未按规定分层填筑,也未作施工观测,填土过快,碾压不当。其填料采用开山石渣土,其中合有大块石,运料没有做到均匀卸土,合理分层,而是堆成厚层用强振碾压,使强度很低、灵敏度很高的软土地基受到破坏。末作加固处理但按规定施工的路段,虽然后来沉降较大,但没有发生破坏。

(5)扰动"硬壳层"或填筑不当,使"硬壳层"遭受破坏,导致路堤失稳。软土地基上往往有一层强度比软土高的土层,被称为"硬壳层"。"硬壳层"可以起到承重和扩散应力作用,利用好"硬壳层"对于减少工程投资是有意义的。有的地区甚至认为,有"硬壳层"存在的软土地基,宁可不作软土地基特殊处理,充分利用"硬壳层"的扩散应力作用,采取预压措施,以保持填筑路堤的稳定。但若对"硬壳层"的勘察、利用工作做得不好,则达不到顶预想的效果。

(6)由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用,引起桥台发生变位以至损坏。在软土地基上的桥台,基础不论是用支承桩或是摩擦桩,由于台背填土引起软土层发生较大的沉降,对桥台及桩基础产生纵向推挤向河中方向和负摩擦力作用,轻则使桥台发生位移或下沉,重则损坏桥台危及桥墩,这种现象尤以轻型桥台为甚。此类现象出现不少给工程的进展和完工后的使用带来不利影响。主要问题是:台背填土引起桥台向桥跨方向发生水平变位;先做桥台,后做锥坡及台背填土;锥坡没有按设计图纸做足,台背填土时把轻型桥台推坏;由于负摩擦力作用,引起桥台下沉。

折叠 编辑本段 处理方法

在公路工程中处理软土地基主要采用以下几种方法:

折叠 堆载预压法

该法是在工程建设之前用大于或等于设计荷载的填土荷载,促使地基提前固结沉降以提高地基的强度,减少工后沉降。当强度指标达到设计要求数值后,卸去荷载,修筑道路路面。经过堆压预处理后,地基一般不会再产生大的固结沉降。利用路堤填土作为堆载,成本较低。施工填筑时宜采用分层分级施加荷载,以控制加荷速率,避免地基发生剪切破坏,达到地基强度慢慢提高的效果。该法原理较成熟,施工简单,不需要特殊的施工机械和材料。由于该地区软土固结系数小,故软土的排水固结时间较长,因此工期较长。如施工时间允许,可单独使用;如工期紧,可结合其它方法一起使用。

折叠 真空预压法

真空预压法是在需要加固的软土地基内设置砂井塑料排水板,然后在地面铺设砂垫层,其上覆盖不透气的密封膜使其与大气隔绝,通过埋设于砂垫层中的吸水管道,用真空装置进行抽气,将膜内空气排出,因而在膜内外产生气压差,气压差即转变成作用于地基上的荷载,地基不会产生剪切破坏,这对软土地基是有利的。该方法不需要堆载,省去了加载和卸荷工序,缩短了预压时间,省去了大量堆载材料,所使用的设备及施工工艺均比较简单,无需大量的大型设备,便于大面积施工。

折叠 反压护道法

该法是指在道路主路堤两侧,填筑一定宽度和高度的护道,以期达到路堤稳定的一种方法,它主要是起抗滑的平衡作用,使得抗滑力矩能克服滑动力矩。其高度一般为路堤填土高度的1/3~1/2。这种方法处理软土地基,对解决路基稳定是有效的。该法不需控制填土速率,可以机械化快速完成路基填筑,但利用该法处理地基,土方量大、占用土地多。

折叠 搅拌桩法

水泥土搅拌桩是胶结法处理软土地基的一种,它利用水泥或石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理、化学反应,使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基,以达到提高地基承载力、减少地基沉降量的目的。其地基应视为复合地基,桩土共同承担荷载。它具有施工速度快,设备轻便,便于移动,方法容易掌握,处理深度较大等优点。

折叠 换填垫层法

当软弱土层厚度不很大时,可将路基面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除,然后换填强度较大的土或其它稳定性能好、无侵蚀性的材料(通常是渗水性好的砾料)称为换填或垫层法。此法处理的经济实用高度一般为2~3m,如果软弱土层厚度过大,则采用换填法会增加弃方与取土方量而增大工程成本

折叠 强夯法

对于孔隙较大的地基及含水量在一定范围内的软弱粘性土地基,可采用重锤夯实或强夯。它的基本原理是:土层在巨大的冲击能作用下,土中产生很大的压力和冲击波,致使土体孔隙压缩,夯击点周围一定深度内产生裂隙良好的排水通道,使土中的孔隙水(气)顺利排出,土体迅速固结。强夯后地基承载力可得到一定的提高,压缩性可降低200%~1000%。

折叠 加筋路基法

对于沉降量不大的路堤,高路堤填土适当采用土工布垫隔,限制了软基和路基的侧向位移,增加了侧向约束,从而降低应力水平,加强了路基刚度与稳定性,提高了路基的水平横向排水,使荷载均布。采用土工布覆盖摊铺,既提高路基刚度,也使边坡受到维护,有利于排水,增加地基稳定性

此外,在确定地基处理方法时,还要注意节约能源。注意环境保护,避免因为地基处理对地面水和地下水产生污染,避免振动噪音对周围环境产生不良影响等。

折叠 化学加固法

通过在软土地基中加入水泥或其它化学材料,进行软土地基处理的方法称为化学加固法。适用于处理砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土,也可以在处理裂隙岩体及已有构筑物地基加强中。

水泥或其它化学材料注入土体后,与土体发生化学反应,吸收和挤出土中部分水与空气形成具有较高承载力的复合地基。

主要加固方法:硅化法、粉喷桩、旋喷桩、注浆、水泥土搅拌法。

硅化法:用水玻璃为主的混合溶液对软土进行化学加固的方法称为硅化法,借助于电的作用进行加固称为电硅化法。它的特点是加固作用快,工期短,但造价较高,不适用于渗透系数太小的土。

旋喷桩:旋喷桩可分为粉体喷射桩、高压喷射注浆法等。对于强度低、压缩性高、排水性能较差的软土,采用灰土桩(水泥土桩、石灰土桩、二灰土桩等)与地基组成复合地基,大部分荷载由桩体承受,从而提高地基承载力,减少工后沉降。它的施工工艺比较复杂,需要配置专门的旋喷设备。利用粉喷桩施工造价较高,处理效果可靠,适用土层范围广。

折叠 编辑本段 注意事项

软土地基静压注浆施工质量保证措施

(1) 采用静压注浆法进行加固,加固对象为松散填土层,粉质粘土不必再注浆加固。勘察报告中ZK6号孔对应的局部淤泥质土由于范围不大,施工中对以其为中心、直径3m范围内的注浆孔的底部2m(即淤泥部分)进行高压劈裂注浆处理。加固后的地基承载力要求达到140kPa。

(2) 注浆区已开挖到基底,注浆孔的深度要求钻穿填土层,深度介于1~ 4m,各孔采用分段注浆法,段长500,各孔每米水泥平均用量\U+2460区和\U+2461区介于75~ 150kg、\U+2462区和\U+2463区介于100~ 200kg,终止注浆的标准一是孔口返浆,且已达到设计要求的最少注浆量;二是孔口未返浆,但是注浆量已达到每米水泥用量的上限,三是虽然没有达到设计要求的最小注浆量,但孔口已返浆,且经现场验证确知所在地层较密实,可灌性确实最差。

(3) 灌注纯水泥浆,水灰比1:1(容重1.49)~ 0.75 :1(容重为1.62),掺占水泥重量比例2%的早强剂CaCl。

(4) 由于填土层中存在较多的石块,成孔较困难,为了提高工效,静压注浆时采用机钻预成孔分段注浆法与击入式钢花管分段灌浆法相结合。钻孔灌浆法采用1∶1水泥浆循环护壁,自上而下每钻进1m预灌1次,终孔后再自下而上换用0.75∶1的水泥浆每50cm灌浆一次,花管灌浆法采用自下而上分段灌浆法,每50cm灌浆一次。

(5) 为了保证足够的上覆压力,在注浆前,要求先用0.5∶1水灰比的水泥浆(容重1.86)浇注基底表面,使表层约50cm范围得以固化(水泥用量约为50kg/m2)。

(6) 施工质量检验:1开挖检查表观质量:注浆孔1m直径范围内70%以上的空隙已充填浆液固结体,土质呈可塑以上状态。2重型动力触探试验;3承载力试验:施工2周后进行2×2m大板载荷试验,共3点或按规范规定。

软土地基静压注浆施工安全技术

(1) 现场成立安全领导小组,由项目经理、质安员、施工员实行岗位责任制。项目经理为安全生产第一责任人,质安员为安全生产技术负责人,负责本工程安全生产日常的监督管理工作,施工员为所管辖的职责范围安全生产直接责任人,坚持贯彻"安全第一,预防为主"的方针,定期研究和解决安全生产中存在的问题。

(2) 实行安全技术交底制度。工程开工前,随同施工组织设计,向参加施工的人员认真进行安全技术措施的交底;每个单项工程开始前,质安员重复交待单项工程的安全技术措施;实行逐级安全技术交底制。

(3) 实行安全生产检查制度

1) 各生产班组建立班前安全会活动制度,检查本班组当天的工作范围 ,若发现存在隐患要及进整改,如有本班组除不了的隐患,应立即通知领导派人处理,严禁违章冒险作业。

2) 工地专职质安员,每天必须在工地巡视检查质量、安全,如发现问题及时向班组工人提出整改,并复查整改情况。

3) 坚持定期和不定期相结合的安全检查制度。建立登记、整改制度,在查出的隐患没有排除前必须有可靠的防护措施,如有危及人身安全的情况,应立即下令停止作业,待整改完成并经验收合格后方能恢复施工。

4) 实行特殊作业人员持证上岗制度。电工、电焊工必须持证上岗,其他施工机械操作人员也要依照有关规定持证上岗,禁止无证人员操作。

5) 施工现场一切机械设备,必须经常检查、维护、保养。夜间施工,现场要有足够的照明。消防设施应完全满足消防要求。

(6)安全用电

1.按照国家颁布的《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ46-88)结合工程现场实际情况,开工前编制临时用电组织设计;

2.施工临时线路整齐有序、架空高度2m以上;

3.总电源处装总的漏电保护器,各用电设备配电箱均装分漏电保护器,坚持一机一闸一漏电,电器设备配以金属外壳,有保护接地或接零装置。

(7) 严禁酒后作业。严防食物中毒。

(8) 严格执行施工安全措施,杜绝安全事故,以免拖延工期。

(9) 对开挖的深基坑边坡进行安全支护,针对A施工期较短,且处于冬季无水季节,B边坡已有一定坡度,且边坡地质为夹杂块石的杂填土,水泥浆对此有一定的固结强度,决定喷灌水泥浆加固。效果表明其不失为一种经济实用的加固方式。

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