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2019年一级建造师《公路工程》核心考点软土地区路基施工
发布时间:2019-05-12   好学通一级建造师网

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  1B411020 特殊路基施工技术
  1B411021 软土地区路基施工
  一、软土地基的工程特性
  淤泥、淤泥质土及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般黏土统称为软土。大部分 软土的天然含水量30%~70% ,孔隙比1. 0~1. 9,渗透系数为10-8 ~ 10-7 cm/s,压缩性系数为0.005~0.02,抗剪强度低(快剪裁聚力在10kPa左右,快剪内摩擦角0°~5°) ,具有触变性,流变性显著。对于高速公路,标准贯击次数小于4,无侧限抗压强度小于50kPa且含水量大于50%的黏土或标准贯击次数小于4且含水量大于30%的砂性土统称为软土。修建在软土地区的路基,主要是路堤填筑荷载引起软基滑动破坏的稳定问题和量大且时间长的沉降问题。
  二、软土地基处理施工技术
  按加固性质,主要有以下几种:
  (一)表层处理法
  软土地基处理施工具体方法有几十种,常常多种方法综合应用。按加固性质,主要有以下几类:
  1.砂垫层
  在软土层顶面铺砂垫层,主要起浅层水平排水作用
  砂垫层用于路堤高度小于2倍极限高度(在天然软土地基上,基底不作特殊加固处理而用快速施工方法修筑路堤的填筑最大高度)软土层及其硬壳较薄,或软土表面渗透性很低的硬壳等情况。亦可用于软土层稍厚但具有双面排水条件的地基。有排水砂垫层、换土砂垫层、砂垫层和土工布混合使用等形式。
  砂垫层施工简便,不需特殊机具设备,占地较少。但需放慢填筑速度,严格控制加荷速率,使地基有充分时间进行排水固结。适用于施工期限不紧迫、砂料来源充足、运距不远的施工环境。
  2.反压护道
  在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道,以改善路堤荷载方式来增加抗滑力的方法,使路堤下的软基向两侧隆起的趋势得到平衡,从而保证路堤的稳定性。
  3.土工聚合物处治
  (1)土工布
  土工布铺设于路堤底部,在路基自重作用下受拉产生抗滑力矩,提高路基稳定性。土工布在软土地基加固中的作用包括排水、隔离、应力分散和加筋补强。
  土工布连接一般采用搭接法或缝接法。缝接法有一般缝法、丁缝法和蝶形法。
  土工布一般分一层或多层铺设。当铺设两层以上时,层与层之间要夹10-20cm的砂或砂砾垫层,以提高基底透水性。
  (2)土工格栅
  土工格栅加固土的机理存在于格栅与土的相互作用之中。一般可归纳为格 栅表面与土的摩擦作用;格栅孔眼对土的锁定作用和格栅肋的被动抗阻作用。三种作用均能充分约束土的颗粒侧向位移,从而大大地增加了土体的自身稳定性, 对土的加固效果,明显高于其他土工织物。
  (二)换填法
  换填法一般适用于地表下0.5-3. 0m之间的软土处治。
  1.开挖换填法
  将软弱地基层全部挖除或部分挖除,用透水性较好的材料(如砂砾、碎石、钢渣等)进行回填。该方法简单易行,也便于掌握。对于软基较浅((1-2m)的泥沼地特别有效。
  (1)开挖方式
  基底开挖深度在2m以内可用推土机、挖掘机或人工直接清除至路基范围以外堆放或运至取土坑还填;深度超过2m时,要由端部向中央分层挖除,并修筑临时运输便道,由汽车运载出坑。
  软土在路基坡脚范围以内全部清除,边部挖成台阶状再回填;路基穿过沼泽地只需要清除路基坡角(含护坡道)范围以内的软土。护坡道以外,对于小滑塌的软土,可挖成1:1~1:2的坡度,对于泥沼地区的淤泥质高压缩性软土可将护坡道加宽加高至与沼泽地相平或高出。
  (2)填筑及压实
  软基在开挖时要注意解决渗水或雨水两个问题,可采用边挖边填,也可全部或局部清除后进行全部或局部回填,尽可能换填渗水性材料,并注意及时抽水。
  碎石土及粉煤灰等工业废渣常作为换填材料。压实时,为达到较好的压实效果,常采用振动压路机和重型静力压路机(三轮压路机12―15t)。
  如果路基与两侧沼泽完全隔离,就可按照一般路堤填筑方式进行填筑,分层碾压时控制好含水量、碾压遍数、碾压方式及路堤边坡、护坡道的密实程度,要做好泥沼与路堤之间的边沟的排水,保证路堤不受水毁,不受冻害。
  路堤与两侧沼泽不能完全隔离,在清除路基底部软土后,如渗透性良好的土源缺乏,可在路堤底面用砂石料设置透水性路堤。
  路堤两侧设立全铺式(块石、片石浆砌护坡)护坡或护面墙(挡土墙式护坡)时,砌石应用当地不易风化开山片石,用M5等级砂浆砌筑,墙基应埋人非软基土中0.50~1.20m左右,砌筑护坡时应夯实坡面,挡墙墙后应填筑开山石块并夯实。护面墙应在路堤压实稳定后再开挖砌筑。
  2.抛石挤淤法
  这种方法施工简单、迅速、方便,适用于常年积水的洼地,排水困难,泥炭呈流动状态,厚度较薄,表层无硬壳,片石能沉达底部的泥沼或厚度为3-4m的软土;在特别软弱的地面上施工由于机械无法进入,或是表面存在大量积水无法排除时;石料丰富、运距较短的情况。
  抛投顺序,应先从路堤中部开始,中部向前突进后再渐次向两侧扩展,以使淤泥向两旁挤出。当软土或泥沼底面有较大的横坡时,抛石应从高的一侧向低的一侧扩展,并在低的一侧多抛填一些。
  片石露出水面后,宜用重型压路机反复碾压,然后在其上面铺反滤层,再行填土。
  3.爆破排淤法
  将炸药放在软土或泥沼中爆炸,利用爆炸时的张力作用,把淤泥或泥沼扬弃,然后回填强度较高的渗水性土壤,如砂砾、碎石等。爆破排淤较一般方法换填深度大、工效较高,软土、泥沼均可采用。
  爆破排淤法用于当淤泥(泥炭)层较厚,稠度大,路堤较高和施工期紧迫时;路段内没有桥涵等构造物,路基承载力均衡一致,因整体沉降对道路不会产生破坏,也可考虑换填。但对桥涵构造物及两侧引道等,应考虑采用其他方法。
  爆破排淤分为两种,一种方法是先在原地面上填筑低于极限高度的路堤,再在基底下爆破,适用于稠度较大的软土或泥沼。另一种方法是先爆后填,适用于稠度较小,回淤较慢的软土。
  (三)重压法
  1.堆载预压法
  在软基上修筑路堤,通过填土堆载预压,使地基土压密、沉降、固结,从而提高地基强度,减少路堤建成后的沉降量。进行预压的荷载超过设计的道路工程荷载,称为超载预压;预压荷载等于道路工程荷载,称为等载预压。
  堆载预压法对各类软弱地基均有效;但堆载预压需要一定的时间,适合工期要求不紧的项目。
  2.其他重压法
  (1)真空预压法:利用大气压强0.098MPa等效堆载预压法对软基进行加固。即依靠真空抽气设备,使密封的软弱地基产生真空负压力,使土颗粒间的自由水、空气沿着纵向排水通道,上升到软基上部砂垫层内,由砂垫层内过滤再排到软基密封膜以外,从而使土体固结。该法适用于含水量高、孔隙比大、强度低、渗透系数和固结系数均较小的黏土。
  (2)真空预压加堆载预压法:是堆载预压和真空预压两种方法的结合,原理与真空预压相同,但加载更大,预压时间缩短了一半。
  (四)垂直排水固结法
  利用砂井、袋装砂井、塑料排水板增加土层竖向排水途径,缩短排水距离、加速地基固结。
  1.砂井
  用振动打桩机、柴油打桩机(冲击式和振动式)以及下端装有活瓣钢桩靴的桩管将砂(含泥量不大于3%)或砂和角砾混合料(含泥量不大于5%)灌入形成砂井。在施工时考虑避免“缩颈”和减少对土的扰动。
  (1)套管法:根据沉管工艺的不同,又分为静压沉管法、振动沉管法等。
  (2)水冲成孔法:通过专用喷头,在水压力作用下冲孔,成孔后清孔,再向孔内灌砂形成。适用于土质较好且均匀的砂性土。
  (3)螺旋钻成孔法:以动力螺旋钻钻孔,提钻后灌砂成砂柱。适用于陆上工程,砂井长度l0m以内,且土质较好,不会出现缩颈、塌孔现象的软弱地基。
  2.袋装砂井
  主要用导管式振动打桩机(在行进方式上普遍采用的有轨道门架式、履带臂架式、吊机导架式等),选用聚丙烯或其他适用的编织料制成的袋,采用渗水率较高的中、粗砂制成砂袋。袋装砂井按整平原地面一摊铺下层砂垫层→机具定位→打入套管→沉人砂袋→拔出套管→机具移位→埋砂袋头→摊铺上层砂垫层的施工工艺流程进行。
  (1)施工准备。
  (2)施工机具和材料。
  施工主要机具包括:喷粉桩机及配套贮灰罐及喷粉系统、空气压缩机、75kW以上的发电机等,喷粉桩机由液压步履式底架和导向加减压机构、钻机传动系统、钻具、液压系统、喷粉系统、电气系统等部分组成。
  2.粒料桩
  主要用振冲器、吊机或施工专用平车和水泵,将砂、碎石、砂砾、废渣等粒料(粒径宜为20~50mm,含泥量不应大于10%加入振密。按整平地面→振冲器就位对中→成孔清孔→加料振密→关机停水→振冲器移位的施工工艺程序进行。
  3.生石灰桩
  主要用振冲器、吊机或施工专用步履式、门架式振动沉桩设备。配备适用的空压机,起重机械起吊能力应大于100-20okN。使用材料为生石灰(颗粒直径不超过30mm要求填充材料要密实)。按整平地面→振冲器就位对中→成孔→空气压缩机注人生石灰→边振动边拔出套管→振冲器移位→封紧生石灰桩孔的施工工艺程序进行。