浅析某高速公路排水固结法处理软土路基

浅析某高速公路排水固结法处理软土路基（2篇）

1.浅析某高速公路排水固结法处理软土路基 篇一

公路工程排水固结法是目前公路地基处理中主要常用的软基处理方法之一。简单的说排水固结法实质上就是要尽量将三相体中的水分及气体排除从而增加其强度提高其承载力。如何实现排除气体及水分这个目标是排水固结法要解决的问题。

1 公路工程排水固结法的阐述、组成、分类

排水固结法是利用天然地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体, 通过预先在地表进行加载预压或利用构造物自身重量使土体中孔隙水逐渐排除、土体逐渐固结, 地基土逐渐压缩, 强度逐步提高的方法。或者利用井点抽水降低地下水位、利用插入土中的通电电极使土中水发生渗流以达到区域土体自重应力的增加, 从而使土体逐渐压密的方法。目前公路地基处理中常用的是通过施加荷载进行预压完成土体的固结密实。

排水固结法由排水系统和加压系统两部分组成。

排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件, 增加孔隙水排除途径, 缩短排水距离, 系统主要由在土中打设的砂井、袋装砂井或塑料排水板等竖向排水体同地面铺设的砂石垫层构成;也可以利用天然地基中夹粉砂薄层的“千层糕”状土形成天然的排水系统;对于较薄的不含透水层的软粘土可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层作为排水系统。

加压系统是指对地基施加预压荷载, 它使地基土的固结压力增加而产生固结。预压法的加载方法可分为堆载 (土、砂石料、液体、钢锭等) 、真空和降水三类。

排水固结法根据排水的措施不同可分为堆载预压法、降水预压法和电渗法。目前公路工程普遍使用的是造价相对较低的堆载预压法。而根据是否设置竖向排水体和加压系统的不同, 堆载预压法又可分为砂井 (袋装砂井、塑料排水板) 堆载预压法、真空 (砂井、袋装砂井、塑料排水带) 预压法、堆载—真空联合预压法。

不设置竖向排水体与设置竖向排水体的区别是:前者是利用天然地基作为排水系统, 其固结排水过程是一维固结排水过程;而后者由于在地基中设置了竖向排水体, 其固结排水过程是三位固结排水过程。实践证明, 在饱和粘土厚度不超过5m或土层固结系数cv>10-2cm2/s或饱和土层内为“千层糕”状土时, 可考虑不设置竖向排水体, 否则必须在软土中设置竖向排水体。

真空加压与堆载加压的加固机理及适用性的区别在于:

(1) 堆载加压时, 土体中的总应力是增加的, 而真空加压中总应力是没有增加的; (2) 堆载加压时, 土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是正值, 即超静孔隙水压力是正值, 而真空加压中孔隙中形成的孔隙水压力增量是负值; (3) 堆载加压时, 土体有效应力的增长是通过正的超孔隙水压力的消散来实现的而且随着超静孔隙水压力逐步消散为零, 有效应力增加达到最大值;而真空加压中, 土体有效应力的增长是靠负的超静孔隙水压力的形成来实现的, 随着负的超静孔隙水压力的增大, 有效应力也逐渐增大, 一旦负的超静孔隙水压力发生“消散”, 则有效应力也随之降低。 (4) 堆载加压时, 土体加固后形成的有效应力与上部施加的荷载大小有关, 而且在垂直和水平向上大小一般是不同的, 而真空加压中土体有效应力的增加具有最大值, 理论上为一个大气压, 一般都低于此值, 由于有效应力的增加是依赖与孔隙水压力的降低来实现的。所以, 土体加固过程中有效应力增加值在垂直、水平及各个方向上具有相同值。 (5) 堆载加压时, 土体填筑时必须考虑地基失稳填筑土须逐层填筑分级加载, 而真空加压中无须考虑失稳问题, 可一次加压。 (6) 堆载加压时, 填筑物可根据地基强度的增长情况逐级加载到足够大的荷载, 而真空加压中最大加载一个大气压的荷载 (一般在60kp～90kp) 根据施工水平及设备不同而有所差异。 (7) 堆载加压时, 可不考虑地基土层中是否有砂层, 而真空加压中不适合用于地层中有砂层地段, 否则应采取措施防止漏气。

2 堆载预压处理公路软土地基设计及施工要求

2.1 施加预压荷载

堆载预压所采用的材料主要有土、砂石料、液体、钢锭等, 公路工程中路堤自身即为预压荷载。根据道路施工工期及工程对沉降的要求, 荷载可分为欠载、等载、及超载。实际工程中根据不同情况进行选用。需要注意的是一般路堤填料为土质或砂质, 根据路基施加荷载的要求要考虑路面材料的密度与路基填料材料的不同。在采用等载及超载预压时要进行换算, 另外还要将通车后的活载换算为等代土柱高度, 进行加压。

软基土质较软、地基承载力很低采用堆载预压时, 为了避免地基因发生塑性变形而失稳, 需要分级加载、控制加载速度以及每次加载载重使其与地基的强度增长速度相适应。每级加载不应超过前级荷载作用下地基强度增加后的允许承载力。在计算强度增量时, 要考虑加载预压过程中由于土体剪切蠕动引起的强度衰减。

2.2 排水系统

排水系统是保证土颗粒间自由水能够顺利排走、地基迅速固结的必要条件。排水系统由水平排水层 (一般为砂垫层) 以及设置于其间的盲沟、竖向排水体 (一般为袋装砂井或塑料排水板) 组成。

2.3 结合工程实例分析塑料排水板在工程中的应用

结合众多工程实例, 塑料排水板在公路工程及其他行业地基处理中已应用多年, 总结其经验教训, 在设计及施工中应注意如下:

(1) 设计中应强调并明确塑料排水板的型号及断面尺寸。 (2) 设计中应强调塑料排水板应采用可测深度的塑料排水板。 (3) 塑料排水板一般应达到软土层的层底, 若软土层较厚 (如超过建筑物底宽的2倍) , 排水通道的打设深度不小于1/2建筑物底宽, 同时排水板必须穿过土体稳定计算的弧形滑动面至少2m。 (4) 调查清楚地质情况, 尽可能的与实际地质吻合。 (5) 塑料排水板一定要采用正规厂家生产的产品, 每次使用前必须对每批次产品进行检测, 杜绝因为产品质量影响到工程质量。 (6) 插打塑料排水板时必须使用套管, 套管的驱动方式可以用振动也可以用静压, 但在边坡上插板时为保持边坡的稳定, 只允许采用静压的方式。 (7) 要保证插板的插达深度, 控制排水板的回带量在20～50cm, 当发现排水板的回带量超过50cm, 应就近重新补插。 (8) 为保证插板质量, 应要求在每台插板机上必须安装排水板打设自动检测记录仪, 没有安装的严禁施工。自动检测系统主要是通过检测、桩深、水深、带深和实际的涂面高程, 就可以换算出回带长度。如果在下桩过程距离桩底目标高程50cm以上, 拔出时其深度报警器会发出警报提醒。 (9) 在复合地基中插打塑料排水板的也可起到消散孔隙水压力的作用, 但应从其经济性仔细分析论证, 确定其插打密度做到尽量经济。

3 结语

施工过程中软土路堤最重要的就是做好施工的现场观测, 尤其是采用排水固结法处理软土地基时更要做好监测工作。现场观测的目的是掌握塑料软基沉降、侧向位移及孔隙水压力消散规律, 控制填土速率, 保证路堤稳定以及为预测工后沉降提供与实际最接近的数据。同时也可检验采用的设计参数和设计方法是否合理。

在软土地基上施工最重要的首先要确定软土地基填土的临界高度, 这样在临界高度以下填土可以不考虑填土速率, 路堤是不会出现失稳现象的, 同时尽可能提高填筑速率, 为后期的预压争取时间, 用排水固结法施工时应严格进行观测。

参考文献

[1]李伟.排水固结法处理软土地基的安全监测及分析[J].珠江现代建设, 2009.6.

[2]郑铭贤.某公路软土路基袋装砂井排水固结法处理施工的探讨[J].广东建材, 2011.2.

2.浅析某高速公路排水固结法处理软土路基 篇二

在软土地层中, 存在以沉积为主的软弱粘性土, 其含水量较大, 同时还夹杂少量的腐泥和泥碳层。本工程为某市一新城区的建设工程, 在该地区分布有大面积的软土地层, 同时厚度加厚, 平均厚度达到20 m以上, 软土主要呈现流塑态, 地下水位较高, 土体成饱和状态, 如表1所示为工程所处地区的各土层物理指标。

根据本工程所处地区的地质情况和水文条件, 主要从经济、技术等方面对多种可行地基处理方案进行对比, 包括带装沙井、强夯等方法, 最终确定了最佳的地基处理方法———静压排水固结处理方案。经过专家的多方论证, 具体采取的静压排水固结方案为塑料排水板堆载预压方案。

2 设计重点

排水固结法在软土层中的主要应用是通过设置砂垫层以达到将地下水引到路堤边坡之外进行自然排放的目的。本工程所处地区地势平坦开阔, 地面标高可达到1.5 m以上, 同时地下水位较高, 为1 m左右。在工程区域内存在大面积的鱼塘, 在道路两侧的地块基本与路堤同步进行填筑。

结合本工程施工特点, 本工程所采取的排水固结方案主要的设计重点为通道的设置, 为了很好的完成通道的设置, 本工程采用了 (塑料排水板) + (排水砂层) + (碎石盲沟) + (集水井) + (人工泵抽水) + (引流临时排水沟) + (外部临时储水池) 的组合排水系统。如图1所示为本工程所处区域软基处理横断面示意图。

3 技术要求和施工要点

3.1 技术要求

本工程中软土地层在经过静压排水固结之后, 应满足以下几点技术要求:工后沉降应控制在25 cm以内;差异沉降应控制在0.1%以内;超载预压期应控制在90 d以上, 同时固结度应控制在85%以上, 满足压实度要求之后才可进行卸载 (固结度可通过沉降曲线进行确定) 。

本工程采用的静压排水固结法, 具体的参数设置为:排水板的间距应控制在120 cm, 呈等边三角形布置, 平均深度应在20 m。

3.2 施工要点

1) 场地清理和平整。对于施工现场内存在的建筑物、设施以及障碍物应进行拆除或者迁移;清除场地内的大块石头、树木以及根植物等, 场地清理的结果确保场地平顺无杂物。对于场地内的非鱼塘部分, 应对其进行推挖平整;对于场地内的鱼塘部分, 应进行回填, 回填材料应为非透水性粘质土。道路沿线的场地土在进行平整处理之后应满足的要求为设计控制标高应为1 m。当进行大面积长直段落的平整时, 应根据实地现在标高进行场地的平整, 同时对于不同平整平面之间的交接处, 应做好顺接处理, 以确保能够满足下一道施工工序的要求。

2) 铺土工布及砂垫层。本工程中所使用的土工布采用的连续方式为双排线折叠缝和连接, 接缝处应满足缝合宽度不小于30 cm的要求。砂垫层所采用的材料应为中粗砂, 厚度为50 cm, 在使用之前应确保中粗砂中无杂物, 同时应将其含泥量控制在5%以下, 细度模数控制在2.3以下。砂垫层是铺设在土工布上面的。

3) 施工盲沟及集水井。a.在砂垫层施工完成之后, 即可进行排水盲沟的施工。排水盲沟应沿着道路中轴线进行布置, 横向应每隔100 m布置一道。b.本工程所使用的盲沟其具体形状为倒梯形, 上部宽度为80 cm, 下部宽度为40 cm, 高度为75 cm。盲沟构造为用针刺无纺土工布包裹碎石, 碎石应满足均匀级配的要求, 同时粒径应控制在3 cm~5 cm。土工布之间的搭接长度应满足不少于20 cm的要求, 土工布所采用的材料同上所述。c.集水井的布置应每间隔100 m布置一个, 其具体位置位于土工布之上。集水井的材料为钢筋混凝土管, 直径为700 mm。d.相邻集水井的中间作为分水点, 对盲沟进行纵向找坡, 坡度应控制在1%以上。e.盲沟和集水井的施工过程中, 应将井内水高控制在60 cm以下, 如有超过应及时进行抽水处理。

4) 塑料排水板的施工。a.本工程所采用的塑料排水板为SPB-IB型, 具体尺寸为100 mm×4 mm, 同时所使用的排水板应满足抗拉强度、排水等指标的要求。在进入施工现场时, 应附加出厂合格证及复检资料。抗老化强度应控制在1.5年以上。b.对于排水板的板位, 应将其误差控制在5 cm以内, 同时垂直的允许偏差应控制在板长的1.5%以内;塑料排水板的长度应满足能够穿越软弱层的要求, 因此结合本工程的土层情况, 设计所采用的排水板长度应为20 m。c.在进行反压护道的施工时, 所采用的材料为粘土, 并且采取分层填筑的方式, 每层的厚度应控制在50 cm左右, 分四层进行填筑, 并用推土机进行2遍的碾压压实。

5) 软基填土。a.对于软弱地基所采用的填土材料应为粉细砂, 同时两侧用粘性土进行包边, 包边粘性土的设计水平宽度应控制在2.5 m以上。对于边坡, 应将其坡度控制在1∶1以内。在正式进行软土地基的填筑之前, 应确保附带有砂料的重型技术试验资料。b.在软土地基的填筑过程中, 地基的沉降是处于不断地增长的过程, 因此在实际施工中, 应考虑地基的沉降情况。在超载前应采用分层碾压的方式直到填筑到路面高程, 同时地基的密实度应符合设计和规范要求。c.在填筑过程中, 对于填土的松铺厚度, 应根据不同的压实机具选择不同的松铺厚度, 一般松铺厚度均不超过30 cm。第一层松铺厚度可以适当加大, 但是也应控制在50 cm以内;填土的含水量应控制在最佳含水量附近, 这样才能确保填土的压实效果。d.在填筑过程中, 应根据现场的观测结果适当的进行填土速度的调整, 从而达到最佳的填土效果。

6) 超载预压、卸载。a.当软土地基填筑施工达到设计高程之后, 即可对其进行验收, 确认合格之后可进行超载预压。超载的厚度应控制在2 m, 分两层进行堆载, 同时在堆载中应严格控制好填土的速度。b.超载的预压期应至少在90 d以上, 同时固结度应控制在85%以上, 满足压实度要求之后才可进行卸载。固结度的确定可以通过沉降曲线求得。c.按要求的预压期进行超载施工之后, 即可进行卸载。卸载之后的交工面土基的回填模量应满足25 MPa以上的要求, 之后应再次进行碾压施工。

4 沉降观测成果分析

根据相关的要求进行沉降观测断面的布置, 通过施工现场实测的观测数据, 根据相关的公式, 可以计算出各点的最终沉降、剩余沉降以及固结度。根据相关的经验, 可以知道通过沉降速率可以很好的预估沉降的发展趋势, 本工程将1 mm/d的沉降速率作为卸载的控制标准, 经过观测, 本工程中大多数的沉降速率均处于0.5 mm/d~1 mm/d之间。对于堆载预压中沉降速率超过1 mm/d的部位, 应延长堆载时间以达到设计和规范要求。

5 结语

软土地基问题已经逐渐成为当前土建工程施工重点关注问题, 文章通过结合软土地基处理工程实例, 采取的静压排水固结方案为塑料排水板堆载预压方案, 系统探讨静压排水固结法在地基处理中的应用, 从工程实施效果表明, 静压排水固结工艺在本工程中取得了较好经济效益, 可为同类工程提供参考借鉴。

参考文献

[1]黄为民.排水固结法处理软基施工技术[J].山西建筑, 2013, 39 (4) :30-31.

[2]白冰, 刘祖德.动静结合排水固结法处理软基若干问题研究[J].四川建筑科学研究, 2010 (7) :28-34.