毕业设计（论文）-高速公路软土地基处理方法探究.doc

河南交通职业技术学院毕 业 论 文论文题目：高速公路软土地基处理方法探究系 别： 道桥工程系 专业班级： 09级道桥09304班 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成日期： 2012 年 04 月 摘 要我国沿江、沿湖、沿海等处广泛分布着软土，而这些地区一般又是发达地区，对公路需要迫切，尤其是高速公路。因而在高路堤、大型桥梁，大量的涵洞、通道处软土都给它们带来不同程度的危害。如路基的滑移，开裂，路面起伏不平，桥涵通道等人工构造物处的跳车颠簸而使这些地区的公路建设者感到非常棘手，要花大量人力、物力、财力和时间，去进行勘察、测试、设计、科研和施工。目的是为了整治好，处理好地基，使来往车辆及司乘人员安全，快速，舒适地行驶在公路上。 本文主要对几种常用的公路软土地基处理的加固方法和几种常用软基处理方法的施工管理进行了探究。施工时应根据地基土的工程特性，选用适当的处理措施。关键词：公路，软土地基，处理，施工方法 目 录一 引言1二 软土地基的介绍与分析2一孔隙比和天然含水量大2二压缩性高2三透水性差2四抗剪强度低2五灵敏度高2三 软土地基对公路的危害4四 软土地基施工处理的基本方法5一塑料板排水法5二砂井5三袋装砂井5四土工聚合物处治6五堆载预压6六深层搅拌桩法7七换填土层法71垫层法72强夯挤淤法.83排水砂垫层.8八.粉喷桩法8九.反压护道9十cfg桩9十一.石灰浅坑法9五 结论10参考文献11致 谢12一 引言软土对公路的危害，引起我国公路方面各部门的重视，科研、设计、施工等单位全力以赴，协同作战，经过多年努力，已摸索了不少对策，并取得了可喜的成绩。科研部门成立了专门机构，组织机关。交通部下属科研院、所有之，为了承担软土科研及试验工程临时组成科研小组也有之。近年来为集设计、科研与施工为一体专门服务于软基，也兼作其它特殊性岩土处治工程而纷纷出现一些新型的岩土公司，在广东、湖南、辽宁、陕西等省均有，这样的联合配套公司，给软基处理带来新的生机。 勘察设计部门利用他们勘察单位的优势，采用多种勘探，测试手段，尤其近年来不仅用单一的钻探方法而且更广泛采用静力触探、十字板剪、旁压等原位测试仪具以及多种土工仪器进行原状土和扰动土的物理、力学、水理试验项目，为设计提供了可靠的地质资料和各种必需的土工试验数据，大大提高设计成果的可靠度。在设计方法方面更有大的突破，过去对软土的沉降、稳定计算，多用手算，现在采用计算辅助设计，不仅加快了设计进度，而且便于优化设计，且能迅速提供设计成果，也无形中减轻了设计人员的劳动强度。施工部门由于目前软土部门趋向专业化。公路部门有，航务、铁道、市政、水电等部门也有。它们拥有专门的施工机械，可使用多种材料进行软基处理施工，并能埋置检测观察仪进行具体监测，从而也保证了施工质量和施工安全。其他部门在学术活动方面，不少学会或有关情报单位，不时地举行软土地基经验次序或专题研究会，以提高科技人员素质并收到取长补短加快信息传递的多方面的效果。 在管理工作方面：交通部急生产单位之所急，最近正组织几个单位，经过三年努力，编制出交通行业标准公路软土地基路堤设计施工技术规范，它的即将颁布与出版，将使我国公路软土地基无论在设计方面或施工方面，出现了有章可循的局面。二 软土地基的定义及特征软土在我国滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围及山间谷地均有广泛分布。所谓软土，从广义上说，就是强度低、压缩性高、承载能力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。软土包括淤泥、淤泥质土、杂填土及饱和松散粉细砂与粉土。堤防工程中主要是指天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的亚粘土、粘土所组成的淤泥和天然孔隙比大于1.0小于1.5的粘土组成的淤泥质粘土。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。软土地基是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土构成的地基，其承载能力很低，一般不超过50kpa。其主要特征如下：一 孔隙比和天然含水量大 我国软土的天然孔隙比e一般在1.01.9之间，大部分软土的天然含水量34%72%，液限一般为35%60%，普遍大于液限。二 压缩性高我国淤泥和淤泥质土的压缩系数一般都大于05mpa-1，建造在这种软土上的建筑物将发生较大的沉降，尤其是沉降的不均匀性，会造成建筑物的开裂和损坏。三 透水性差 软弱土尽管其含水量大，透水性却很小，渗透系数均在10-810-6cms之间。因此，土体受到荷载作用后，呈现很高的孔隙水压，影响地基的压密固结。四抗剪强度低软土通常呈软塑流塑状态，在外部荷载作用下，抗剪性能极差，我国软土无侧限抗剪强度一般小于30kpa（相当于0.3kpa）。不排水剪时，其内摩擦角几乎为零，抗剪强度仅取决于凝聚力c，一般c30kpa；固结快剪时，内摩擦角515。五 灵敏度高软粘土上尤其是海相沉积的软粘土，在结构未被破坏时具有一定的抗剪强度，但一经扰动，抗剪强度将显著降低。其灵敏度（含水量不变时原状土与重塑土无侧限抗压强度之比）一般在34之间，有的甚至更高。其长期抗剪强度只有一般土质抗剪强度的40%80%。三 软土地基对公路的危害路基是道路线性的主体，贯穿公路全线，与沿线的桥梁、涵洞和隧道等相连接。路基是在天然地表面上按照道路的设计线形（位置）和设计断面（几何形状）的要求填筑或开挖而成的岩土结构物，是路面结构的基础。如果路堤松软不稳定，在行车荷载的反复作用下，将会引起路面的不均匀沉降，从而影响路面的平整度，导致车速降低，燃料消耗增加，甚至导致路面过早破坏，严重时会引起路堤塌方或滑坡，造成重大的交通事故。随着我国高等级公路的不断修建，湿软地基的处理加固已显得越来越重要。作为路基本身或其支承体，软土地基因土体含水量大、空隙比大而使地基呈现出强度低、压缩性大、沉降量大的软弱土层地基。在软土地基上修筑路基，若不加处理，往往会发生路基失稳或过量沉陷，导致路基病害的产生，继而影响车辆的正常运行。四 软土地基施工处理的基本方法随着我国国民经济的飞速发展，在软土地基上修建高速公路的数量越来越多。对软土地基进行处理，已引起设计、施工和管理人员的高度重视，近年来工程实践已积累了大量的第一手资料。人们对软土的种类及其性质有了比较统一的认识，根据高速公路地基软土的不同特征、分布情况和地理环境等因素，可采用一种或两种以上的软土地基处理方法。在施工中经常碰到的情况多数不是软土地基，因为如果有软土地基一般情况在设计时应该根据地质资料，提出处理方法。多数情况是有局部地段地质情况和原来设计不同，出现局部地基承载力达不到设计要求，或者由于局部地段含水量过大（原有排水系统不畅，原有地基土质渗水性不好）造成地基软弹（翻浆，弹簧土地段）。当路堤经稳定验算或沉降计算不能满足设计要求时，对道路工程有严重影响的是当路堤经稳定验算或沉降计算不能满足设计要求时，必须对软土地基进行加固。根据出现的这些情况一般常用的方法主要有：一 塑料板排水法塑料板排水法是把用滤膜包裹的塑料芯板用机械打入软土地基，利用滤膜的透水性和塑料板的沟槽构造把水汇集起来排到地面砂垫层内的软基加固方法。塑料芯板是由聚丙烯和聚乙烯塑料加工而成的两面带有间隔沟槽的板条，滤膜一般采用不低于60号、耐腐蚀的涤纶衬布，且含胶量不小于35%。插入土中形成竖向排水通道。因其施工简单、快捷，应用较为广泛。最大有效处理深度18米。二 砂井砂井是利用各种打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼并灌入中、粗砂形成砂柱，形成较大的密实柱体，提高软土地基的整体抗剪强度，减少沉降。由于这种砂井在饱和软粘土中起排水通道的作用，又称排水砂井。砂井顶面应铺设垫层，以构成完整的地基排水系统。砂井适用于软土层厚度大于5m时。最大有效处理深度18米。三 袋装砂井 为了缩短砂井排水距离，往往预先在直径约7的圆筒状聚丙烯或其他适用的编织料制成的袋里装满砂，然后放入成空中的，此法称为袋装砂井。袋装砂井主要用导管式振动打桩机（在进行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（大于0.5的砂的含量宜占总重的50以下，含泥量不应大于3。渗透系数不应小于510-3cms），按整平原地面摊铺下层砂垫层机具定位打入套管沉入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。经对固结时间的影响没有井距那样敏感。但一般砂井如果井经太小，既无法施工，也无法防止因地基变形而断开失效。因此，现在广泛采用网状织物袋装砂井，其直径仅7左右，比一般砂井要省料得多，造价比一般砂井低廉，且不会因施工操作上的误差或地基发生水平和垂直变形而丧失其连续性。最大有效处理深度18米。四 土工聚合物处治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，从而大大地增强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。高填土可适当分层，采用土工布加强路堤刚度，并在软土基上隔垫，使荷载均匀，避免局部破坏，对地下水防治相当有利，也可以用土工布摊铺软土底层，并折向沿边坡作防护，这样既提高基底刚度，也使边坡受到维护，有利于排水和因地基应力再分配而增加路基的稳定性。在软土地基表层铺设一层或多层土工织物，可以减少路堤填筑后的地基不均匀沉降，又可以提高地基的承载能力，同时也不影响排水。对于淤泥之类高含水量的超软弱地基，在采用砂井及其他深层加固法之前，土工织物铺垫可作为前期处理，以提高施工的可能性。五 堆载预压法在软土地基上修筑路堤，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。堆载预压法对各类软弱地基均有效；使用材料、机具简单，施工操作方便。但堆载预压需要一定时间，适合工期要求不紧的项目。对于深厚的饱和软土，排水固结所需要的时间很长，同时需要大量的堆载材料，在使用上会受限。其方式有超载预压（进行预压的荷载超过设计的道路工程荷载）和等载预压（预压荷载等于道路工程荷载）两种。如果工期不紧，可以先填筑一部分或全部，使地基经过一段时间固结沉降，然后再填筑和铺筑路面。最大有效处理深度30米。六 深层搅拌桩法深层搅拌法，是胶结法处理软土地基的一种。它利用水泥浆材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，就地在软土中利用压缩空气喷射水泥浆，与软土强行搅拌，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，桩土共同承担应力。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，且工后沉降较小，排水固结时间短。利用工程钻机，将旋喷注浆管置入预定的地基加固深度，通过钻杆旋转，徐徐上升，将预先配制好的浆液，以一定的压力从喷嘴喷出，冲击土体，使土和浆液搅拌成混合体，形成具有一定强度的人工地基。最大有效处理深度20米。七 换填土层法这是最常用的方法。这种方法最大有效处理深度3米。采用人工或机械挖除路堤下全部软土，换填强度较高的粘性土或砂、砾、卵石、片石等渗水性材料，形成良好的持力层，从而改变地基承载力特性，提高抗变形和稳定能力，施工时应注意坑边稳定，保证填料质量，填料应分层夯实。换填的深度要根据承载力确定。主要的施工方法有：1垫层法 其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂（或砂石）垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层等。干渣又分为分级干渣、混合干渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层（淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等）与低洼区域的填筑。一般处理深度为23m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。2强夯挤淤法 如当地石料丰富，亦可直接在路基基底抛投片石，将湿软土层挤出基底范围，以提高路基强度的方法称为强夯挤淤法。在路基底从中部向两侧抛投一定数量的片石，将淤泥挤出路基范围，以提高路基强度，所有片石宜采用不易风化的大石块，尺寸一般0.3m。其上铺0.1m厚碎石及0.1m厚砂层后再填土。这种方法的适用范围为：软土厚度3.0m，表层无硬壳，呈流动状态、排水困难的地基状态。就是在有软土或弹簧土以及有积水的路段填石头，填石的高度以露出要处理的路段原有土层（或积水）高度为宜。在填石的过程中注意一定要用推土机把石块压实，不能出现软弹现象。然后再填筑土方。采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体，可提高地基承载力和减小变形。适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基，应通过现场试验才能确定其适应性。3排水砂垫层在软土地基上铺设厚度为 0.61.0米的砂层，可使软土顶面增加一个排水面，在填土的过程中，荷载逐渐增加，促使软土地基排水固结渗出的水就可以从砂垫层中排走。促进路基底的排水固结，提高路基的强度及稳定性。砂垫层材料的选择以透水性好的砂或砂砾 (74u筛孔通过率为 3%以下)为宜，以保证所需的排水能力。在软土层顶面铺砂垫层，主要起浅层水平排水作用，使软土中的水分在路堤自重的压力作用下，加速沉降发展，缩短固结时间。但对基底应力分布和沉降量的大小无显著影响。适用于路堤高度小于两倍极限高度（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。亦适用于软土层稍厚但具有双面排水条件的地基。为了保证砂垫层的渗水作用，在砂垫层上应该填一层粘性土封住水不让水返上路基。在路基两侧要修好排水沟，通过砂垫层渗出的水通过排水沟排出路基外，保持路基的稳定。八 粉喷桩法喷粉桩法的正式名称为粉体深层喷粉搅拌法，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，就地在软土中利用压缩空气喷射石灰或水泥干粉，与软土强行搅拌，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，桩土共同承担应力。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，且工后沉降较小，排水固结时间短。九 反压护道反压护道是借在路堤两侧填筑一定宽度和一定高度的护道的反压作用，以防止地基破坏保证路基稳定的一种有效措施。反压护道施工简单，既不需特殊的施工机械和昂贵的材料，也不需控制施工速度。反压护道用于非耕作区和土源丰富的地区较为合适，在耕作区因大量占用农田，影响农业生产，最好不用或少用。为了保证护道本身的稳定，其高度不能超过极限高度。护道高采用路堤高的，1312较为合理。因此反压护道适用于路堤高度不大于极限高度的1.5倍2倍的情况。十 cfg桩 近年来，复合地基理论的研究和应用发展较快，一些新的桩型、施工设备和施工工艺应运而生。cfg桩是由水泥与土结合而成的桩与天然地基复合，适用于软基处理且是一种较为经济合理的地基处理方法。cfg是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由中国建筑科学研究院提出的一种新型桩体，桩身的材料是在素混凝土桩的基础上发展而来，主要由碎石、石屑、粉煤灰、掺适量水泥和水拌和而成，具有良好的和易性。碎石是该桩体的粗骨料。石屑是填充碎石孔隙，改善骨料级配的次骨架材料。粉煤灰具有细骨料和低标号水泥的作用。cfg桩和桩间土一起通过由碎石或石屑组成的褥垫层形成cfg复合地基。cfg桩利用振动打桩机击沉直径为300400mm的桩管，在管内边振动边填入碎石、粉煤灰、水泥和水按一定比例配合的材料，形成半刚性的桩体，与原地基形成复合地基，也可用其他的方法成孔。十一 石灰浅坑法由于粘性土含水量影响，施工中经常出现“弹簧土”松软现象。一般较轻的可以采用挖土晒干，敲碎回填的方法：“石灰浅坑法”可以用于各种不同面积的路段（就是说大面积可以使用，小面积也可以使用）。具体做法是：挖4050cm方形或圆形，深一般1m上下的坑，清除坑内的渗水（最好挖好坑后，第二天清除渗水），放入深为坑深1/3的生石灰，即可回填碾压。坑的行距和坑距在轻度弹簧路段为56m，在严重弹簧路段为34m。四 结论总之，软土地基的强度或变形的问题是工程土中必须十分注意的问题，