浅论换填法处理公路软土地基的质量控制毕业论文(新).docx

浅论换填法处理公路软土地基的质量控制摘要：在道路设计施工过程中，不时会遇到软土路基的处理问题，软基处置与施工的质量控制决定软土地基的施工的成败。文中介绍了在软土地基施工中，对软土的鉴别、处治方案、质量检测等。 软土分布广、种类多，正确认识软土的性质，科学地对软土进行鉴别，对工程建设有着重要的意义。一、软土综述1. 软土的概念软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度和承载力低的细粒土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭土以及其它高压缩性粘土、粉土等。淤泥是在静水或缓慢的流水环境中沉积并含有机质的细粒土，其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.5；当天然孔隙比小于1.5而大于1.0时称为淤泥质土。泥碳是喜水植物遗体在缺氧条件下，经缓慢分解而形成的泥沼覆盖层。其特点是持水性大，密度较小。 2. 软土的组成和状态特征软土泛指淤泥及淤泥质土，是第四纪后期于沿海地区的滨海相、泻湖相、三角洲相和溺谷相，内陆平原或山区的湖相和冲击洪积沼泽相等静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。软土的组成和状态特征是由其生成环境决定的。由于它形成于上述水流不通畅、饱和缺氧的静水盆地，这类土主要由粘粒和粉粒等细小颗粒组成。淤泥的粘粒含量较高，一般达3060。粘粒的粘土矿物成分以伊利石和蒙脱石为主，含大量的有机质。有机质含量一般达515，最大达1725。这些粘土矿物和有机质颗粒表面带有大量负电荷，与水分子作用非常强烈，因而在其颗粒外围形成很厚的结合水膜，且在沉积过程中由于粒间静电荷引力和分子引力作用，形成絮状和蜂窝状结构。所以，软土含大量的结合水，并由于存在一定强度的粒间连结而具有显著的结构性。 由于软土的生成环境及粒度、矿物组成和结构特征，结构性显著且处于形成初期，呈饱和状态，这都使软土在其自重作用下难于压密，而且来不及压密。因此，不仅使之必然具有高孔隙性和高含水量，而且使淤泥一般呈欠压密状态，以致其孔隙比和天然含水量随埋藏深度很小变化，因而土质特别松软。淤泥质土一般则呈稍欠压密或正常压密状态，其强度有所增大。 淤泥和淤泥质土一般呈软塑状态，但当其结构一经扰动破坏，就会使其强度剧烈降低甚至呈流动状态。因此，淤泥和淤泥质土的稠度实际上通常处于潜流状态。 3. 软土的物理力学特性(1) 高含水量和高孔隙性 软土的天然含水量一般为5070，最大甚至超过200。液限一般为4060，天然含水量随液限的增大成正比增加。天然孔隙比在12之间，最大达34。其饱和度一般大于95，因而天然含水量与其天然孔隙比呈直线变化关系。软土的如此高含水量和高孔隙性特征是决定其压缩性和抗剪强度的重要因素。 (2) 渗透性弱 软土的渗透系数一般在i10-4i10-8cm/s之间，而大部分滨海相和三角洲相软土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉、细砂、粉土等，故在水平方向的渗透性较垂直方向要大得多。 由于该类土渗透系数小、含水量大且饱和状态，这不但延缓其土体的固结过程，而且在加荷初期，常易出现较高的孔隙水压力，对地基强度有显著影响。 (3) 压缩性高 软土均属高压缩性土，其压缩系数a0.10.2一般为0.71.5MPa-1,最大达4.5Mpa1（例如渤海海淤），它随着土的液限和天然含水量的增大而增高。由于土质本身的因素而言，该类土在荷载作用下的变形有变形大而不均匀、变形稳定历时长的特征。 (4) 抗剪强度低 软土的抗剪强度小且与加荷速度及排水固结条件密切相关，不排水三轴快剪所得抗剪强度值很小，且与其侧压力大小无关。排水条件下的抗剪强度随固结程度的增加而增大。 (5) 较显著的触变性和蠕变形。 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。4.软土的鉴别条件交通部标准公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ017-96）中规定软土鉴别标准为天然含水量35%和液限，天然孔隙比1，十字板剪切强度35Kpa.(3) 天然含水量的测定 天然含水量是土的基本物理性指标之一，它反映的土的状态，含水量的变化将使得土的稠度、饱和程度、结构强度随之而变化，其测定可采用公路土工试验规程规定试验方法测定，并将试验数据与35、液限进行比较。 (2) 天然孔隙比 孔隙比，是土中孔隙体积与土粒体积之比，天然状态下土的孔隙比称之为天然孔隙比，是土的一个重要的物理性指标，可用来评价天然土层的密实程度。其测定方法可测定土粒比重、土的干密度、土的天然密度、土的含水量等指标通过计算而得。 (3) 十字板剪切强度十字板剪切试验是原位测试技术中一种发展较早、技术比较成熟得方法。试验时将十字板头插入土中，以规定的旋转速率对侧头施加扭力，直到将土剪损，测出十字板旋转时所形成的圆柱体表面处土的抵抗扭矩，从而可算出土对十字板的不排水抗剪强度。 二、软土地基的危害软土对于路基的破坏性主要是其在自重和外界载荷的作用下，导致毛细水上升至土体内，使得土体中孔隙水的压力增大，土粒间的有效应力降低，因而产生剪切破坏。软土的破坏作用主要表现在以下几方面：1. 强度降低，地基承载力不足，对于软土路堤容易产生垮塌现象，影响行车安全。2. 是由于土的固结产生不均匀沉降，容易对其上的路面结构层造成破坏。3. 在冰冻地区，由于软土的高含水量而产生冻胀现象。4. 造成路基土刚度的不均匀，从而影响路面结构质量。5. 对于膨胀土，在充水与脱水的循环中，产生胀缩作用。三、换填处理的作用原理换填处治适用于浅层软土的处治，是将地基浅层一定深度的软弱土层挖除，而后回填强度较大、压缩性较小、料源丰富、价格低廉且无腐蚀的片石、天然级配碎石、碎石、砂砾、砂、等性能稳定的材料，分层回填压实，以达到增强承载力、减小地基沉降的目的。经换填处理后，可以将上部荷载扩散传递到下卧土层，如下卧层系较软弱土层，垫层可使下卧土层加速固结沉降。垫层所起作用主要有： 1.提高地基承载力地基承载力与土基抗剪强度有关，如果用内摩阻力高的材料换填软弱土层，可提高土层的地基承载力。2.减小地基沉降一般情况下，地基中浅层部分的沉降量占总沉降量的比重较大，换填后可减小这相当一部分的沉降，同时换填材料对附加应力的扩散作用，可以让作用在垫层下的下卧层附加压力减小，从而减少下卧层的沉降； 3.加快软弱土层的排水固结当软弱土层在上层荷载作用下，由于渗透系数低，不易排水固结，形成较大的孔隙水压力，降低土层的有效抗剪强度，从而产生塑性破坏的危险。片块石、天然级配碎石、砂砾等垫层材料由于孔隙率大、渗透系数大，在荷载作用下产生的固结水能及时排除，能加速土层的固结，从而达到提高强度、降低沉降的作用。4.降低路基土层刚度的不均匀性5.避免冻胀由于用作垫层材料的片石、天然级配碎石、砂砾石等的粗粒料孔隙率大，不会产生毛细管效应，通过适当的排水设施也不会产生积水，在冰冻区不会因为天气寒冷而结冰产生冻胀。6.降低土基的不均匀沉降由于用作垫层材料的粒料层具有在一定的变形情况下不影响其强度和稳定性，因而具有一定的缓冲差异沉降的作用，从而降低土基的不均匀沉降。四、换填处理方法1.软土地基的勘查对软土地基的查勘应查明软土层类型、厚度、分布范围、水文条件、与地表水关系，有无地下暗沟、泉眼等。2.处理方法(1) 对地下暗沟、泉眼的处理根据地下水源的补给来源、流量大小的不同需作不同的处治。对水流量较小的暗沟、泉眼可作一盲沟，将水流导出路基进入公路排水系统。为防止细粒土堵塞盲沟孔隙，可在盲沟的上下游端部作及上下层作反滤层。对多层窄级配反滤料可用太沙基反滤准则进行级配设计：D15/d854D15/d154式中：D15-反滤层的有效粒径(颗粒级配曲线上含量为15%的粒径)；d15-被保护土料的有效粒径(颗粒级配曲线上含量为15%的粒径)；d85-被保护土料的控制粒径(颗粒级配曲线上含量为85%的粒径)；对宽级配混合料反滤料可用中国水利水电科学研究院滤层准则进行级配设计：不均匀系数Cv5时，D20/d707不均匀系数Cv5、渗透破坏形式为非管涌破坏时，D20/dk7不均匀系数Cv5、渗透破坏形式为非管涌破坏时，D20/d157式中：D20-反滤层的等效粒径(颗粒级配曲线上含量为20%的粒径)；dk-被保护土料的控制粒径(颗粒级配曲线上含量为15%的粒径)；具体确定方法见下表d70-被保护土料的控制粒径(颗粒级配曲线上含量为70%的粒径)；d15-被