高含水率濕陷性黃土路基基底施工技術(shù)

1、路橋求職路橋招聘路橋英才網(wǎng)英才網(wǎng)源:考試大巖土工程師西商高速公路LJ5標(biāo)工程位于陜西省中部，大部分地區(qū)基本地貌類型是河流階地和黃土臺塬，表層為黃土覆蓋層，其厚度一般為30200m，這類土中有眾多孔隙，土的顆粒成分以粉粘土占大多數(shù)。這類土一般呈黃色或者褐黃色，含有大量的碳酸鹽和氯化物等可溶鹽類，且能保持直立的天然邊坡。1高含水率濕陷性黃土特征及其危害濕陷性黃土壓縮性偏高，強(qiáng)度一般較低，在土體自重應(yīng)力或者自重應(yīng)力和外部附加應(yīng)力共同作用下，受

2、水侵浸后，強(qiáng)度會快速降低，當(dāng)土體中殘余的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足以抵抗土體中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力時，上體結(jié)構(gòu)迅速被破壞，并且發(fā)生明顯的附加下沉。黃土濕陷性的有無、強(qiáng)弱，常按某一給定壓力下土體浸水后的濕陷系數(shù)δs值來衡量，而濕陷系數(shù)可以通過室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，按下式確定：δs=（h0hp）h0式中：h0為土樣原始高度；hp為土樣在試驗(yàn)時加水浸濕，下沉穩(wěn)定后的高度。在黃土濕陷性表現(xiàn)中，黃土中的溶質(zhì)濃度對崩潰影響也是很重要的，總之，黃土土骨架的崩潰現(xiàn)象是一種復(fù)雜的過程，

3、它削弱了土結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)，破壞了土團(tuán)聚體，從而使土的變形強(qiáng)度發(fā)生很大變化。本標(biāo)段路線原土層為典型的高含水率濕陷性黃土，它受水浸濕破壞又具有不確定性，這就嚴(yán)重影響著公路營運(yùn)期的行車舒適和安全，降低了公路的使用品質(zhì)和壽命。2高含水率濕陷性黃土地基處理措施濕陷性黃土危害問題經(jīng)過很多國內(nèi)外工程人員和學(xué)者研究，方法很多，總的來說可以分為兩類：①穿越濕陷性土層的樁基礎(chǔ)；②對地基土進(jìn)行改良或者加固處理。而目前的公路工程濕陷性黃土路基基底處理措施主要有墊層

4、法、強(qiáng)夯法、灰土樁擠密法，深層攪拌樁法、振沖碎石樁法、沖擊壓實(shí)法等。2.1本標(biāo)段路基工程基本情況本標(biāo)段工程建設(shè)地形地貌由地低向高，且地下水位較高，路基基底黃土含水率高，局部可達(dá)達(dá)25%，藍(lán)田立交區(qū)E匝道終點(diǎn)距灞河僅幾十米，在清表施工中就已經(jīng)嚴(yán)重冒水，濕陷性黃土厚度越靠近大里程越厚。以上這些現(xiàn)場情況使得濕陷性黃土路基基底處理深度和強(qiáng)度很難達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，因此必須尋找經(jīng)濟(jì)實(shí)用而且有效的路基基底處理措施。2.2基底處理方案按照設(shè)計(jì)方案和西

5、商管理處的變更圖紙要求，結(jié)合工程實(shí)際情況，本標(biāo)段決定采用四種方法：強(qiáng)夯法，灰土墊層法，灰土樁擠密實(shí)法，沖擊壓實(shí)法。針對高含水率濕陷性黃土，以上各種方法實(shí)施前，都需做好防水、排水工作，減少黃土層中的水分，可以明顯降低土層濕陷性。目前高速公路基底防排水措施主要采用復(fù)合土工布加隔水層，效果良好，工藝成熟，本文不做重點(diǎn)描述。2.2.1強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法也稱為動力固結(jié)法，通過重錘的自由落下，對土體進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，它借助夯錘自由下落的強(qiáng)大沖擊力和所產(chǎn)生的沖

6、擊波反復(fù)夯壓地基土，將夯面以下一定深度內(nèi)的土層夯壓密實(shí)，它可以使深層土體產(chǎn)生沖切變形，從而達(dá)到動力密實(shí)的目的，可以消除較深層黃土的濕陷性及提高地基承載力。本標(biāo)段有約3公里路基采用強(qiáng)夯方案處理路基基底，加固速度快，效果好，投資省。但是，這種方案施工時，因全線濕陷性黃土含水量差異較大，導(dǎo)致局部處理效果不佳，出現(xiàn)橡皮土情況；在施工期間受薛堡溝，樊家溝，魏家溝，白馬河溝等較深溝壑影響，機(jī)械運(yùn)輸受極大制約；由于全線分部較多的臨近村落，而強(qiáng)夯施工時

7、產(chǎn)生的噪聲和震感等，對工程進(jìn)度和公司形象方面有較大負(fù)面影響。受以上幾點(diǎn)現(xiàn)場情況制約，強(qiáng)夯法不允許全部采用。2.2.2灰土墊層法將基底以下濕陷性土層全部挖出或者挖至預(yù)計(jì)的深度，然后以素土回填夯實(shí)。它消除了墊層范圍內(nèi)的濕陷性，減輕或避免了地基因附加壓力產(chǎn)生的濕陷，可以使地基的自重濕陷性表現(xiàn)不出來。這種方法施工簡易，工程質(zhì)量、進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效果顯著，是一種常用的基底淺層處理或部分濕陷性處理方法，經(jīng)這種方法處理的灰土墊層的路基地基承載力經(jīng)過施工測量

8、可達(dá)到300kpa且具有良好的均勻性。本標(biāo)段由薛堡溝大橋橋尾至魏家溝大橋橋頭之間及齊王廟挖方段路基廣泛采用，填補(bǔ)了附近村落密集，較深溝壑過多等強(qiáng)夯不易施工的缺點(diǎn)，施工后經(jīng)測量極大地減少了地基的總濕陷量。灰土墊層法在施工中，也有較大的弊端。首先，做墊層的灰土是利用挖出的粘性土做土料，原土含水量平均高達(dá)22%，很難篩分出最佳含水量狀態(tài)下的土，翻拌晾曬又較耽誤工期且成本增大；其次，在施工中由于全線工程灰土用量較大，當(dāng)?shù)氐夭臐q價，灰質(zhì)量要求又較

9、高，加之雨季來臨，等待灰料進(jìn)場和拌合中灰劑量掌握等因素影響工程質(zhì)量和進(jìn)度。這幾點(diǎn)使得灰土墊層法具有較大的限制性。2.2.3灰土樁擠密實(shí)法灰土樁擠密法是處理地下水位以上濕陷性黃土地基的一種方法。它是利用打入鋼套管，或者振動沉管或炸藥炸擴(kuò)等方法在土中形成樁孔，然后在孔中分層填入灰土并夯實(shí)而成。在成孔和夯實(shí)過程中，原來處于樁孔部位的土全部擠入周圍土層中，使距樁周一定距離內(nèi)的天然土得到擠密，從而消除樁間土的濕陷性并提高承載力?；彝翑D密樁在含水量

10、較高的濕陷性黃土地區(qū)應(yīng)用比較廣泛，具有施工簡便，快捷，無振動，低噪音等特點(diǎn)。本標(biāo)段在五里頭，白馬河橋西等幾處黃土層厚度超過7m的地段路基基底采用，且在全線大部分橋梁、通道、涵洞等臺背采用，黃土地基基底承載力施工后檢測均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。然而這種方案在施工時，圖紙下達(dá)后樁長度、間距等是沒隨意性的，由于個別路段黃土層較淺，下面卵石土又很難打入；全線結(jié)構(gòu)物有30多處，臺背施工中機(jī)械有限，來回調(diào)運(yùn)機(jī)械困難，加之灰料緊張，很難快速展開，提高進(jìn)度。因

11、而灰土樁處理方案也受到了制約。2.2.4沖擊壓實(shí)沖擊式壓路機(jī)在土石方壓實(shí)作業(yè)中，突破了傳統(tǒng)的碾壓方式，當(dāng)其一角立于地面，向前碾壓時，產(chǎn)生巨大的沖擊波，由于碾邊順序連續(xù)沖擊地面，可以使得土體碾壓均勻密實(shí)。該機(jī)械以每小時912kmh的行駛速度碾壓作業(yè)，即沖擊碾壓每秒鐘沖擊地面2次，相當(dāng)于低頻大振幅沖擊壓實(shí)土體，并周期性的沖擊地面，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波向地下傳播，其壓實(shí)度可以隨碾壓變數(shù)遞增。壓實(shí)機(jī)的高能量可對黃土作深層壓實(shí)，從而降低土的滲透性，為

12、分層碾壓或填方材料提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。結(jié)合綜合排水措施，達(dá)到降低黃土濕陷性，最大限度的降低路基施工后的沉降，提高黃土路基路面的整體強(qiáng)度。但這種措施處理深度較淺，僅適用于濕陷性黃土埋深小于1.0m地段，而本標(biāo)段濕陷性黃土深度大都在4m以上，故適用性不強(qiáng)。3高含水率濕陷性黃土地基處理措施應(yīng)用技術(shù)綜合上述方案施工時要綜合利用這幾種高含水率濕陷性黃土路基基底處理措施，因時因地制宜，在設(shè)計(jì)和變更圖紙的允許范圍內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和工期要求、地材、天氣

13、氣候等多種因素，綜合考慮靈活機(jī)動選擇方案。我們決定主要采用強(qiáng)夯法，以灰土墊層法和灰土樁法輔助，個別濕陷性黃土埋深淺的地方，采取沖擊壓實(shí)法。并對這幾種處理措施在技術(shù)應(yīng)用方面，做了較深入的研究：3.1強(qiáng)夯法施工技術(shù)按照設(shè)計(jì)要求：■采用10t重的夯錘，夯距4m，落距根據(jù)設(shè)計(jì)夯能確定。先采用單點(diǎn)強(qiáng)夯，點(diǎn)位采用梅花形布置，單點(diǎn)強(qiáng)夯6次，最后兩擊沉降量不超過5cm，點(diǎn)夯結(jié)構(gòu)后采用滿夯，經(jīng)實(shí)際施工測量，沉降量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用過程中，首先，應(yīng)鑒定上

14、報(bào)濕陷性黃土的類別、等級以及場地因素，因?yàn)閺?qiáng)夯的夯擊能量，夯點(diǎn)布置，夯擊深度，夯擊次數(shù)和遍數(shù)因場地而異，土的含水量、孔隙比以及夯擊的單位面積夯擊能對于濕陷性黃土的強(qiáng)夯有效加固深度起著重要的作用。而設(shè)計(jì)單位不可能對每處點(diǎn)都進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，所以鑒定上報(bào)黃土土體情況，確定是否采用強(qiáng)夯施工方案是重要的；其次，由于強(qiáng)夯影響深度內(nèi)土的含水量差異，會導(dǎo)致局部處理效果不佳，對于此種情況必須采取土的增濕或者減濕措施，以免出現(xiàn)橡皮土的情況。如果出現(xiàn)這種情況，

15、應(yīng)立即停止夯擊，當(dāng)晾曬一定時間后，在夯擊坑內(nèi)加入碎石類的粗骨料，繼續(xù)夯擊；第三，強(qiáng)夯處理過的黃土地基在抗水性、動力特性與減震性能等方面不好，必須同時采取防水及排水措施，還要嚴(yán)格控制處理土層中的含水量，否則將發(fā)生工程事故；第四，施工中在控制關(guān)鍵工序上嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，在根據(jù)設(shè)計(jì)劃分的等級，嚴(yán)格把握落距、夯距、夯擊次數(shù)等，并測量最后兩遍沉降量，控制在5cm內(nèi)，不合格的繼續(xù)夯實(shí)；第五，強(qiáng)夯結(jié)束后，檢測重點(diǎn)是判定他的有效加固深度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因?yàn)?/p>

16、有效加固深度的第一標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是消除濕陷性，也就是δs＜0.015作為判別指標(biāo)，所以檢測手段應(yīng)采用探井取土而不擾動式樣進(jìn)行檢測。當(dāng)這一指標(biāo)達(dá)到要求，路基基底承載力要求也可以滿足。在強(qiáng)夯施工中，在安全和環(huán)保方面應(yīng)著重注意一下幾點(diǎn)：①由于強(qiáng)夯施工會帶有大量的噪音和震感，所以施工時間盡量安排在不打擾附近居民休息的時候；②必要時觀察附近結(jié)構(gòu)物的布置及強(qiáng)度情況，發(fā)現(xiàn)有不良現(xiàn)象要及時聯(lián)系有關(guān)部門采取補(bǔ)救措施，以免發(fā)生意外事故；③在現(xiàn)場操作方面，注意檢查掛

17、鉤的強(qiáng)度，桅桿在斷鉤高度處的緩沖措施，以及駕駛員前擋玻璃的完好性，工人必須佩戴安全帽和必要的安全裝備；④施工期間避免車輛或者人員經(jīng)過，并且設(shè)置警示牌。3.2灰土墊層法施工技術(shù)灰土墊層應(yīng)注意的問題，首先是地基土的含水量，對于含水量較大，或者曾局部基坑進(jìn)水這，要采取相應(yīng)的措施，例如晾曬等，嚴(yán)格控制灰土的最佳含水量，對接近最佳含水量時，寧小勿大，偏大時土體強(qiáng)度則明顯下降，變形明顯增大；其次，墊層處理的寬度要達(dá)到規(guī)范要求，使碾壓設(shè)備能充分碾壓到

18、位；第三，要嚴(yán)格把握質(zhì)量關(guān)，設(shè)計(jì)灰土墊層厚度為每層20cm，實(shí)際施工要把虛鋪厚度把握在2225cm內(nèi)，并逐層檢測壓實(shí)度，達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。在環(huán)保方面要求較高，按設(shè)計(jì)要求，灰土需現(xiàn)場攤鋪后用路拌機(jī)現(xiàn)場拌和灰土，所以盡量避免風(fēng)大時施工，避免造成白灰飛揚(yáng)，污染環(huán)境。3.3灰土樁擠密法施工技術(shù)施工前放線，要對寬度，中心線等經(jīng)行檢測并預(yù)留夯實(shí)的下沉余量，以便在成樁后拍打底夯預(yù)沉量；第二，待作業(yè)面檢驗(yàn)后，可以定樁位及中心線，檢查無誤后流水作業(yè)，按

19、單元劃分大的施工段依次施工；第三，要保證樁的孔徑大小和垂直度，并及時夯填灰土。灰土擠密樁主要是通過三種作用加固地基：3.3.1擠密作用，擠密樁是成孔過程中橫向加密土層，施工成孔套管打入黃土層時，樁管周圍地基土受水平擠壓作用，從而管周圍內(nèi)的土在水平各個方向產(chǎn)生位移，減少孔隙率，增加密實(shí)度，部分或者全部消除濕陷性。這就要求在打孔過程中樁徑，樁長，樁距須滿足設(shè)計(jì)要求，才能有效擠、均勻的擠密樁間土，使處理范圍內(nèi)的濕陷性黃土更好的修成一個整體，不

20、留局部缺憾。3.3.2置換作用，在擠密樁成樁后，由于樁的變形模量遠(yuǎn)大于樁間土的變形模量，在擠密樁與地基土的共同作用下，剛度較大的樁受到較大的附加應(yīng)力，消除了持力層內(nèi)大量的壓縮變形和濕陷變形的不利因素。在灰土樁施工中，原土層中的土體不需出渣，就是這個原理，在施工中按單元劃分大的施工段依次施工，成片處理可以更好的起到置換加固的作用。3.3.3化學(xué)作用，在灰土樁鈣化過程中，吸收周圍土體的水分而膨脹，對周圍土體產(chǎn)生進(jìn)一步的擠密作用，在生石灰吸水

21、生成氫氧化鈣的過程中發(fā)熱作用使得土體部分水份蒸發(fā)，加速土體的固結(jié)過程，因而提高了復(fù)核地基承載力。這就要求灰土樁在灰土拌合，回填灰土的質(zhì)量和壓實(shí)度三個方面需加強(qiáng)控制，這樣才能使化學(xué)加固作用起到更好的效果?；彝翑D密樁工藝要求較嚴(yán)格，綜上所述，樁身質(zhì)量方面重點(diǎn)把握成樁樁徑、樁長、間距和灰土樁回填灰土質(zhì)量和壓實(shí)度，環(huán)保方面仍要嚴(yán)格控制拌和灰土與施工過程中的灰料污染問題。3.4沖擊壓實(shí)法施工技術(shù)在本標(biāo)段，個別黃土深厚較淺的地段，采取沖擊壓實(shí)施工措

22、施，獲得了良好的處理效果，同時也填補(bǔ)了如上幾種主要方案的缺點(diǎn)，沖擊壓實(shí)施工措施在細(xì)節(jié)方面很簡單，只要把握好碾壓機(jī)械的速度和保證碾壓范圍，就會收獲良好的效果。這種方法在安全方面應(yīng)重點(diǎn)注意，含水量大容易陷車、路基邊緣地段施工要仔細(xì)處理，還要注意行車干擾等問題，不要因?yàn)闆_擊壓實(shí)機(jī)械行駛速度慢而放松警惕。處理高含水率濕陷性黃土路基基底的方法還有很多，上述幾種路基基底處理的施工措施，是在綜合考慮工程質(zhì)量、進(jìn)度、工期、安全、成本等眾多因素后選擇的，