【文章內容簡介】 改變了地基土的性質，效果很好。它適用于軟土層較薄、無硬土覆蓋的情況。若軟土被水淹沒，施工時可在路堤兩側設置圍堰，以便于施工，并使填土過程不受水的浸泡，保證施工質量。當軟土的液性指數(shù)較大，水不易抽干時，可采用拋石擠淤的方法強迫換土。直接拋石施工時，可先拋中間部分，將淤泥擠向兩側，再向兩側拋石，擠出淤泥。當軟土埋藏較深，但厚度不大，換土施工困難或路堤較高、工期緊迫時，可利用爆破法排出淤泥以加速施工。(2)擠密砂樁將砂樁打入軟土地基，擠密軟弱土層，形成復合地基。在外荷載作用下，應力向砂樁集中，使樁周圍土層承受的壓力減小，沉降也相應減小。根據(jù)我國在淤泥質黏土中打樁前后的荷載試驗，其沉降量可比天然地基減小20%～30%，因而適用于對沉降要求較高的工程。同時，砂樁與砂井一樣，在土中形成排水通路，能加速地基固結沉降的速率，改善地基的整體穩(wěn)定性，提高地基承載力。圖 210 擠密砂樁擠密砂樁采用中、粗混合砂料，含水量不得大于5%，也可以用砂和角礫的混合材料。設計規(guī)則規(guī)定，灌砂要密實，灌砂率不應小于90%。砂樁直徑根據(jù)置換率要求及施工機械、成樁方法等綜合因素考慮，宜選用較大直徑。我國目前常用30cm的直徑，最大達50～70cm，國外多用60～80cm，最大可達150～200cm。樁在平面上布置成三角形或正方形，樁長不應小于危險滑弧的深度，對于厚度不大的軟土，樁長應穿透軟弱層。砂樁頂面應鋪以砂墊層以利排水。(3)碎石樁碎石樁是以碎石(卵石)為主要材料制成的復合地基加固樁。碎石樁和砂樁等在國外統(tǒng)稱為散體樁或租顆粒土樁。所謂散體樁是指無粘結強度的樁，由碎石柱或砂樁等散體樁和樁間土組成的復合地基亦可稱為散體樁復合地基。目前在國內外廣泛應用的碎石樁、砂樁、渣土樁等復合地基都是散體樁復合地基。圖 211 碎石樁機碎石樁是散體樁的一種，按其制樁工藝可分為振沖(濕法)碎石樁和干法碎石樁兩大類。采用振動加水沖的制樁工藝制成的碎石樁稱為振沖碎石樁或濕法碎石樁。采用各種無水沖工藝(如干振、振擠、錘擊等)制成的碎石樁統(tǒng)稱為干法碎石樁。當以礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、卵石、碎石等為填充料制成的樁稱為砂石樁。(4)生石灰樁生石灰樁是用2～5cm的生石灰塊填入軟土孔眼中，形成生石灰樁地基，樁的平面布置與砂井相同，樁徑通常為20～40cm，樁距為樁徑的3倍左右，樁長視土層厚度而定，一般不宜很長，10m以內。作用機理：使用生石灰砂樁加固地基的主要依倨是利用生石灰吸水膨脹的性質。生石灰在遇水消解的過程中，其體積發(fā)生膨脹，對周圍土體產生出壓密效果 也就是說，生石灰一方面吸收樁周圍土體孔隙中的水分，同時，由于擠壓作用使土體的孔隙比減小，從而達到加固地基的目的。在生石灰塊中摻入一定比倒的砂子，一方面是填充其中的孔隙，增大石灰砂拄的作用效果。另一方面，由于生石灰熟化后生成的氫氧化鈣，其韌期為膠凝狀，強度較低，而摻八砂子則正好彌補了這方面的不足。(5)粉體噴射攪拌法粉體噴射攪拌法是近年國內外常用的一種深層軟基加固技術。它以生石灰粉和水泥等粉體材料為加固材料，通過特定的施工機械，用壓縮空氣將粉體呈霧狀噴入土中，使粉體與原土攪拌，形成石灰(水泥)黏土混合的柱體。它的強度大，水穩(wěn)性好，可提高軟土地基的承載力，減小沉降量。加固深度一般在10～15m。 排水固結排水固結是在軟土中設置垂直井，在地表鋪設砂墊層，以縮短孔隙水的流程，加速土體的固結的一類方法。這類加固方法，對提高土體強度和地基承載力，增強路堤穩(wěn)固性，效果十分顯著。(1)排水砂井軟土地基在荷載作用下，孔隙水慢慢排出，孔隙水壓力逐漸消散，有效應力逐漸提高，孔隙體積逐漸減小，地基發(fā)生固結沉降，地基強度相應增大。根據(jù)固結理論，粘性土固結所需的時間和排水距離的平方成正比。土層越后，固結所需的時間越長。為了加速土層固結，最有效的方法是增加土層的排水通道，縮短排水距離。砂井(袋裝砂井、塑料排水板)就是按照這個原理而設置的。砂井砂墊層臨時性填土永久性填土圖 212 排水砂井砂井是打樁機具在地基中擊入鋼管，或用高壓射水、爆破等方法在地基中形成按一定規(guī)律排列的孔眼(這些孔眼具有一定深度和直徑)，在輕重灌以粗砂而成。砂井頂面應鋪設一定厚度的砂墊層以連通砂井，構成完整的地基排水系統(tǒng)。軟土地基設置砂井后，改善了地基的排水條件，在附加荷載作用下，排水估計過程大大加快，地基強度迅速提高，因而也改善了地基承載力和路堤穩(wěn)定性。砂井直徑要能滿足地基排水固結的要求，在地基沉降過程中不至于被剪斷或被細土粒淤塞。雖然理論上需要的直徑很小，但在實際中，直徑過小難于施工，并且在使用過程中，容易發(fā)生側向位移造成上下錯斷而失效。根據(jù)實踐經(jīng)驗，井徑采用20～30cm為宜，并視打樁機具的套筒尺寸而定。井距直接關系到排水固結的速度，井距愈小，固結愈快。采用小的井距，理論上是合理的。瑞恰特()通過理論證明，砂井有效間距縮短一半，將使地基固結度達90%所需的時間縮短為1/6,；而砂井直徑增大20倍，是能使固結度達90%所需的時間減少為1/4。說明砂井應采取小而密的原則。井距應保證在給定的施工期限內達到要求的地基固結度，使路堤安全填筑。井距的大小用固結理論計算而確定，一般為井徑的8～10倍，常用2～4米。砂井在平面上的布置，有三角形和正方形兩種排列方式，一般采用三角形布置。砂井深度即砂井長度，應根據(jù)地基土層情況及路堤高度而定。當軟土層較薄時，砂井應貫穿整個軟土。當軟土層較厚時，砂井不必貫穿軟土，其長度通過穩(wěn)定分析而定。用砂井加固軟土地基時，路堤底部必須鋪設砂墊層以溝通砂井，將砂井中滲透出來的孔隙水引到路堤坡腳之外。墊層的厚度應保證地基沉降后不至錯斷和便于施工。墊層和砂井的分布寬度稍大于路堤底面寬度。(2)袋裝砂井袋裝砂井是在合成材料編織袋內充填中粗砂，裝入地基孔內，以加速地基排水固結，其擊鼓原理、設計方法與砂井完全相同。袋裝砂井的直徑按其排水及施工工藝的要求確定。一般采用7～12cm，我國采用較多的是7cm直徑。袋裝砂井的編織袋應有良好的透水性，袋內的砂不易流失，袋子的材料應有足夠的透水性，有一定的抗老化、抗地下水腐蝕性。與普通砂井相比的一些優(yōu)點：①袋裝砂井直徑小，用砂量小，其費用僅為普通砂井的40%～50%，造價低廉。②由于編織袋是一個整體，能夠保持砂的連續(xù)性和密實性，不會因地基變形而切斷，使用效果良好。③砂井直徑小，施工時對土層擾動小。④由于砂井斷面小，重量輕，減小了施工設備的質量，提高了施工效率。基于以上優(yōu)點，袋裝砂井已經(jīng)被普遍采用，幾乎完全代替了普通砂井。(3)塑料排水板塑料排水板法是將預制的帶狀塑料排水板用插板機將其豎直地插入土中，形成類似砂井的排水通道，使孔隙水沿塑料板的通道流出，從而加固地基土的方法。塑料板的結構形式可分為多孔制單一結構和復合結構型兩大類。多孔制單一結構用聚氯乙烯經(jīng)特殊加工而成，由于其素材本身能形成連通的孔隙，固透水性極好。復合結構型是指由塑料芯板(起豎向排水作用)外套既透水又擋泥的濾膜組成，芯板用硬質聚氯乙烯和聚丙烯制成，斷面成回字形或十字形等，使其能縱向排水，透水擋泥濾膜由透水性好的滌綸類或丙烯類合成纖維制成。如圖：圖 213 塑料排水板(4)排水砂墊層排水砂墊層是在路堤底部的地面上鋪設的一層砂墊層，其作用是在軟土層頂面增加一個排水面。在填土過程中，軟土中滲出來的水就可以從砂墊層排出來，加速地基固結，提高軟土的強度，增強路堤的穩(wěn)定。~~砂墊層圖 214 排水砂墊層 膨脹土地區(qū)路基處理技術 膨脹土的概念膨脹土指的是具有較大的吸水后顯著膨脹、失水后顯著收縮特性的高液限黏土。特征是吸水膨脹、軟化、崩解、失水急劇收縮開裂，并能產生往復變形。膨脹土的礦物成分主要是蒙脫石,為一種高塑性粘土，一般承載力較高，具有吸水膨脹、失水收縮和反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質極不穩(wěn)定。常使建筑物產生不均勻的豎向或水平的脹縮變形，造成位移、開裂、傾斜甚至破壞，且往往成群出現(xiàn)，尤以低層平房嚴重，危害性很大，裂縫特征有外墻垂直裂縫，端部斜向裂縫和窗臺下水平裂縫，內、外山墻對稱或不對稱的倒八字形裂縫等；地坪則出現(xiàn)縱向長條和網(wǎng)格狀的裂縫。一般于建筑物完工后半年到五年出現(xiàn)。 膨脹土的工程特性膨脹土粘粒成份主要由強親水性礦物質組成，并且具有顯著脹縮性的粘性土。該土具有吸水膨脹，失水收縮并往復變形的性質，對路基的破壞作用不可低估，并且構成的破壞是不易修復的。為了保證道路在較長時間內路基的穩(wěn)定和路面的平整度，達到安全、舒適行車的目的，必須處理好施工維護過程中的一些問題。(1)脹縮性膨脹土吸水體積膨脹，使其上部建筑物隆起，如膨脹受阻即產生膨脹力。失水體積收縮，造成土體開裂，并使建筑物下沉。膨脹土在塑限和液限含水率的收縮量與膨脹量，稱為極限脹縮潛勢。土中有效蒙脫石含量越高，脹縮潛勢越大。土的初始含水率越低，膨脹量與膨脹力越大。(2)崩解性膨脹土浸水后體積膨脹，在無側限條件下則發(fā)生吸水濕化。不同類型的膨脹土其崩解性是不一樣的，強膨脹土浸入水中后，幾分鐘內就能完全崩解；弱膨脹土浸入水中后，則需要較長時間才能完全崩解。(3)多裂隙性膨脹土中的裂隙，可分垂直裂隙、水平裂隙和斜交裂隙三種類型。這些裂隙將土體分割為具有一定幾何形態(tài)的塊體，破壞了土的完整性。裂隙面光滑有擦痕，且大多充填有灰白或灰綠色黏土薄膜、條帶或斑塊，其礦物成分主要為蒙脫石，有很強的親水性，具有軟化土體強度的顯著特征。膨脹土路基邊坡的破壞，大多與土中裂隙有關，且滑動面的形成主要受裂隙軟弱結構面所控制。(4)超固結性膨脹土大多具有超固結性，天然孔隙比較小，干密度大，初始結構強度較高。超固結膨脹土路基開挖后，將產生土體超固結力釋放，邊坡與路基面呈現(xiàn)卸荷膨脹，并常在坡腳形成應力集中區(qū)和較大的塑性區(qū)，使邊坡容易破壞。(5)強度衰減性膨脹土的抗剪強度為典型的變動強度，具有峰值強度極高、殘余強度極低的特性。由于膨脹土的超固結性，其初期強度極高，一般現(xiàn)場開挖都很困難。然而，由于土中蒙脫石礦物的親水性以及多裂隙結構，隨著土受脹縮效應和風化作用的時間的增加，抗剪強度將大幅衰減。 膨脹土的路基的病害(1)溜坍 路基邊坡上局部表層土體，由于降水下滲含水率過大以及土的脹縮作用，強度降低而溜坍。(2)滑坡 和一般滑坡相同，斜坡土體沿土中軟弱面而滑動。這一軟弱面多為裂隙面、層面或其他結構面。由于土體存在滑坡趨勢，當失去前部支撐時，便產生滑動。膨脹土地段的滑坡，其滑動面土體含水率較大，強度低，有時雖然土體邊坡已經(jīng)放緩，但仍易產生滑動。(3)坍滑 路堤邊坡坍滑是膨脹土地段的路塹、路堤邊坡經(jīng)常發(fā)生的一種變形現(xiàn)象。不少地段的坍滑體厚度不大，但在邊坡上卻不易擴展。 影響脹縮變形的主要因素影響膨脹土脹縮變形的因素，可以歸納為內部和外部兩種，其中，內因是根據(jù)，外因是條件，外因通過內因起作用。其主要因素有5種：(1)土的黏粒含量膨脹土的黏粒含量高，多達35%～85% ，其中粒徑 mm的膠粒含量一般也在30%～40% 。液限一般為40%～68% ，塑性指數(shù)多在20～35。因此，一般膨脹土均屬于高塑性黏土。黏土顆粒小，分散性大，比表面積大，則表面能大，故其遇水對水分子的吸附能力高。因此，土中黏粒含量愈多，土的塑性指數(shù)愈高，則土體的脹縮性愈大。(2)土的含水率在工程施工中，建造在含水量保持不變的黏土上的構造物不會遭受由膨脹而引起的破壞。當黏土的含水率發(fā)生變化，立即產生垂直和水平兩個方向的體積膨脹。含水率的輕微變化，僅1%～2% 的量值，就足以引起有害的膨脹。土中含水率的變化而發(fā)生相應的膨脹或收縮變形，特別是在場地膨脹性土層厚度不一，均勻性不一，不同部位處含水率的變化以及建筑物基底壓力不等時，就會導致地基土不均勻的隆起或下陷，使得建筑物產生墻體開裂、地面隆起或下陷等破壞。一般來講，很干的黏土表示有危險。這類黏土能吸收很多的水，其結果是對結構物發(fā)生破壞性膨脹。反之，比較潮濕的黏土，由于大部分膨脹已經(jīng)完成，進一步膨脹將不會很大。但應注意的是，潮濕的黏土在水位下降或其它的條件變化時，可能變干，顯示的收縮性也不可低估。(3)土的密度土的密度大，孔隙比就小，浸水膨脹強烈，而失水收縮?。幌喾?，土的密度小，孔隙比就大，浸水膨脹小，失水收縮大。而孔隙比處于中間值時，土的脹縮變形都較大。(4)土的結構強度土的結構強度能承受膨脹或收縮變形，即結構強度愈大的土，抵制脹縮變形的能力也愈大。(5)地形地勢條件在丘陵區(qū)和山前區(qū)，不同地形和高程地段地基土的原始條件及其受水蒸發(fā)條件不同。因此，地基土產生脹縮變形的程度各不相同。高曠地帶蒸發(fā)條件好，地基土易干縮，建造的單層淺基建筑物裂縫多；而建在低洼處附近有水田水塘的單層房屋裂縫少，是因為低洼地帶地基土中水分不易散失，有補給來源，較能保持相對穩(wěn)定濕度的緣故。 膨脹土地基處理膨脹土的這種遇水膨脹、失水收縮開裂且反復變形的特殊工程性質，給工程帶了較大的危害，準確地了解膨脹土的特性及變化的條件，就能夠知道地基將會產生怎樣的變形，從而采取相應的地基處理措施。膨脹土地基常用的處理方法有5個：(1)換土可采用非膨脹性材料或灰土，換土厚度可通過變形計算確定。平坦場地上I、II級膨脹土的地基處理，宜采用砂、碎石墊層，墊層厚度≥300 mm，墊層寬度應大于基底寬度，兩側宜采用與墊層相同的材料回填，并做好防水處理。換土法能夠得到比其他處理方法更大的地基承載力，從根本上改變地基土的性質，工期也比較短。(2)改良土質在膨脹土中添加石灰、水泥等非膨脹材料或添加化學劑使膨脹土失去膨脹性的材料。在膨脹土中拌合一定量的石灰或水泥可降低或消除膨脹土的膨脹性；同時，有機和無機的化學劑也已經(jīng)在膨脹土改良中得到應用，可以降低膨脹土的塑性指數(shù)和膨脹潛勢。(3)采用樁基膨脹土層較厚時，應采用樁基，樁尖支承在非膨脹土層上，或支承在大氣影響層以下的穩(wěn)定層上。(4)預濕膨脹施工前使土加水變濕而膨脹，并在土中維持高含水率，則土將基本上保持體積不變，因而不會導致結構破壞。(5)隔水法根據(jù)膨脹土的特性，土體的含水率的變化