【文章內容簡介】 為了達到上述目的，通常有二類方法：一類是對天然地基土進行 土質改良；另一類是在天然地基中插入﹝也包括置換﹞采性較好的材料，如砂石、土工合成材料、混凝土、鋼管等。土質改良的方法又可以分為下述幾類：預壓使軟粘土產生排水固結；振密、擠密松散土體；灌入固化物使之與天然地基土體形成復合土體，如水泥；凍結或燒結天然地基土體以改善其物理力學性質。 由各種地基處理方法獲得的人工地基可以分為兩類：一類是對天然地基土體全部驚醒改良，如預壓﹝排水固結﹞法、強夯法、原位壓實法、換填法。另一類是形成復合地基。它可以可以由復合土與天然地基土形成，如低強度樁復合地基法，樹根樁復合地基；也可以由 插入的塑料與得到改良﹝如擠密﹞的天然土體形成，如振沖擠密碎石樁復合地基。軟土地基加固方法主要有換填土法、排水固結預壓法、強夯法、砂石樁法和攪拌樁法等。 二、軟土地基處理的心技術： ⑴高壓水切割消瘀 水渠、水塘、河道的底部大多都有一定厚度的浮泥，如不清除會使路堤處產生滲透差別，而嚴重阻止空隙水排出，延長固結時間；并對周圍地基抗滑穩(wěn)定性起到破壞作用，況且淤泥中的有機質經分解后，部分產物以沼氣形式泄出會使路堤下沉，加大工后沉降，因此，這些浮泥必須清除干凈。高壓水切割清淤法是用高壓噴射水槍沿水平方向切割浮泥，形成泥 漿后，再用泥漿泵抽到堆放的低洼處。此種方法質量可靠，施工簡單、效率高，易于推廣。 ⑵薄層輪加法填筑路堤 薄層輪加法不是采用把預壓劃分為幾級的方法，而是充分利用每次填土后地基強度的增長，根據沉降、位移等觀測數(shù)據確定填土速率和停歇時間。時間證明，該方法一方面增加了路堤施工的穩(wěn)定性，同時也爭取了更多的預壓時間，是一種經濟實用、合理的科學施工方法。 該方法首先要確定路基的極限填土高度。在極限填土高度以下可以采取較快的填土速度；在極限填土高度以上，為了確保路堤的穩(wěn)定，應適當放慢加載速度。在施工中著重控制側向位移速率 ，使側向位移速率基本在允許范圍內變化。該施工法的關鍵是要保證準確連續(xù)的動態(tài)觀測，通過觀測數(shù)據的分析，掌握路堤在施工中的變動態(tài)，確定合理的控制標準來控制填土速度，以保證是施工的安全穩(wěn)定。 ⑶ CFG 樁 近年來，復合地基理論的研究和發(fā)展較快，一些新的樁型、施工設備和施工工藝應運而生。復合地基可分為兩大類：一類是由散體材料﹝如砂、碎石、土、鋼渣等﹞組成的樁與天然地基復合；另一類是由水泥與土結合而成的樁與天然地基復合 。 CFG樁按其性質屬于后者，適用于軟土處理且是一種較為經濟合理的地基處理方法。 ⑷砂石樁與低強度混凝土 組合型復合地基 散體樁主要靠樁間土的被動約束，特別是樁頂 2～ 4 倍樁徑范圍內，樁間土將承受很大的徑向應力，容易使樁體產生膨脹破壞，因而在軟弱粘性土中的砂石樁復合地基承載力難以有效提高。為了改變這種狀態(tài)，對散體樁復合地基中的部分砂石進行樁體增強，在砂石樁中增加一定量的Ⅰ、Ⅱ及粉煤灰與少量水泥，使其成為一種粘結強度較高的半剛性體，由此構成部分散體砂石樁與部分低強度混凝土組和型復合地基。 組和型復合地基特點是既能發(fā)揮砂石樁的優(yōu)點，又由于低強度混凝土樁的插入而使砂石樁的側向約束作用得到加強，從而減少散體樁頂部分的壓脹 變形。同時發(fā)揮半剛性樁能向深部傳遞荷載的作用，使復合地基的承載力大幅增加，提高了復合地基的整體穩(wěn)定性。為使兩種不同剛度樁體的作用、變形協(xié)調一致，需在樁頂設置一定厚度的砂石料墊層，以保證不同剛度樁體與土共同承擔荷載。 第二章 軟土地基 軟土地基的物理力學特性 高含水量和高孔隙性 軟土的天然含水量一般為 50%～ 70%，最大甚至超過 200%。液限一般為 40%～ 60%，天然含水量隨液限的增大成正比增加。天然孔隙比在 1～ 2之間，最大達 3～ 4。其飽和度一般大于 95%，因 而天然含水量與其天然孔隙比呈直線變化關系。軟土的如此高含水量和高孔隙性特征是決定其壓縮性和抗剪強度的重要因素。 滲透性弱 軟土的滲透系數(shù)一般在 i10 4～ i10 8cm/s 之間，而大部分濱海相和三角洲相軟土地區(qū)，由于該土層中夾有數(shù)量不等的薄層或極薄層粉、細砂、粉土等，故在水平方向的滲透性較垂直方向要大得多。 由于該類土滲透系數(shù)小、含水量大且飽和狀態(tài)，這不但延緩其土體的固結過程，而且在加荷初期，常易出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，對地基強度有顯著影響。 壓縮性高 軟土均屬高壓縮性土，其壓縮系數(shù) ～ 一般為 ～ ,最大達－ 1(例如渤海海淤 )，它隨著土的液限和天然含水量的增大而增高。由于土質本身的因素而言，該類土的建筑荷載作用下的變形有如下特征： (1)變形大而不均勻 (2)變形穩(wěn)定歷時長 抗剪強度低 軟土的抗剪強度小且與加荷速度及排水固結條件密切相關，不排水三軸快剪所得抗剪強度值很小，且與其側壓力大小無關。排水條件下的抗剪強度隨固結程度的增加而增大。 較顯著的觸變性和蠕變形。 軟土處理的目的和意義 自 20 世紀 30 年代美國及德國開始興建， 至 50 年代世界各國 大力發(fā)展高速公路以來，目前，在全世界 60多個國家共修建高速公 路 14㎞，公路客貨運速比例大大增加，甚至超過了鐵路。我國在 80 年代中期確立了發(fā)展高速公路的方針， 1984 年開工建設大陸第一條高速公路 — 滬嘉高速公路并于 1988 年建成通車，之后，沈大、京津唐、滬寧高速公路相繼建成投入使用，至 1999 年底，全國通車里程達到 11605 ㎞，在世界高速公路排行榜列第三位，但絕大部分建于東部沿海諸省。 我國沿海諸省，除山東部分地段以外，大部分為泥質海岸，土層多為淤泥、淤泥質粘土、淤泥質亞粘土及泥混砂層，屬于飽和的正常壓密軟粘土 。這種土類壓縮性高（沉降量大），排水固結慢，地基穩(wěn)定性差。 在我國長江、淮河流域，還經常分布有膨脹土、液化地基等，這些軟弱地基、特殊地基的存在常導致高速公路的質量問題，往往是高等級公路設計、施工的關鍵問題。 公路工程的地基問題該快起來有下列三個方面： (1)強度及穩(wěn)定性問題。當?shù)鼗目辜魪姸炔蛔阋猿惺苈坊奥访嫱夂奢d時，敵機可能會產生局部或整體剪切破壞，造成路堤塌方、失穩(wěn)，橋臺破壞。 (2)沉降變形問題。當?shù)鼗谏喜亢奢d及在外荷載作用下產生過大的沉降變形時，會影響道路的正常使用。特別是產生過大的不均勻沉降時 ，路面會開裂破壞，構筑物與路堤銜接處差異沉降，會引起橋頭跳車；涵身、通道凹陷、沉降縫拉寬而漏水；路面橫坡變緩、積水。 (3)地震、車輛震動等動力荷載可能引起地基土特別是飽和無粘性土的液化、失穩(wěn)及震陷等。另外，由于外界水循環(huán)變化、溫度變化等引起的管涌、凍融等也可能引起地基強度和變形的顯著變化，從而影響道路的正常使用。 當公路工程特別是高等級公路工程中遇到上列問題之一是，必須采取地基處理措施，否則會引起質量問題。如日本常磐高速公路神田橋從 1986 年 9月 20 日通車后，19 個月中平均每月修補一次錯臺，嚴重影響了路面 質量和通行能力；我國滬嘉高速公路通車 4～ 5 月后橋頭錯臺大者至 7～ 8 ㎝，使行車速度大為下降；江蘇寧連一級公路，由于軟基沉降等問題，使路面開裂、橋頭錯臺，通車幾年來一直小修不斷。 地基處理的目的是利用夯實、置換、排水固結、加筋和熱力學等方法對地基土進行加固，以改善地基土的剪切性、壓縮性、振動性和特殊地基的特性，使之滿足道路工程的要求。顯然，對于交通量大、養(yǎng)護時間難的高等級公路，地基處理的恰當與否直接關系到工程質量、投資和進度。因此，地基處理對節(jié)約基本建設投資，保證公路正常運營具有重要意義。 軟土地基 的危害 軟土路基可能導致出現(xiàn)一些的問題 ， 當路基的抗剪強度不足以支承上部結構的自重及外荷載時，地基就會產生局部或整體剪切破壞。當路基 在上部結構的自重及外荷載作用下，產生過大的沉降和 不均勻沉降變形時，會影響結構物的正常使用，特別是超過結構物所能容許的不均勻沉降時，結構可能開裂破壞。路基的滲漏量超過容許值時，會發(fā)生水量損失導致事故發(fā)生。 軟土地基在公路工程中造成的危害 1)勘察設計不詳細或不準確，導致對應該做軟基處理的地段未做處理設計。 2)已知是軟土地基，但是未做好軟土地基處理，造成路堤失穩(wěn)或危及 線外建筑物。 3)雖然做了軟土地基處理，但是措施不力，施工不當造成路堤失穩(wěn)。 4)堆料不當，未按規(guī)定分層填筑，填土過快，碾壓不當，造成路堤失穩(wěn)。 5)擾動 “ 硬殼層 ” 或填筑不當，使 “ 硬殼層 ” 遭受破壞，導致路堤失穩(wěn)。 軟土處理的一般原則 ㈠ 對于新建工程，原則上首先應考慮利用天然地基，對于淤泥和淤泥質土利用其上覆較好土層作為地基持力層，當上覆土層較薄，應注意避免施工時對淤泥和淤泥質土的擾動 。對于沖填、雜填建筑垃圾和性能穩(wěn)定的工業(yè)廢科，當均勻性和密實度較好時，均可利用作為地基、持力層 。對于有 機質含量較多的生活垃圾和對基礎有腐蝕性的工業(yè)廢料等雜填土，未經處理不宜作為地基持力層。若地基軟弱不能滿足要求，則需進行處理，根據 工程情況及地土質條件或組成的不同，處理的目的可以是 : (1)提高土的抗剪強度，使地基保持穩(wěn)定 。 (2)降低土的壓縮性，使地基的沉降和不均勻沉降低至允許范圍內 。 (3)降低土的滲透性或滲流的水力梯度 .防止或減少水的滲漏，避 免滲流造成地基破壞 。 (4)改善土的動力性能、防止地基產生震陷變形或因土的震動液化 而喪失穩(wěn)定性 。 (5)消除或減少土的沉陷性或脹縮性引起的地基變形，避免建筑 物 破壞或影響其正常使用。 對單一工程來講，處理目的可能是單一的，也可能需同時在幾個方面達到一定要求 :地基處理除用于新建工程的軟弱和特殊土地基外，也作為事后補救措施用于已建工程地基加固。 ㈡ 對于泥沼地區(qū)的選線原則： ⑴ 盡量選擇泥沼窄、淺及沼地橫坡平緩的地段通過； ⑵ 盡可能繞避陡坡上的泥沼、古湖盆的泥沼以及中間聚水地帶的泥沼； ⑶ 應利用隆起的微地貌，以縮短通過泥沼積水和軟弱地段的長度； ⑷ 對于縱斷面設計要考慮泥沼土層的性質和厚度、泥沼的地下水位和地面上的積水水位，使路堤高出水位一定高度并有一定的填土 高度。 第三章 軟土地基加固方法 軟土地基加固方法 a、 砂墊層法：砂墊層設置于路堤填土與軟土地基之間的透水性墊層，可起排水的作用，從而保證了填土荷載作用下地基中孔隙水的順利排出，既加快了地基的固結，還可以保護路堤免受孔隙水浸泡。設置砂墊層要注意防止被細粒污染而造成排水孔隙堵塞，在砂墊層的上下應設反濾層。砂墊層適于施工期限不緊、路堤高度為極限高度的二倍以內，砂源豐富、軟土地基表面無隔水層的情況。當軟土層較薄，或軟土墊層底層又有透水層時，效果更好。 輕質路堤及加筋路堤，達到減輕路堤自重，以減少路堤 沉降及提高路堤穩(wěn)定安全系數(shù)的目的。加筋路堤指用變形小、老化慢的土工格柵、土工織物等抗拉的柔性材料作為路堤的加筋體，可以減少路堤填筑后的地基不均勻沉降，又可以提高地基承載能力，同時也不影響排水，大大增強路堤的整體性和穩(wěn)定性。 b、 淺層處治：表層分布厚度小于 3m 的軟土時，可采用淺層拌和、換填、拋石等方法進行處治。淺層拌和添料可用石灰等無機結合料，換填材料宜用水穩(wěn)性好的材料。換土能根本改善地基，不留后患，效果較好，適用于軟土層不厚且易于排水的情況。但因軟土地區(qū)地下水位較高，挖掘困難，換土深度一般不宜超過 2m。拋石 擠淤是強迫換土的一種形式，它不必抽水挖淤，施工簡便。爆破擠淤也是一種淺層處治的換土方式。利用炸藥爆破時的能量將軟土揚棄或壓縮，然后填以強度較高的滲水土或一般粘性土，達到換土的目的。爆破擠淤法的換填深度較深，工效較高，適用于軟土層相對較厚、稠度大、路堤較高、施工期緊迫的情況 c、 豎向排水體：軟土地基中設置豎向排水體，可大幅度縮短排水距離，再配合預壓，可加速地基的固結，明顯地提高預壓效果，所以當超載預壓高度受到穩(wěn)定性制約時，多應用豎向排水體與預壓結合的處治措施。常用的地下排水體有砂井、袋裝砂井、塑料排水板等。排 水體深度依土層厚度而定，對軟薄軟土層宜貫通，對較厚軟土層，排水體深度據計算確定。 d、 加固土樁：用某種深層拌和的專用機械，將軟土地基的局部范圍用固化材料以改善、加固，形成加固樁，使加固樁與樁間土形成復合地基。設計加固土樁只考慮其置換與應力集中效應，不考慮其固結排水與擠密作用。加固土樁的深度、直徑、間距應經穩(wěn)定性計算，并應滿足工后沉降的要求。樁的直徑與深度除受地址條件的制約，還受機械設備能力的限制。 e、 粒料樁 ： 粒料樁是為提高軟土低級的承載力，在需要進行地基處理的范圍內，由碎石、沙礫、礦渣、砂等松散粒料做樁料 ，采用專用機械設置成交大直徑的樁體。專用機械一般為振動沉管機、水振沖器等。設置粒料樁后樁與樁間土形成復合地基。粒料樁是通過置換軟土、加速地基排水固結作用、樁的應力集中作用共同來提高穩(wěn)定系數(shù)的，通常不考慮它對地基土的擠密作用。 ⑴粒料樁復合地基的穩(wěn)定計算 ①設有粒料樁的復合地基的路堤整體抗剪穩(wěn)定系數(shù)按有關公式計算，且當?shù)?i土條的滑裂面處于地面線以下復合地基區(qū)域深度內時，應考慮樁體對土的置換率、樁土應力比。復合地基的抗剪強度按以下公式計算： ? ?? ? ? ? ciwwicciiiiciiiisuii hhhumhuc ??????????? t a nc o s1 1111 ?????? 式中：