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    2019年一級建造師《公路工程》核心考點軟土地區路基施工
    發布時間:2019-05-12   一級建造師

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      1B411020 特殊路基施工技術
      1B411021 軟土地區路基施工
      一、軟土地基的工程特性
      淤泥、淤泥質土及天然強度低、壓縮性高、透水性小的一般黏土統稱為軟土。大部分 軟土的天然含水量30%~70% ,孔隙比1. 0~1. 9,滲透系數為10-8 ~ 10-7 cm/s,壓縮性系數為0.005~0.02,抗剪強度低(快剪裁聚力在10kPa左右,快剪內摩擦角0°~5°) ,具有觸變性,流變性顯著。對于高速公路,標準貫擊次數小于4,無側限抗壓強度小于50kPa且含水量大于50%的黏土或標準貫擊次數小于4且含水量大于30%的砂性土統稱為軟土。修建在軟土地區的路基,主要是路堤填筑荷載引起軟基滑動破壞的穩定問題和量大且時間長的沉降問題。
      二、軟土地基處理施工技術
      按加固性質,主要有以下幾種:
      (一)表層處理法
      軟土地基處理施工具體方法有幾十種,常常多種方法綜合應用。按加固性質,主要有以下幾類:
      1.砂墊層
      在軟土層頂面鋪砂墊層,主要起淺層水平排水作用
      砂墊層用于路堤高度小于2倍極限高度(在天然軟土地基上,基底不作特殊加固處理而用快速施工方法修筑路堤的填筑最大高度)軟土層及其硬殼較薄,或軟土表面滲透性很低的硬殼等情況。亦可用于軟土層稍厚但具有雙面排水條件的地基。有排水砂墊層、換土砂墊層、砂墊層和土工布混合使用等形式。
      砂墊層施工簡便,不需特殊機具設備,占地較少。但需放慢填筑速度,嚴格控制加荷速率,使地基有充分時間進行排水固結。適用于施工期限不緊迫、砂料來源充足、運距不遠的施工環境。
      2.反壓護道
      在路堤兩側填筑一定寬度和高度的護道,以改善路堤荷載方式來增加抗滑力的方法,使路堤下的軟基向兩側隆起的趨勢得到平衡,從而保證路堤的穩定性。
      3.土工聚合物處治
      (1)土工布
      土工布鋪設于路堤底部,在路基自重作用下受拉產生抗滑力矩,提高路基穩定性。土工布在軟土地基加固中的作用包括排水、隔離、應力分散和加筋補強。
      土工布連接一般采用搭接法或縫接法??p接法有一般縫法、丁縫法和蝶形法。
      土工布一般分一層或多層鋪設。當鋪設兩層以上時,層與層之間要夾10-20cm的砂或砂礫墊層,以提高基底透水性。
      (2)土工格柵
      土工格柵加固土的機理存在于格柵與土的相互作用之中。一般可歸納為格 柵表面與土的摩擦作用;格柵孔眼對土的鎖定作用和格柵肋的被動抗阻作用。三種作用均能充分約束土的顆粒側向位移,從而大大地增加了土體的自身穩定性, 對土的加固效果,明顯高于其他土工織物。
      (二)換填法
      換填法一般適用于地表下0.5-3. 0m之間的軟土處治。
      1.開挖換填法
      將軟弱地基層全部挖除或部分挖除,用透水性較好的材料(如砂礫、碎石、鋼渣等)進行回填。該方法簡單易行,也便于掌握。對于軟基較淺((1-2m)的泥沼地特別有效。
      (1)開挖方式
      基底開挖深度在2m以內可用推土機、挖掘機或人工直接清除至路基范圍以外堆放或運至取土坑還填;深度超過2m時,要由端部向中央分層挖除,并修筑臨時運輸便道,由汽車運載出坑。
      軟土在路基坡腳范圍以內全部清除,邊部挖成臺階狀再回填;路基穿過沼澤地只需要清除路基坡角(含護坡道)范圍以內的軟土。護坡道以外,對于小滑塌的軟土,可挖成1:1~1:2的坡度,對于泥沼地區的淤泥質高壓縮性軟土可將護坡道加寬加高至與沼澤地相平或高出。
      (2)填筑及壓實
      軟基在開挖時要注意解決滲水或雨水兩個問題,可采用邊挖邊填,也可全部或局部清除后進行全部或局部回填,盡可能換填滲水性材料,并注意及時抽水。
      碎石土及粉煤灰等工業廢渣常作為換填材料。壓實時,為達到較好的壓實效果,常采用振動壓路機和重型靜力壓路機(三輪壓路機12―15t)。
      如果路基與兩側沼澤完全隔離,就可按照一般路堤填筑方式進行填筑,分層碾壓時控制好含水量、碾壓遍數、碾壓方式及路堤邊坡、護坡道的密實程度,要做好泥沼與路堤之間的邊溝的排水,保證路堤不受水毀,不受凍害。
      路堤與兩側沼澤不能完全隔離,在清除路基底部軟土后,如滲透性良好的土源缺乏,可在路堤底面用砂石料設置透水性路堤。
      路堤兩側設立全鋪式(塊石、片石漿砌護坡)護坡或護面墻(擋土墻式護坡)時,砌石應用當地不易風化開山片石,用M5等級砂漿砌筑,墻基應埋人非軟基土中0.50~1.20m左右,砌筑護坡時應夯實坡面,擋墻墻后應填筑開山石塊并夯實。護面墻應在路堤壓實穩定后再開挖砌筑。
      2.拋石擠淤法
      這種方法施工簡單、迅速、方便,適用于常年積水的洼地,排水困難,泥炭呈流動狀態,厚度較薄,表層無硬殼,片石能沉達底部的泥沼或厚度為3-4m的軟土;在特別軟弱的地面上施工由于機械無法進入,或是表面存在大量積水無法排除時;石料豐富、運距較短的情況。
      拋投順序,應先從路堤中部開始,中部向前突進后再漸次向兩側擴展,以使淤泥向兩旁擠出。當軟土或泥沼底面有較大的橫坡時,拋石應從高的一側向低的一側擴展,并在低的一側多拋填一些。
      片石露出水面后,宜用重型壓路機反復碾壓,然后在其上面鋪反濾層,再行填土。
      3.爆破排淤法
      將炸藥放在軟土或泥沼中爆炸,利用爆炸時的張力作用,把淤泥或泥沼揚棄,然后回填強度較高的滲水性土壤,如砂礫、碎石等。爆破排淤較一般方法換填深度大、工效較高,軟土、泥沼均可采用。
      爆破排淤法用于當淤泥(泥炭)層較厚,稠度大,路堤較高和施工期緊迫時;路段內沒有橋涵等構造物,路基承載力均衡一致,因整體沉降對道路不會產生破壞,也可考慮換填。但對橋涵構造物及兩側引道等,應考慮采用其他方法。
      爆破排淤分為兩種,一種方法是先在原地面上填筑低于極限高度的路堤,再在基底下爆破,適用于稠度較大的軟土或泥沼。另一種方法是先爆后填,適用于稠度較小,回淤較慢的軟土。
      (三)重壓法
      1.堆載預壓法
      在軟基上修筑路堤,通過填土堆載預壓,使地基土壓密、沉降、固結,從而提高地基強度,減少路堤建成后的沉降量。進行預壓的荷載超過設計的道路工程荷載,稱為超載預壓;預壓荷載等于道路工程荷載,稱為等載預壓。
      堆載預壓法對各類軟弱地基均有效;但堆載預壓需要一定的時間,適合工期要求不緊的項目。
      2.其他重壓法
      (1)真空預壓法:利用大氣壓強0.098MPa等效堆載預壓法對軟基進行加固。即依靠真空抽氣設備,使密封的軟弱地基產生真空負壓力,使土顆粒間的自由水、空氣沿著縱向排水通道,上升到軟基上部砂墊層內,由砂墊層內過濾再排到軟基密封膜以外,從而使土體固結。該法適用于含水量高、孔隙比大、強度低、滲透系數和固結系數均較小的黏土。
      (2)真空預壓加堆載預壓法:是堆載預壓和真空預壓兩種方法的結合,原理與真空預壓相同,但加載更大,預壓時間縮短了一半。
      (四)垂直排水固結法
      利用砂井、袋裝砂井、塑料排水板增加土層豎向排水途徑,縮短排水距離、加速地基固結。
      1.砂井
      用振動打樁機、柴油打樁機(沖擊式和振動式)以及下端裝有活瓣鋼樁靴的樁管將砂(含泥量不大于3%)或砂和角礫混合料(含泥量不大于5%)灌入形成砂井。在施工時考慮避免“縮頸”和減少對土的擾動。
      (1)套管法:根據沉管工藝的不同,又分為靜壓沉管法、振動沉管法等。
      (2)水沖成孔法:通過專用噴頭,在水壓力作用下沖孔,成孔后清孔,再向孔內灌砂形成。適用于土質較好且均勻的砂性土。
      (3)螺旋鉆成孔法:以動力螺旋鉆鉆孔,提鉆后灌砂成砂柱。適用于陸上工程,砂井長度l0m以內,且土質較好,不會出現縮頸、塌孔現象的軟弱地基。
      2.袋裝砂井
      主要用導管式振動打樁機(在行進方式上普遍采用的有軌道門架式、履帶臂架式、吊機導架式等),選用聚丙烯或其他適用的編織料制成的袋,采用滲水率較高的中、粗砂制成砂袋。袋裝砂井按整平原地面一攤鋪下層砂墊層→機具定位→打入套管→沉人砂袋→拔出套管→機具移位→埋砂袋頭→攤鋪上層砂墊層的施工工藝流程進行。
      (1)施工準備。
      (2)施工機具和材料。
      施工主要機具包括:噴粉樁機及配套貯灰罐及噴粉系統、空氣壓縮機、75kW以上的發電機等,噴粉樁機由液壓步履式底架和導向加減壓機構、鉆機傳動系統、鉆具、液壓系統、噴粉系統、電氣系統等部分組成。
      2.粒料樁
      主要用振沖器、吊機或施工專用平車和水泵,將砂、碎石、砂礫、廢渣等粒料(粒徑宜為20~50mm,含泥量不應大于10%加入振密。按整平地面→振沖器就位對中→成孔清孔→加料振密→關機停水→振沖器移位的施工工藝程序進行。
      3.生石灰樁
      主要用振沖器、吊機或施工專用步履式、門架式振動沉樁設備。配備適用的空壓機,起重機械起吊能力應大于100-20okN。使用材料為生石灰(顆粒直徑不超過30mm要求填充材料要密實)。按整平地面→振沖器就位對中→成孔→空氣壓縮機注人生石灰→邊振動邊拔出套管→振沖器移位→封緊生石灰樁孔的施工工藝程序進行。

     

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