文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 路基填筑

路基填筑

第三章路基填筑

路基填筑的主要工作内容包括路基用土的正确选择和处理,填筑施工的各种方法和工艺流程,以及路基压实等问题。现分述如下。

第一节路基用土

各类公路用土具有不同的工程性质,在选择作为路基的填筑材料,应根据不同的土类分别采取不同的工程技术措施。

一、各类土的工程性质

1.不易风化的石块

包括漂石(块石)和卵石(块石),有很高的强度和稳定性,使用场合和施工季节均不受限制,为最好的填筑路基材料,也可用于砌筑边坡。但石块之间要嵌锁密实,以免在自重和行车荷载作用下,石块松动产生沉陷变形。

2.碎(砾)石土

强度能满足要求,内摩擦系数高,水稳定性好,材料的透水性大,施工压实方便,能达到较好的密实程度,为很好的填筑材料。但若细粒含量增多,则透水性和水稳定性就下降。

3.砂土

无塑性,透水性和水稳定性均良好,毛细管水上升高度很小,具有较大的内摩擦系数。但砂土粘结性小,易于松散,对流水冲刷和风蚀的抵抗能力很弱,压实困难。但是经充分压实的砂土路基,则压缩变形小,稳定性好。为了加强压实和提高稳定性,可以采用振动法压实,并可适量掺些粘土,以改善级配组成,并应将边坡予以加固,以提高路基的稳固性。

4。砂性土

既含有一定数量的粗颗粒,又含有一定数量的细颗粒,级配适宜,强度、稳定性等都能满足要求,是理想的路基填筑材料。如细粒土质

砂土,其粒级组成接近最佳级配,遇水不粘着,不膨胀,雨天不泥泞,晴天不扬尘,便于施工。

5.粘性土

细颗粒含量多,土的内摩擦系数小而粘聚力大,透水性小而吸水能力强,毛细现象显著,有较大的可塑性。干燥时坚硬而不易挖掘,施工时不易破碎,浸水后强度下降较多,干湿循环因胀缩引起的体积变化也大,过干或过湿时都不便施工。在给予充分压实和良好排水的条件下,粘性土可作路堤填筑材料。

6.粉性土

因含有较多的粉粒,毛细现象严重,干时易被风蚀,浸水后很快被湿透,在季节性冰冻地区常引起冻胀和翻浆,水饱和时有振动液化问题。粉性土特别是粉土,属于不良的公路路基用土。如果不得已使用时,宜掺配其他材料,即采取技术措施改良土质,同时必须加强排水和隔离水等措施。

7.膨胀性重粘土

几乎不透水,粘结力特强,湿时膨胀性和塑性都很大。膨胀性重粘土工程性质受粘土矿物成分影响较大,粘土矿物主要包括蒙脱土、伊里土、高岭土。蒙脱土主要分布在东北地区,其塑性大,吸湿后膨胀强烈,干燥时收缩大,透水性极低,压缩性大,抗剪强度低。高岭土分布在南方地区,其塑性较低,有较高的抗剪强度和透水性,吸水和膨胀量较小。伊里土分布在华中和华北地区,其性质介于上述两者之间。膨胀性重粘土不宜用来填筑路堤。

8.易风化的软质岩石(如泥灰岩、硅藻岩等)

浸水后易崩解,强度显著降低,变形量大,一般不宜作路堤填筑材料。

总之,路基用土中,砂性土最优,粘性土次之,粉性土属不良材料,容易引起路基病害。膨胀性重粘土,特别是蒙脱土更是不良的路

基土。此外,还有一些特殊土类,如有特殊结构的土 (湿陷性黄土)、含有机质的土(腐殖土)以及含易溶盐的土(盐渍土)等,用以填筑路基时必须采取相应技术措施。

二、规范中对路基用土的规定

《公路路基施工技术规范》(JTJ033—95)及《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ 027—96)中对路基用土还有如下规定: 1.路堤填料不得使用淤泥、沼泽土、冻土、有机土、含草皮土、生活垃圾、树根和含有腐朽物质的土。采用盐渍土、黄土、膨胀土填筑路堤时,应遵照有关规定执行。

2.液限大于50%、塑性指数大于26的土,以及含水量超过规定的土,不得直接作为路堤填料。需要应用时,必须采取满足设计要求的技术处理,经检查合格后方可使用。

3.钢渣、粉煤灰等材料,可用作路堤填料,其他工业废渣在使用前应进行有害物质的含量试验,避免有害物质超标,污染环境。

4.捣碎后的种植土,可用于路堤边坡表层。

第二节路基填筑施工工艺流程

一、路基填筑施工的工艺流程图

二、路基填筑施工的主要工序

路基填筑施工的主要工序有料场选择、基底处理、填筑和碾压。现分述如下:

1、料场选择

2、填筑路堤的材料(以下简称填料)以采用强度高,水稳定性好,压缩变形小,便于施工压实以及运距短的土、石材料为宜。在选择填料时,一方面要考虑料源和经济性,另一方面要顾及填料的性质是否合适。为了节约投资和少占耕地良田,一般应利用附近路堑或附属工程(如排水沟等)的弃方作为填料,或者将取土坑布置在荒地、空地或

劣地上。

3.基底处理

路堤基底的处理是保证路堤稳定、坚固极为重要的措施。在路堤填筑前进行基底处理,能使填土与原来的表土密切结合;能使初期填土作业顺利进行,能使地基保持稳定,增加承载能力;能防止因草皮、树根腐烂而引起的路堤沉陷。对于一般的路堤基底处理,应按下列规定执行:

1)基底土密实,且地面横坡不陡于1:10时,经碾压符合要求后,可直接在地面上修筑路堤(但在不填不挖或路堤高度小于1m的地段,应清除草皮等杂物)。在稳定的斜坡上,横坡为1:10-1:5时,基底应清除草皮。横坡陡于1:5时,原地面应挖成台阶,台阶宽度不小于1m,高不小于0.5m(见图2-3—2)。若地面横坡超过1:2.5时,外坡脚应进行特殊处理,如修护墙和护脚。

2)当路基受到地下水影响时,应予以拦截或排除,引地下水至路堤基础范围之外,再进行填方压实。

3)路堤基底为耕地土或松土时,应先清除种植有机土,平整后按规定要求压实。在深耕地段,必要时应将松土翻挖,土块打碎,然后回填、整平、压实。经过水田、池塘或洼地时,应根据具体情况采取排水疏干、挖除淤泥、打砂桩、抛填片石、砂砾石或石灰(水泥)处理土等措施,以保持基底的稳固。

4)路堤修筑范围内,原地面的坑、洞、墓穴等,应用原地的土或砂性土回填,并按规定进行压实。

3.填筑

路堤填筑必须考虑不同的土质,从原地面逐层填起,并分层压实,每层厚度随压实方法而定。

1)填筑方式

①水平分层填筑填筑时按照横断面全宽分成水平层次,逐层向

上填筑。如原地面不平,应由最低处分层填起,每填一层,经压实合格后再填上一层。此法施工操作方便、安全、压实质量容易保证。

②纵坡分层填筑适用于推土机或铲运机从路堑取土填筑运距较短的路堤。依纵坡方向分层、逐层推土填筑。原地面纵坡小于20o的地段可用此法施工。

③横向填筑从路基一端按各横断面的全部高度,逐步推进填筑,适用于无法自下而上,分层填土的陡坡、断岩或泥沼地区。此法不易压实,且还有沉陷不均匀的缺点。

为此,应采用必要的技术措施,如选用高效能的压实机械(振动压路机)碾压;采用沉陷量较小的砂性土或废石方作填料等。

④混合填筑当高等级公路路线穿过深谷陡坡,尤其是要求上部的压实度标准较高时,施工时下层采用横向填筑,上层采用水平分层填筑,此种方法称为混合填筑法。

2)沿横断面一侧填筑的方法

旧路拓宽改造需加宽路堤时,所用填土应与原路堤用土尽量接近或为透水性好的土,并将原边坡挖成向内倾斜的台阶,分层填筑,碾压到规定的密实度。严禁将薄层新填土贴在原边坡的表面。

高速公路和一级公路,横坡陡峻地段的半填半挖路基,必须在山坡上从填方坡脚向下挖成向内倾斜的台阶,台阶宽度不应小于lm。其中沿横断面挖方的一侧,在行车范围之内的宽度不足一个行车道宽度时,应挖够一个行车道宽度,其上路床深度范围之内的原地面土应予以挖除换填,并按上路床填方的要求施工。

3)不同土质混填时的方法

对于不同性质的土混合填筑时,应视土的透水能力的大小,进行分层填筑压实,并采取有利于排水和路基稳定的方式。一般应遵循以下原则:

①以透水性较小的土填筑路堤下层时,其顶面应做成4%的双向

横坡。如用以填筑上层时,除干旱地区外,不应覆盖在透水性较大的土所填的下层边坡上。

②不同性质的土应分别填筑,不得混填。每种填料层累计总厚度不宜小于0.5m。

③凡不因潮湿及冻融而变更其体积的优良土

应填在上层,强度(形变模量)较小的土应填在下层。不同土质填筑路堤的方式见图2-3-6和图2-3-7所示。

4)填石路堤的填筑方法

填石路堤的填筑,其基底处理同填土路堤。石料的强度应不小于15MPa(用于护坡的不小于20MPa)。石料的最大粒径不宜超过层厚的2/3。每层的松铺厚度:高等级公路不宜大于0.5m,其他公路不宜大于l.Om。

高等级公路和铺设高级路面的其他等级公路的填石路堤均应分层填筑,分层压实。铺设低级路面的一般公路在陡峻山坡段施工特别困难或大量爆破以挖作填时,可采用倾填方式将石料填筑于路堤下部。倾填时,路堤边坡坡脚应用直径大于30em的硬质石料码砌。码砌的厚度:填石路堤高度小于或等于6m时应不小于1m,高度大于6m时,应不小于2m或按设计规定。

倾填只能在路基下部进行,而在路床底面下不小于1.Om的范围内仍应分层填筑压实。高等级公路填石路堤路床顶面以下50cm范围内应填筑符合路床要求的土并分层压实,填料最大粒径不得大于lOcm。其他公路填石路堤路床顶面以下30cm范围内填筑应符合路床要求的土并压实,填料最大粒径不应大于15cm。

5)土石路堤的混填方法

土石路堤的填筑,其基底处理同填土路堤。土石混合料中石料强度大于20MPa时,石块最大尺寸不得超过压实层厚的2/3,否则应予剔除。当石料强度小于15MPa时,石块最大尺寸不得超过压实层厚,

超过的应打碎。

土石路堤必须分层填筑,分层压实。每层铺填厚度应根据压实机械类型和规格确定,但不宜超过40cm。

混合料中石料的含量多少将影响压实效果。因此,当石料含量大于70%时,应先铺大块石料,且大而向下放平稳,然后铺小块石料、石屑等嵌缝找平,再碾压密实。当石料含量小于70%时,土石可混合铺填,但应消除硬质石块集中的现象。

土石混合料填筑高等级公路时,其路床顶面以下30—50cm范围内仍应填筑符合路床要求的土并分层压实,填料最大粒径不大于l0om。其他公路在路床顶面以下填筑30cm的砂类土,最大粒径不大于15cm。 4.碾压

碾压是路基填筑工程的一个关键工序,有效地压实路基填筑土,才能保证路基工程的施工质量。有关路基压实,将在第三节作专门叙述。

第三节路基压实

一、路基压实的意义

路基施工破坏了土体的天然状态,使得结构松散,颗粒需要重新组合。为使路基具有足够的强度与稳定性,必须予以压实,以提高其密实程度。所以路基的压实工作,是路基施工过程中一个重要工序,亦是提高路基强度与稳定性的根本技术措施之一。

土是三相体,土粒为骨架,颗粒之间的孔隙为水分和气体所占据。压实的目的在于使土粒重新组合,彼此挤紧,孔隙缩小,土的单位质量提高,形成密实整体,最终导致强度增加,稳定性提高。

通过大量的试验和工程实践已证明:土基压实后,路基的塑性变形、渗透系数、毛细水作用及隔温性能等,均有明显改善。

二、影响压实效果的因素

对于细粒土的路基,影响压实效果的因素有内因和外因两方面。内因指土质和湿度,外因指压实功能(如机械性能、压实时间与速度、土层厚度)及压实时外界自然和人为的其他因素等。下面就影响压实效果的主要因素进行讨论。

1.含水量对压实的影响

1)含水量ω与密实度(以干容重/度量)的关系

2)含水量加与土的水稳定性的关系

2.土质对压实效果的影响

土质对压实效果的影响很大。

同时通过对比可见,砂性土的压实效果优于粘性土。其机理在于土粒愈细,比表面积愈大,土粒表面水膜所需的含水量就愈多,加之粘土中含有亲水性较高胶体物质所致。另外,至于砂土的颗粒组,由于呈松散状态,水分极易散失,对其最佳含水量的概念就没有多大的实际意义。

3.压实功能对压实的影响

压实功能(指压实工具的质量、碾压次数或锤落高度、作用时间等)对压实效果的影响,是除含水量之外的另一个重要因素。据此规律,工程实践中可以增加压实功能(选用重碾,增加次数或延长作用时间等),以提高路基强度或降低最佳含水量。但必须指出,用增加压实功能的办法,赖以提高土基强度的效果,有一定限度。压实功能增加到一定限度以上,效果提高愈为缓慢,在经济效益和施工组织上,不尽合理,甚至压实功能过大,一是会破坏土基结构,二是相对应含水量减少而带来的水稳定性差,其压实效果适得其反。相比之下,严格控制最佳含水量,要比增加压实功能收效大得多。当含水量不足,洒水有困难时,适当增大压实功能可以收效,如果土的含水量过大,此时如果增大压实功能,必将出现“弹簧现象,即压实效果很差,造成返工浪费。

4.压实厚度对压实效果的影响

相同压实条件下(土质、含水量与压实功能不变)实测土层不同深度的密实度(γ或压实度)可得知,密实度随深度递减,表层5cm最高。不同压实工具的有效压实深度有所差异,根据压实工具类型、土质及土基压实的基本要求,路基分层压实的厚度有具体的规定数值。一般情况下,夯实不宜超过20cm,12—15t光面压路机,不宜超过25cm,振动压路机或夯击机,宜以 50cm为限。实际施工时的压实厚度应通过现场试验确定合适的摊铺厚度。

三、压路机的选择与操作

压实机具的选择以及合理的操作,则是影响土基压实效果的另一综合因素。土基压实机具的类型较多,大致分为碾压式、夯实式和振动式三大类型。碾压式(又称静力碾压式),包括光面碾(普通的两轮和三轮压路机)、羊足碾和气胎碾等几种。夯击式中除人工使用的石硪、大夯外,机动设备中有夯锤、夯板、风动夯及蛙式夯机等。振动式中有振动器、振动压路机等。此外,运土工具中的汽车、拖拉机以及土方机械等,也可用于路基压实。

不同压实机具,适用于不同土质及不同土层厚度等条件,这些都是压实机具的主要依据,表2-3-2所列的是几种常用机具的一般技术特性。正常条件下,对于砂性土的压实效果,振动式较好,夯击式次之,碾压式较差。对于粘性土,则宜选用碾压式或夯击式,振动式较差甚至无效。不同压实机具,在最佳含水量条件下,适应于一定的最佳压实厚度以及通常的压实遍数。表2-3-3是各种土质适宜的碾压机械的建议。

压实机具对土施加的外力,应有所控制,以防压实功能太大,压实过度,并防失效、浪费或有害。一般认为,压实时的单位压力,不应超过土的强度极限。不同土的强度极限,与压实机具的质量、相互接触的面积、施荷速度及作用时间(遍数)等因素有关。表2—3-4所列

是在最佳含水量条件下,土质在几类压实机具作用时的强度,可供选择机具和控制压实功能时参考。实践经验证明:土基压实时、在机具类型,土层厚度及行程遍数已经选定的条件下,压实操作时宜先轻后重、先慢后快,先边缘后中间(超高路段等需要时,则从内侧至外侧宜先低后高)。压实时,相邻两次的轮迹应重迭轮宽的1/3,保持压实均匀,不漏压,对于压不到的边角,应辅以人力或小型机具夯实。压实全过程中,经常检查含水量和密实度,以达到符合规定压实度的要求。

四、土基压实标准

土基野外施工,受种种条件限制,不能达到室内标准击实试验所得的最大干容重,应予以适当降低。令工地实测干容重为了,它与室内标准击实试验得到的值之比的相对值,称为压实度K。

压实度K就是现行规范规定的路基压实标准。表2-3-5所列压实度是以交通部颁发的《公路土工试验规程》重型击实试验法为准。对于铺筑中级或低级路面的三、四级公路路基,以及南方多雨地区天然土的含水量较大时,允许采用表2-3-6轻型击实试验法求得的路基压实标准。特殊干旱地区雨水较少,地下水位也较低,压实度稍有降低不致影响路基的坚固、稳定和耐久性能,加之水量稀少,天然土的含水量大大低于土的压实最佳含水量,要加水到最佳含水量并压实到表2-3-5的规定确有困难,因此,特殊干旱地区的压实度可降低2%-3%。

填石路堤包括分层填筑和倾填爆破石块的路堤,不能用土质路基的压实度来判定路基的密实程度。其判定方法目前国内外各国规范尚无统一规定。我国城市道路路基工程施工及验收规范规定,填石路堤需用重型压路机或振动压路机分层碾压,表面不得有波浪、松动现象,路床顶面压实度标准是12—15t压路机的碾压轮迹深度不应大于5mm。国外填石路堤有采用在振动压路机的驾驶台上装设的压实计反映的

计数值来判定是否达到要求的紧密程度。但无定量值的规定,且只限

于有此种装置的压路机。

我国《公路路基施工技术规范》(JTJ033--95)参考了城市道路的方法,但将碾压后轮迹深度作为密实状态的判定条件。这是因为石块本身是不能压缩的,只要石块之间大部分缝隙已紧密靠拢,则重型压路机进行压实时,路堤应可达到稳定,不能有下沉轮迹,故可判为密实状态。

五、碾压工序的控制

为了有效地压实路基填筑土,必须对碾压工序作以下的控制:

1.确定工地施工要求的密实度。路基要求的压实度根据填挖类型和公路等级及路堤填筑的高度而定(见表2-3-5)。通常根据表中的规定,用标准击实试验,求出最大干密度和相应的最佳含水量,计算出施工要求的最小于密度。

2.各种压实机具碾压不同土类的适宜厚度和所需压实遍数与填土的实际含水量(最佳含水量土2%以内)及所要求的压实度大小有关,应根据要求的压实度,在做试验段时加以确定。

高等级公路路基填土压实宜采用振动压路机或35—50t轮胎压路机进行。采用振动压路机碾压时,第一遍应静压,第二遍开始用振动压实。压实过程中严格控制填土的含水量。含水量过大时,应将土翻晒至要求的含水量再碾压;含水量过小时,需均匀晒水后再进行碾压。通常,天然土的含水量接近最佳含水量时,在填土后应随即压实。

3.填石路堤在压实前,应先用大型推土机推铺平整,个别不平处,应用人工配合,用细石屑找平。采用的压路机宜选12t以上的重型振动压路机、2.5t以上的夯锤或25t以上的轮胎压路机。碾压时要求均匀压实,不得漏压。每层的铺填厚度在0.4m左右,当采用重型振动压路机或夯锤压实时,可加厚至1.0m。

填石路堤所要求的密实度所需的碾压遍数(或夯压遍数)应经过

试验确定。以12t以上振动压路机进行压实试验,当压实层顶面稳定,

不再下沉(无轮迹)时,可判为密实状态,即压实度合格。

4.土石混填路堤的压实要根据混合料中巨粒土含量的多少来确定。当巨粒土含量较少时,应按填土路堤的压实方法进行压实,当巨粒土含量较大时,应按填石路堤的压实方法压实。不论何种路堤,碾压都必须确保均匀密实。

5.压实度检测方法有环刀法、灌砂法、灌水法(水袋法)和核子密度湿度仪法。在使用核子密度仪时,事先应与规定试验方法作对比试验而进行标定。

复习思考题

1.路基用土中哪种土最好,哪些土较差,为什么?

2.路基填筑施工有哪些主要工序?

3.路堤填筑有哪些方式?适用性如何?

4.为什么要进行路基压实?

5.影响压实效果有哪些因素?

6.何谓最佳含水量和最大干密度?

7.土基压实机具有哪些类型?各自适用性又如何?

8.试述土基压实的具体操作。

第四章湿软地基处理

路基敷设于天然地基上,自身荷载较大,要求地基应具有足够的承载能力,以保持地基稳定,另外应使某些自然因素(如地下水、坑穴、胀缩等)不致产生对路基的有害变形。当粘土或粉土微小颗粒含量极高,或由孔隙率大的有机质土、泥炭、松砂组成的土层,这一类影响填土和构造物稳定或使结构物产生沉降的地基被称为软土地基。

此外当路基受到地表长期积水,尤其是地下水位较高的影响,渗入路基土体的水分,使土体 [过湿而降低路基强度。我们把受地表长期积水和地下水位影响较大的软土地基称为湿软地基。软土地基其

自身的工程性质差,往往不能满足路基及桥涵基础的要求,从增大密实度着眼,采取一定的加固处理措施,以提高地基的整体强度和稳定性,减小成形后的沉降与变形。软土地基处理的常用方法有换填土层法、挤密法和化学加固法。而湿软地基除了有增大密实度的要求之外,更重要的是排除路基和地基内水分的影响,两者兼顾的主要方法为排水固结法。

第一节换填土层法

换填土层法,即采用相应的处理方法,将基底下一定深度范围内的软土层挖去或挤去,换以强度较大的砂、碎(砾石)、灰土或素土,以及其他性能稳定、无侵蚀性的土类,并予以压实。

一、开挖换土法

当采用挖掘机械,铲除软土层厚后换填好土,分层压实的方法称为开挖换土法。根据换土范围大小可分为全部挖除换土法和局部挖除换土法。前者把软土层全部铲除换以好土,适用 [于软土层厚度小于2m的地基;后者适用于软弱层较厚,特别是上部软土层较下部软土层强度低得多,有可能发生滑动破坏或沉降量过大等情况的地基,见图2-4-1所示。其施工要点为:

1.选择良好的填料。

2.开挖边坡的坡度。

3.填料应及时运进,随挖随填,防止挖方边坡坍塌。

二、强制换土法

该法是指把好土直接铺撒在软土地基表层,靠土的自重将软土挤向周围,从而换上好土的施工方法,也叫挤出换土法,见图2-4-3。这种方法对于薄软土层特别有效,对于厚软土层,视工程种类及加固目的,有时也仍然是一种有效、经济的方法。

施工时,应从路中线逐渐向两侧填筑。当软土的挤出受阻时,应及时除去路堤两侧隆起酌土,同时在路堤上面加载超压。应当注意:

对于宽路堤,由于软土厚度不一致,从而若在路堤下面残留部分软土,完工后会产生不利的不均匀沉降。

三、爆破换土法

在上述的强制换土法中挤土的方式改用爆炸力,会更容易地将软土层挤出,这种方法称爆破换土法。

第二节挤密法

挤密法以增大密实度为目的。对软土地基加固处理方法可分为三类:一是在地基表面预施静载压力,加速地基(包括路基)完成沉降,达到趋于稳定,这类方法有反压护道法和堆土预压法。二是在地基表面预施冲击动压力,同样达到完成沉降变形,增大地基土密实度,这类方法称重锤夯实法。三是深入地基内钻挤成桩孔,灌以固化剂与软土混合,组成复合地基,此类方法称深层拌和法。

现对各种加固处理方法分述如下:

一、反压护道法和堆土预压法

反压护道法主要指路堤在施工中达不到要求的滑动破坏安全系

数时,反压主路堤两侧,预期达到路堤稳定的一种处理方法。

在施工过程中必须注意:

1.避免一次性高堆填,应分层填筑、分层碾压至规定的密实度。每层铺筑要有一定的向个倾斜坡度,以便排水。

2.反压护道的填筑速度不得慢于主路堤。

3.主路堤在施工中或完工后,如能确定反压护道下面的地基强度已增长到要求的值,则可将反压护道的超载部分挖除,并用这些材料填筑主路堤。

堆土预压法是指在正式施工前或施工工期内允许的前提下,在软土地基表面预先堆土加压,加速地基的下沉和软i固结,通过挤密增大土体密实度,提高土的抗剪强度。

二、重锤夯实法

重锤夯实法,一般以钢筋混凝土制成截头圆锥体(底部垫钢板)

的重锤,质量宜1.5t或稍重,锤底直径为1-1.5m;起重设备的能力为8—15t,落距高一般为2.5—4.5m。重锤夯实法加固地基,可提高地基表层土的强度。对湿陷性黄土,可降低地表的湿陷性,对杂填土,可减少表层土的强度不均匀性。重锤夯实法适用于地下水位0.8m以下稍湿的一般粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土等。

重锤的夯击遍数,一般以最后两次的平坩夯沉量不超过规定值来控制,即一般粘性土和湿陷性黄土为1—2cm,砂土为0.5-1.Ocm。实践结果表明,一般是8—12遍,作用深度约为锤底直径的一倍左右。

在重锤夯实法的基础上,经过研究和实践,出现所谓强夯法,亦称动力固结法。它是以8 -12t(甚至20t)的重锤,8—20m落距(最高达40m),对土基进行强力夯击,利用冲击波和动压力,达到土基加固的目的。此项新技术迅速在国际上得到广泛运用,效果十分显著,我国亦正在研究和运用。

强夯法具有施工简单、加固效果好,使用经济、运用面较广等优点。国外资料表明,经强夯法处理的地基、其承载力可提高2—5倍,压缩性降低2-10倍。广泛用于杂填土(各种垃圾);碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土及泥炭和沼泽土,不但陆地上使用,亦可水下夯实。缺点是需要相应的机具设备,操作时噪声和振动较大,不宜在人口密集或附近防震要求高的地点使用。我国津、沪等地,不仅成功运用,而且在饱和软粘土地基加固处理方面,取得了新的成果与经验。

三、深层拌和法

在地基的成孑L桩中,将石灰或水泥等固化剂与土基软土搅拌、混合处理的方法称为拌和法。它可分为表层土拌和法和深层(深度超过20m)拌和法。

1.混合加固土的性质

加固土的物理性质和力学性质如下:

1)密度:加固土的密度较加固前略有增加。

2)含水量:加固土的含水量较加固前地基土的含水量低。

3)强度:加固土的强度通常用无侧限抗压强度表示,用来确定地基加固的效果。影响加固土强度的因素有:

(1)固化剂的配比及龄期

(2)土的含水量

(3)固化剂的掺配量

(4)固化剂和土的拌和程度

除此之外,有机物含量高的土,硫酸盐含量高的土,加固效果较差。

2.深层拌和法的施工

在施工前,第一要确定固化剂的种类,是水泥、石灰、水泥浆,还是其他复合材料;第二根据设计强度的要求,选取施工地段有代表性的土进行固化剂配合比试验,确定施工时固化剂的掺配量;第三检查施工机械运转是否正常,特别是固化剂的排送量,以保证固化剂配比正确。下面介绍两种施工方法。

1)DLM施工法(DeepLimeMixingMethod) 该法的施工顺序是:首先在预定的位置安装好深层混合搅拌机,转动搅拌翼片,使其边切土边靠自重下沉。待搅拌翼片下沉到预定深度时开始压人固化剂;同时边提升搅拌轴边回转,使固化剂与地基土充分拌匀,形成柱状加固体。根据设计需要,也可将加固体搭接排列,形成壁状或块状加固体,见图2-4-9所示。这种施工方法采用的固化剂多为水泥浆。

2)喷射粉体搅拌法该法的施工顺序与DLM法基本相同,不同之处是固化剂。它是用压缩空气把粉状或粒状的固化剂压送到搅拌翼片处,待搅拌翼片旋转时,从翼片背面形成的空隙部位喷射出来,喷射出来的固化剂粘附在含水分的软粘土上,通过翼片来搅拌。输送固化剂的压缩空气则经回转轴的四周出地面。见图2-4-10所示。

为了保证加固土的均匀性和质量,喷粉搅拌后还应二次复搅,复搅深度应大于 1/3桩长或大于5m。施工机械由输送固化剂的粉体喷射机、空气压缩机、发电机和混合搅拌机组成。

施工结束后形成粉喷桩体,养护7d或 28d,必须取样检查桩体加固土的强度是否达到设计要求。

本施工方法的特点是:在短时间内可得到较高的强度,压缩性能得到改善,对周围环境影响小,几乎不需要弃土。

粉喷桩施工允许偏差应符合表2-4—1的要求。

利用化学溶液或胶结剂,采用压力灌注或搅拌混合等措施,使土颗粒胶结起来,达到对软土地基加固的目的,称为化学加固法,又称胶结法。此法加固效果取决于土的性质和所用的化学剂,亦与施工工艺有关。

目前化学溶液主要有:

(1)以水玻璃溶液为主的浆液,其配方较多,常用的是水玻璃浆液和氯化钙浆液配合使用,价格昂贵,使用受到限制。

(2)以丙烯氨为主的浆液,我国研制的丙强就是其中的一种。加固效果较好,因价高亦难以广泛采用。

(3)水泥浆液,是由高标号的硅酸盐水泥,配以速凝剂而组成的浆液。

(4)以纸浆溶液为主的浆液,如重铬酸盐木质素和木铵,加固效果好,但有毒性,且易污染地下水。以上四类,目前以水泥浆液使用较多。今后发展的关键应是研制高效、无毒、易渗酌化学浆液。

化学加固的施工工艺有注浆法和深层拌和法(此法见本章第二节所叙)。注浆法(灌浆)是利用机械压力将浆液通过注入管,均匀注入地层,浆液以填充和渗透方式,排挤土粒间或石隙中的水分和空气,占据其位置,一定时间后,浆液凝固,可使用原土层或缝隙固结成整体。其用途甚广,除了加固软土地基之外,还可加固流砂、流石地基,

路基中用以防护坡面和沿河堤岸;

整治滑坡等病害,同时通过加固处理,提高了土体的强度和不透水性,可改善地下工程的开挖条件等。注浆法所用的浆液,分为无机和有机两种。以水泥为主的浆液为无机类,其料源多、价格较低,但不易灌人孔隙细微的土内,一般常用于砂卵石及岩石较大裂隙的地基中。水泥的水灰比大约为0.8-1.0。为了改善浆液性能,可加掺外加剂。如速凝时,加水玻璃或氯化钙等;缓凝时,加岩粉或木质亚酸等。化学浆液的种类很多,以水玻璃和纸浆废渣为主剂。水泥及化学浆液均属无机化学材料,其共同特点是速凝(几分钟),强度高(水泥浆液28d试验样品的抗压强度达7.OMPa以上),固结率高、可灌性好,但抗折强度低(0.14MPa左右),适宜用于潮湿条忻或水中(暴露空气中会龟裂剥落)、不耐冻,难注人细缝隙内。其他化学浆液中有丙强、木铵、丙烯酰胺及碱液等,各自适用于一定条件。

近年来已在广泛应用的成孔石灰桩,可作为化学加固法和挤密法综合运用的实例。石灰桩主要作用是挤密,而生石灰的吸水、膨胀、发热及离子交换作用,使桩体硬化,改善了原地扩土的性质,此外还可减小因周围土的蠕变所引起的侧向位移。利用石灰桩加固软土地基,关键在于石灰桩在地下水中能否结硬。试验表明:水中含有酸根是石灰桩结硬的基本条件。由于石灰桩在水下结硬的速度远比在空气中慢得多,所以将石灰和水就地拌和,增加石灰与外界的接触,结构状况比纯石灰桩好得多,可提高桩的早期强度。石灰桩吸水膨胀和对土体的挤压作用,是石灰桩加固地基的特殊功能。石灰桩施工时要求生石灰必须密封贮存,最好选用新鲜块灰,同时灰块必须粉碎至一定要求。

石灰桩的一般桩径约20-30cm,桩的间距约为桩径的3.5倍,需通过设计计算而定。可在乎面上按梅花形布置。在湿陷性黄土中石灰桩施工可用爆扩成孔法,即先钻孔,孔直径约 lOcm,孔内沿深度每

隔50cm置炸药筒,引爆扩孔挤压,再灌以灰土,分层捣实,可以消除黄土的湿陷性。

第四节排水固结法

饱和软土在荷载作用下,排水固结,抗剪强度可得到提高,以达到加固的目的。此法常用于加固湿软地基,包括天然沉积层和人工冲填的土层,如沼泽土、淤泥及淤泥质土、水力冲积土等。

排水固结法的实际效果,取决于土层固结特性、厚度、预压荷载和预压时间。厚度小于5m;的浅软土层,或固结系数较大的土层,较短时间预压即可。排水固结法中目前常用的施工方法有砂垫层法、砂井排水法和塑料板排水法,现分述如下。

一、砂垫层法砂垫层是指作为湿软土层地基固结所需要的上部排水层,同时又是路堤内土体含水增多的排水层。砂垫层的作用是加速软弱土层的排水固结,从而可提高承载力,减少沉降量,同时可防止冻胀,消除膨胀土的胀缩作用,也可处理暗穴。砂垫层厚度,一般在0.5-1.Om之间,太厚施工困难,太薄效果较差。砂料以中粗砂为宜,要求级配良好,颗粒的不均匀系数不大于5,含泥量不超过3%-5%。砂垫层施工要点为:1)设置放样桩;2)一般用自卸汽车及推土机配合分层摊铺。 3)摊铺第一层的推土机应采用低比压,第二层可采用中比压推土机。搬运砂石用的自卸汽车 1只允许在已建的临时道路(软基旁边)卸料。4)摊铺必须尽量做到均匀,注意不要有很大 [的集中荷载作用。当砂垫层上路堤填料为透水性较差的粘性类 I土时,路堤坡脚附近砂垫层易被路堤填料覆盖,可能造成堵塞阻碍侧向排水。因此必须做好砂垫层端部处理,如片石护砌或其他防护。国内有的高速公路的砂垫层施工时,在其上加铺土工格栅、土工布等。