浅谈高速公路的不良地基处理方法

孙豫庆

摘要:在当代的高速公路建设中,由于地质成因、水文条件、气候因素等地域差异,造成的不良地基的危害是十分严重的。近年来人们加大了对于不良地基的处理方法的研究,也取得了显著的成效。文章以对高速公路不良地基的处理方法的研究为目的,通过介绍高速公路不良地基的类型,然后研究了不同的类型具有的不同处理方法,同时文章中重点突出了软土地基的处理方法,并且还介绍了实际应用中的几种新技术,最后认识到研究不良地基处理方法的必要性。只有加大研究,才能减少不良地基的危害。

关键字:高速公路 不良地基 膨胀土 黄土 软土 处理方法

公路是国民经济持续发展的基础,也是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志。我国幅员辽阔,东西距离长,南北跨度大,公路建设特别是高速公路建设中,因地质问题,特别是地质灾害和特殊不良地基引起的公路病害、路基失稳等现象时有发生,给国家造成了巨大的损失。因此,必须采取必要的工程技术措施,甚至使用新材料、新工艺、新结构才能满足工程的质量要求和运营要求。

一、高速公路的不良地基

不良地基由于环境的因素,导致地质问题有很多种。以下简单介绍几种不良地基,如膨胀土地基、黄土地基、软土地基等。

(一)膨胀土地基

膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩开裂的特种粘性土;其矿物质成分以强亲水性的矿石为主;在自然条件下,多成硬塑或坚硬状态,并具有反复胀缩的特性。主要特征有胀缩性、裂隙性和超固结性。

(二)黄土地基

黄土是在第四季干燥气候条件下,形成的具有多孔性有垂直节理的黄色粉末性土,有湿陷性,即黄土受水浸湿后会产生较大的沉陷,属低液限粘土ωL<40%。其主要特征有肉眼可见性、无层理、富含碳酸钙成分。

(三)软土地基

软土是滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。其主要特征是灰色的细粒土、天然含水量不小于液限、天然孔隙比不小于1.0。

二、各种不良地基的处理方法

高速公路各种不良地基的处理方法,也是不同的。下面就不同的地基进行其处理方法的研究。

(一)膨胀土地基

膨胀土因为其吸水失水的变形性质,使其强度急剧衰减,从而引起比一般粘性土严重得多的一系列不良地质现象。如使路基出现龟裂、弹簧与边坡失稳等,危及告诉公路工程的安全。因此在膨胀土地区新建高速公里,必须采取必要的防治措施加以处理,特别是交通量大的告诉公路应给予高度重视。

应对措施:

1.预湿泡水:如果在施工前使土加水变湿而膨胀,并在途中维持高含水量,则土将基本上保持体积不变,从而不发生较大体积变形。

2.机械方法:在最佳含水量下,将土基压实到规定的压实度,或在土基上采用加载的方法以限制土的膨胀,但是路面结构对于重量有限制,通常不足以抵消膨胀压力。

3.化学方法:国内外普遍采用石灰、粉煤灰、水泥等进行处理,亦可用其中的两种或三种进行综合处治,效果良好。有些还会采用一些化学外掺剂,如氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠等。通常在加入外掺剂后,土的性能可得到较大改善,膨胀量与膨胀压力有不同程度的减小,并且在强度上会有所提高。

4.换土法:利用非膨胀性土来进行换土,主要考虑所换土的性能,决定更换深度和更换范围。此法适用于小面积的高速公路换土。

据试验表明土体具有膨胀性是路基含水量增大、压实度降低的原因。含水量变化是改善膨胀土遇水膨胀失水收缩的关键,在连徐高速公路的施工中采用了掺石灰改善取土场含水量的方法来处理膨胀土的问题,每掺入1%的石灰,可降低水含水量0.68%～1.29%。

(二)黄土地基

高速公路湿陷性黄土地基的处治方法根据公路构造部位、地基处理的厚度、施工环境条件、施工工期和当地材料来源,并经技术和经济比较厚确定。近几年在湿陷性黄土地基处理方面,传统的都采用土垫层法、重夯法等仍在广泛采用;而新兴的地基处理技术如强夯法、冲击辗压、DDC法等也开始大规模使用,并取得良好的技术和经济效果。

冲击压实是用三角形或者五角形“轮子”来产生集中的冲击能量达到压实土石填料的目的。冲击压实技术应用于大面积湿陷性黄土地基浅层加固处理和黄土路基的补强加固时具有快速高效的技术优势。

强夯法冲击能量巨大,它能使深层土体产生冲切变形,从而达到动力密实的目的。它属于深层动力密实法的一种,可以消除较深层黄土的湿陷性并提高地基承载能力。强夯法主要用于Ⅲ级以上厚层自重湿陷性黄土地基、非饱和高压缩性新近堆积黄土地基和人工松填黄土地基的加固处理,有效处理深度一般不大于8m。

DDC法,即孔内深层强夯技术,它综合秉承了重锤夯实、强夯、土桩等地基处理技术的优势,集中动能、高压强、强挤密各效应用于一体,完成对厚层湿陷性黄土地基及其它软弱地基的加固处理。DDC法主要应用于加固较大面积的厚层高压缩性湿陷性黄土或厚层饱和湿软黄土地基以及深层有采空洞穴或软弱下卧层的不良地基。

(三)软土地基

高速公路的软土地基处理的方法有很多种,各种方法都有其独特的适用范围。具体工程的地质条件变化多样,对地基处理的要求也不尽一致,所以我们必须具体问题具体分析,从地基条件、处理要求、处理范围、工程进度、材料急剧等方面进行综合考虑,确定合适的方法,从而达到控制剪切变形、促进强度增长和增加抗滑能力的目的。处理软土地基的方法以下列举了几种,并做简要介绍。

排水固结法,其原理是在软土地基中设置竖向排水系统和水平向排水系统,在逐级填筑路堤载荷作用下使地基土体排水固结,产生固结沉降使土体的强度增长,地基承载能力提高,有效减小工后沉降。排水固结法主要适用于软粘土、淤泥和淤泥质土地基。

深层搅拌法,就是利用深层搅拌机将水泥或石灰和地基上原位搅拌形成圆柱状、格栅状或连续墙水泥土增强体,形成水泥土桩的复合地基,以提高地基承载力,减小沉降。深层搅拌法分为喷浆搅拌法和喷粉搅拌法两种。深层搅拌法主要用于淤泥、淤泥质土和含水量较高的地基容许承载力不大于120kPa的粘性土、粉土之类的软土地基。

预压法,是为了防止路基上或相邻的路面或构造物,或者埋设在路基内的构造物产生有害的沉降及破坏,预先在软土地基上施加载荷,使软土地基发生沉降,同时提高地基强度的一种地基处理方法。根据预压载荷的不同,可以分为等载预压、超载预压和欠载预压三种方式。在高速公路的实际施工中,我们一般采用的是等在预压的方法。

当今社会中,对于高速公路地基的要求也是越来越高了,按变形控制的地基处理设计理论和方法正在形成和发展,控制工后沉降,是许多重要工程的主要目标。在淮盐高速公路的建设中,就遇到了软土类的不良地基,当时采取了几种先进的新技术。

1.真空联合堆载预压加固软基技术:真空预压是一种用真空抽气机导致地基排水加固的软基处理方法。由于加固机理清楚,设计理论和计算方法比较成熟,施工工艺比较完善,且具有安全、经济、适用等特点。

2.CFG桩复合地基加固桥头深厚软基技术:CFG桩复合地基的优点是能够很较好的发挥地基土体和CFG桩体两部分共同承担载荷,从而提高地基承载能力,减小地基沉降。这就是采用CFG桩复合地基的目的。

3.高含水量软基水泥拌和桩联合排水固结加固技术。

4.高含水量软基水泥拌和桩施工技术。

三、综述

在环境中各种不良地基的存在,给高速公路的施工带来了很多技术上的难题,在对不良地基的处治过程中,设计、研究人员结合工程的实际情况开展了大量的科研工作。正是这种研究,使高速公路建设中的具体问题都得到了相应的解决,而且这种研究还在不断地发展,不断地研究更好的、更经济方法来处理高速公路不良地基。

参考文献:

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[3]汪双杰,张留俊,刘宋玉.高速公路不良地基处理理论与方法[M].北京:人民交通出版社,2004.77-108。

(作者单位:河南高速公路发展有限责任公司商丘分公司)