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高速公路软基鉴别高速公路软基鉴别是道路工程建设中的重要环节,其目的是识别和评估地基中软弱土层的分布、性质及对工程稳定性的影响。软基通常指承载力较低、压缩性较高且容易发生沉降或变形的土壤类型,如淤泥、淤泥质土、粉土、黏土等。这些土壤在承受荷载时可能出现过大的沉降、不均匀沉降或边坡失稳等问题,从而威胁高速公路的安全与使用寿命。
软基的主要特征1.高含水量:软土通常具有较高的含水量,导致其强度低、压缩性大。2.低渗透性:软土的渗透系数较小,排水困难,易形成超静孔隙水压力。3.高压缩性:在外荷载作用下,软土会发生显著的固结沉降。4.低抗剪强度:软土的内摩擦角和粘聚力较低,难以支撑较大的结构荷载。
鉴别方法软基鉴别的核心在于准确掌握地基土层的物理力学特性,常用的方法包括以下几种:
db6103/t 23-2020标准下载1.地质勘察通过钻探取样、原位测试(如标准贯入试验、静力触探试验)等手段获取地基土的分层情况、含水量、密度、抗剪强度等参数。这是软基鉴别中最基础也是最重要的步骤。
2.实验室试验对现场采集的土样进行室内试验,测定其颗粒组成、液塑限、压缩模量等指标,进一步分析其工程性质。
3.物探技术利用地震波、电磁波等无损检测技术探测地下土层的分布和性质,尤其适用于大面积、复杂地质条件下的软基调查。
4.沉降观测在施工前或施工过程中,通过布设沉降监测点,记录地基的实际沉降规律,判断是否存在软弱土层。
5.经验判别结合区域地质资料和类似工程经验,初步判断可能存在的软基问题。
软基处理的重要性如果未能正确鉴别并处理软基,可能导致高速公路出现以下问题:不均匀沉降:路面开裂、错台,影响行车安全和舒适性。边坡失稳:软土边坡滑移或坍塌,危及路基稳定。排水不良:软土中积水难以排出,进一步降低地基承载力。
因此,在高速公路建设中,必须通过科学合理的软基鉴别方法,制定针对性的处理方案,如换填法、预压法、强夯法、CFG桩复合地基等措施,以确保工程质量和长期使用性能。
总之,软基鉴别是一项系统性工作,需要综合运用多种技术和手段,结合工程实际情况,为高速公路设计和施工提供可靠的依据。
由于软土的生成环境及粒度、矿物组成和结构特征,结构性显著且处于形成初期,呈饱和状态,这都使软土在其自重作用下难于压密,而且来不及压密。因此,不仅使之必然具有高孔隙性和高含水量,而且使淤泥一般呈欠压密状态,以致其孔隙比和天然含水量随埋藏深度很小变化,因而土质特别松软。淤泥质土一般则呈稍欠压密或正常压密状态,其强度有所增大。
淤泥和淤泥质土一般呈软塑状态,但当其结构一经扰动破坏,就会使其强度剧烈降低甚至呈流动状态。因此,淤泥和淤泥质土的稠度实际上通常处于潜流状态。
三、软土的物理力学特性[1]
1、高含水量和高孔隙性
软土的天然含水量一般为50%~70%,最大甚至超过200%。液限一般为40%~60%,天然含水量随液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1~2之间,最大达3~4。其饱和度一般大于95%,因而天然含水量与其天然孔隙比呈直线变化关系。软土的如此高含水量和高孔隙性特征是决定其压缩性和抗剪强度的重要因素。
由于该类土渗透系数小、含水量大且饱和状态,这不但延缓其土体的固结过程,而且在加荷初期,常易出现较高的孔隙水压力,对地基强度有显著影响。
(1)变形大而不均匀
(2)变形稳定历时长
软土的抗剪强度小且与加荷速度及排水固结条件密切相关,不排水三轴快剪所得抗剪强度值很小,且与其侧压力大小无关。排水条件下的抗剪强度随固结程度的增加而增大。
5、较显著的触变性和蠕变形。
(1)外观以灰色为主的细粒土;
(2)天然含水量大于或等于液限;
(3)天然孔隙比大于或等于1.01。
(1)天然含水量的测定
天然含水量是土的基本物理性指标之一,它反映的土的状态,含水量的变化将使得土的稠度、饱和程度、结构强度随之而变化,其测定可采用公路土工试验规程规定试验方法测定,并将试验数据与35%、液限进行比较。
(2)天然孔隙比
孔隙比,是土中孔隙体积与土粒体积之比,天然状态下土的孔隙比称之为天然孔隙比,是一个重要的物理性指标,可用来评价天然土层的密实程度。其测定方法可测定土粒比重、土的干密度、土的天然密度、土的含水量等指标通过而得。
(3)十字板剪切强度[3]
十字板剪切试验是原位测试技术中一种较早、技术比较成熟得方法。试验时将十字板头插入土中,以规定的旋转速率对侧头施加扭力,直到将土剪损,测出十字板旋转时所形成的圆柱体表面处土的抵抗扭矩,从而可算出土对十字板的不排水抗剪强度。
五、软基处理的常用材料质量要求[4]
用作垫层的砂砾料应具有良好的透水性,不含有机质、粘土块和其它有害物质。砂砾的最大粒径不得大于53mm,含泥量不得大于5%。
袋装砂井所用砂,应采用渗水率较高的中、粗砂、大于0.5mm的砂料含量应占总重量的50%以上,含泥量应小于3%,渗透系数应大于5×10-2mm/s,砂袋采用聚丙烯、聚乙烯、聚酯等编制布制作,应具有足够的抗拉强度,使能够承受袋内砂自重及弯曲所产生的拉力,具有较好的抗老化性能和耐环境水腐蚀性能,其抗渗系数应不小于所用砂的渗透系数。
碎石由岩石和砾石轧制而成,应洁净、干燥,并具有足够的强度和耐磨耗性,其颗粒形状应具有棱角,不得掺有软质石和其它杂质,粒径宜为20~50mm,含泥量不应大于10%。
4、土工合成材料
土工合成材料的选用应符合《公路土工合成材料应用技术规范》的规定。应具有足够的抗拉强度,对土工织物,还应具有较高的刺破强度和握持强度等。土工合成材料试验项目和试验方法应符合《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》和《公路土工合成试验规程》的规定。
塑料排水板是由芯体和包围芯体的合成纤维透水膜构成的复合体,应具有较好的耐腐蚀性和足够的柔度,其性能指标应符合《塑料排水板施工规程》的规定。
抛石挤淤应采用不易风化的片石,其尺寸应小于300mm。
水泥各项性能指标应符合图纸要求,严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。所用水泥指标还应符合水泥相应标准的规定。
石灰应符合《公路路面基层施工技术规范》表4.2.2所规定的Ⅲ级以上的要求。按《公路工程无机结合稳定材料试验规程》规定的试验方法进行检验。
粉煤灰应符合《公路路面基层施工技术规范》有关规定。
10、材料的采购和保管
用于软土地基处理的塑料排水板、土工合成材料、砂袋及石灰、水泥、砂等材料,都必须按施工图纸和规范的要求的质量指标采购进购、堆放,严禁材料被污染或混合堆放,过期产品严禁使用。塑料排水板、土工合成材料和砂袋等材料应贮存在不被日光直接照射和被雨水淋泡处,应根据工程进度和日用量按日取用。
六、高速公路软基处理常用方法[5][6][7]
1、浅层软基处理技术
通常用于路基填方较低的地段,要求在使用中软基的沉降值不影响设计预期目的。设置垫层时,可以根据具体情况采用不同的材料,常用的材料有砂或砂砾及灰土,也可用土工格栅、片石挤淤、砂砾垫层综合使用处理。
2)换填法
在高速公路施工中遇到含水量较高,软弱层较浅,且易于挖除不适宜材料时,一般采取挖除换填法,包括受压沉降较大,甚至出现变形的软基和泥沼地带。处理这种地基,开挖前要做好排水防护工作,将开挖出的不适宜材料运走或做处理,然后按要求分层回填,回填材料可视具体情况用砂、砂砾、灰土或其他适宜材料。
当高速公路经过水溏、鱼池和较深的流动性强的淤泥地段时,常遇到含水量高、淤泥压缩性大、淤泥质粘土软基以及水下软基等,对这类软基可采用排挤法来处理。排挤法又可分为两种:一种是抛石排挤,另一种是爆炸排挤。
(4)表层排水法
对土质较好因含水量过大而导致的软土地基,在填土之前,地表面开挖沟槽永康市委党校迁建项目单独装饰工程施工组织设计,排除地表水,同时降低地基表层部分的含水率,以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果,应回填透水性好的砂砾或碎石。
对于表层为粘性土时,在表层粘性土内掺人添加剂,改善地基的压缩性能和强度特性,以保施工机械的行驶。同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。添加材料通常使用的是生石灰、熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌,除了降低土壤含水量、产生团粒效果外,对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结,使粘土成分发生质的变化,从而促进土体稳定。
2、深层软基处理技术
(1)袋装砂井法
袋装砂井排水固结措施,其施工简便,费用较低,加固效果较好。施工时将袋装砂放入套管井内,填塞密实,逐节拔出套管,顶面铺设水平砂垫层或排水砂沟。软基中的水分在上部路基填土载荷的作用下,通过砂与水平砂垫层或纵横相连通的排水砂沟相通,形成排水通道,使软基中的水分排走,从而达到排水固结软基的目的。
(2)挤密砂桩法
采用类似沉管灌注桩的机械和方法,通过冲击和振动,把砂挤入土中而形成的。挤密砂桩的主要作用是将地基挤实排水固结,从而提高地基的整体抗剪强度与承载力,减少地基的沉降量和不均匀沉降。这种方法一般能较好地适用于砂性土,不适用于饱和的软粘土地基处理。挤密砂桩用砂标准要求与袋装砂井的砂基本相同,不同的是挤密砂桩也可使用砂和角砾的混合料,含泥量不得大于5%。
砌筑交底 (3)振冲碎石桩法
碎石桩是一种与周围土共同组成复合地基的桩体。碎石桩处理软基过程就是用振冲器产生水平向振动,在高压水流作用下边振边冲,在软弱地基中成孔,再在孔内分批填入碎石料,这时振冲器边振动边上拔,使得碎石料振挤密实。碎石桩桩体是一种散粒体的粗颗粒料,它具有良好的排水通道,有利于地基土的排水固结。在软基处理中,特别是具有高填土桥头等过渡路段,为了减少地基土的变形,提高地基土的承载力,增强地基土的抗滑稳定能力,采用碎石桩加固处理是较理想的方法之一。