高速公路地基处理方法及在工程中的应用

    摘要:随着我省高速公路建设持续、稳定的发展,湿陷性黄土地基处理技术也逐渐成熟。许多经济有效的地基处理新方法应运而生。本文通过对高速湿陷性黄土中常见的地基处理方法及在工程中的应用进行了简单的介绍。

  关键词:高速公路,地基处理方法,工程应用

  随着我省高速公路建设持续、稳定的发展,湿陷性黄土地基处理技术也逐渐成熟。许多经济有效的地基处理新方法应运而生。尤其是近十多年来,我省对交通基础设施诸如道路和桥梁的投入加大,高速公路的设计理论和施工技术水平,都有较大程度的提高。

  选择地基处理方法,应根据建筑物的类别和湿陷性黄土的特性,并考虑施工设备、施工进度、材料来源和当地环境等因素,经技术经济综合分析比较后确定。常用的地基处理方法见下表:

  名称适应条件可处理的湿陷性黄土层厚度(m)

  垫层法地下水位以上,局部或整片换填1-3

  强夯法地下水位以上,Sr≤60%的湿陷性黄土,局部或整片处理3-12

  挤密法地下水位以上,Sr≤65%的湿陷性黄土5-15

  预浸水法自重湿陷性黄土场地,地基湿陷等级为Ⅲ级或Ⅳ级,可消除地面下6m以下湿陷性黄土层的全部湿陷性6m以上尚须采用垫层法或其他方法处理

  其他方法经试验研究或工程实践证明行之有效

  垫层法

  垫层法包括土垫层和灰土垫层。当仅要求消除基地下1~3m湿陷性黄土的湿陷性黄土的湿陷量时易采用局部(或整片)土垫层进行处理,当同时要求提高垫层土的承载力及增强水稳定性时,易采用整片灰土垫层进行处理。

  土或灰土垫层的承载力应根据现场原位实验结果确定,当无实验资料时,对土垫层不宜超过180KPa,对灰土垫层不宜超过250KPa。

  强夯法

  强夯法又名动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将夯锤提到一定高度使其自由落下,给地基以冲击和振动能量,从而提高地基的承载力并降低其压缩性,改善地基性能。

  夯锤:目前常用的夯锤在8-25T,多采用以钢板为外壳内灌混凝土的锤,也可浇注成能在混凝土的锤上能临时装配钢板的组合锤,以方便运输。夯锤底面有圆形和方形两种,由于圆形定位方便,稳定性和重合性好,采用较广。

  夯击能:单点夯击能为锤重×落距。最佳夯击能是地基中的空隙水压力等于土自重时的夯击能,即无超空隙水压力。超过最佳夯击能说明土层对能量的吸收已达饱和。采用最佳夯击能,能保证加固能量的有效利用。

  落距:夯锤确定后,根据需要的单点夯击能量,就能确定夯锤的落距,国内常用的落距为8-25m,对相同的夯击能量,宜选用大落距的施工方案。

  强夯加固深度跟夯击能有关系,即夯锤重量、落距在一定深度内成正比例关系,强夯创始人梅那(Menard)曾提出下式来估算影响深度H:

  H≈α/Mh,式中H为有效加固深度(m),M为夯锤质量(Kg),h为夯锤落距(m),α为有效加固深度折减系数。

  采用强夯法处理湿陷性黄土地基,消除湿陷性黄土层的有效深度,应根据试夯测试结果确定,在有效深度内,土的湿陷系数均应小于0.015。

  挤密桩法

  挤密桩法包括灰土挤密桩法和土挤密桩法,当以消除地基土湿陷性为主要目的时,宜采用土挤密桩法,当以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的时,宜采用灰土挤密法。当地基土含水量大于24%后者饱和度大于65%时,不宜选用土挤密桩法或灰土挤密桩法。

  目前高速公路常用的是灰土挤密桩。灰土挤密桩通过成孔过程中的横向挤压作用,桩孔内的土被挤向周围,使桩间土得以挤密,然后将备好的灰土分层填入桩孔内,并分层捣实至设计标高,石灰桩桩体吸水后膨胀。对桩边一定范围内的土体显示了较好的加固效果。

  预浸水法

  预浸水法宜用于处理湿陷性黄土层厚度大于10m,自重湿陷量的计算值不小于500mm的场地。浸水前宜通过现场试坑浸水试验确定浸水时间、耗水量和湿陷量等。此方法在高速公路工程实例中较少应用。

  湿陷性地基处理方法在西咸北环线中的应用

  西咸北环线沿线地基大部分表层黄土具轻微至严重湿陷性,全长82.42公里,其中按湿陷性黄土地基处理的路段长度为68.92公里。根据湿陷等级、湿陷起始压力、湿陷土层厚度及层位分布,结合路基填土高度、地基受水浸湿可能性大小,地基处理措施采用灰土垫层、强夯和灰土挤密桩,消除土层的湿陷性和高压缩性。

  灰土垫层法

  对于挖方路段非自重湿陷性黄土,路床范围超挖、加强基底碾压后采用灰土处理路床,其中路床下部采用40cm厚5%灰土垫层,路床上部采用40cm厚8%灰土垫层。

  对于填方路段路堤高度1.16m<H<3.0m且场地为自重湿陷、1.16m<H<4.0m且场地为Ⅱ级非自重湿陷和1.16m<H<6.0m且场地为Ⅰ级非自重湿陷的路段,地基均采用50cm厚的8%灰土垫层处理。

  强夯法

  对于挖方路段自重湿陷性黄土,路床范围超挖后强夯,并采用灰土处理路床,其中基底采用能量级为80T·m的强夯处理,然后填筑路床下部40cm厚5%灰土垫层和路床上部40cm厚8%灰土垫层。

  对于填方路段路堤高度0<H≤1.1m的各类湿陷性黄土低填路段,处理措施为地表超挖一定深度后采用能量级为80T·m的强夯处理,然后填筑8%的掺灰黄土至路床顶面。在路基距离建筑物较近(如小于150m)或地基土层含水量较大(饱和度大于75%)的路段,地基不宜强夯时,加强基底碾压后填筑50~80cm(取值与路基填高有关)厚8%的灰土至路床顶面。

  对于填方路段路堤高度H>1.16m的路段,当适宜于强夯时,均采用强夯处理。其中路堤高度H≤4.0m的非自重湿陷性黄土地基,采用能量级为80T·m的强夯处理;H≤4.0m的自重湿陷或H>4m的非自重湿陷性黄土地基,采用能量级为100T·m的强夯处理;H≥4m的自重湿陷性黄土地基,采用能量级为120T·m的强夯处理。强夯后采用5%掺灰黄土将夯沉坑分层回填至原地表。

  为了防止或减小强夯对周围构造物(房屋、管道等)的影响,路基距离构造物小于150m时地基不宜采用强夯处理;对于地基土层含水量较大(饱和度大于60%)路段,也不宜采用强夯处理。

  灰土挤密桩法

  对于不宜强夯的湿陷性黄土场地,在路堤高度H≥3m的自重、H≥4m的Ⅱ级非自重和H≥6.0m的Ⅰ级非自重湿陷性黄土路段,地基采用灰土挤密桩和灰土垫层处理,拟消除不小于4m深度范围土层的湿陷性,并且处理后复合地基的承载力不小于200kPa。灰土挤密桩采用桩径40cm,桩心距100cm(适用于非自重湿陷)或90cm(适用于自重湿陷),等边三角形布置,采用冲击成孔,桩孔采用12%灰土分层回填、夯实,保证桩体内平均压实系数不小于97%,灰土桩施工完成后,在桩顶设置40cm厚8%灰土垫层,其压实系数不小于96%。成孔和孔内夯实时,宜从外向里(或中间)间隔1~2孔进行施工。

  本文选自国家级期刊《建筑知识》,《建筑知识》是由中国建筑学会主办、中国建设部主管的建筑刊物,国内统一刊号:CN11-1243/TU,国际标准刊号:ISSN1002-8544)。中国知网全文收录。《建筑知识》杂志论文刊登范围涉及建筑理论与设计、建筑结构、规划设计、建筑节能、园林绿化、工程管理、工程质量与管理、建设经济、建筑工程施工、工程技术、公路桥梁、建筑遗产等