特殊土地区的路基施工1 59页

6特殊土地区的路基施工n内容提要软土地区路基施工；多年冻土地区路基施工；裂隙粘土地区路基施工；黄土地区路基施工；盐渍土地区路基施工第6章特殊土地区的路基施工n1.软土的特征软土是指沿海的滨海相、三角洲相、河谷相，内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要有细粒土组成的天然含水率高（接近或大于液限）、孔隙比大（一般大于1）、压缩性高和强度低的软塑到流塑状态的土层，包括泥炭、淤泥、淤泥质粘性土和淤泥质粉土等。所谓软土，是都近代水下沉积的粘性土，凡含水量大于30%，孔隙比大于1，塑性指数大于13，有机含量小于10%，压缩性大和强度较低者可统称为“软土”。6-1软土地区路基施工n1.软土的特征泥炭是沼泽在形成过程中的产物，也是沼泽地形的特征之一。淤泥和淤泥质土是在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，天然含水率大于液限，天然孔隙比大于等于1.5的粘性土称为淤泥；当天然含水率大于液限，而天然孔隙比小于1.5但大于等于1.0的粘性土或粉土称为淤泥质土。6-1软土地区路基施工n2.软土路基的处理措施6-1软土地区路基施工路基坍塌n2.软土路基的处理措施6-1软土地区路基施工路面沉降n2.软土路基的处理措施6-1软土地区路基施工在软土地基上修筑路堤，有两个特点：容易坍塌有较大的沉降n铁路路基的地基条件不允许发生发生基底破坏，也不允许发生过大的工后沉降和沉降速率。以往只对基底强度作要求，不允许地基破坏，对地基变形未重视。提速后的铁路路基病害，大部分为地基变形所致。客运专线铁路路基的设计理念正由强度设计向变形控制设计转变客运专线铁路路基地基，强度和刚度要求并重。6-1软土地区路基施工2.软土路基的处理措施n2.软土路基的处理措施6-1软土地区路基施工软土地基路堤的加固技术:(一)改变路堤的结构型式优化设计反压护道反压护道是借在路堤两侧填筑一定宽度和一定高度的护道的反压作用，以防止地基破坏，保证路基稳定的一种有效措施，如上图所示。优点与缺点？n2.软土路基的处理措施6-1软土地区路基施工软土地基路堤的加固技术:(二)人工地基人工地基是在软土地基内设置各种材料制成桩，构成复合地基，或将地表换成性能良好的土料，以保证路基稳定性的一种方法。处理方法：换填法、预压法、强夯法、震冲法、深层搅拌法等。n铁路系统常用的地基处理方法浅层处理：换填法，砂垫层法、土工合成材料（土工格栅、土工格室）垫层法。排水固结法：袋装砂井、砂井、塑料排水板堆载预压、真空预压、井点降水复合地基：水泥搅拌桩、粉喷桩、旋喷桩、砂桩、碎石桩强夯：强夯置换2.软土路基的处理措施软土地基路堤的加固技术:6-1软土地区路基施工n地基处理方法的选择软土层厚度小于3米时，浅层处理。一般路基，软土层较厚，排水固结法。路桥过渡段：复合地基松软地基、液化地基：软土地基厚，施工受地域影响，采用粉喷桩。6-1软土地区路基施工n6-1软土地区路基施工(二)人工地基浅层处理法：1、换填（换土）法换填（土）是以人工、机械或爆破方法将地基软土挖除、换填强度较高的粘性土或砂、砾石、碎石等渗水材料，因为彻底地改变了基底土的性质，故效果良好。它适用于软土层较薄、上部无硬土覆盖的情况。若软土被水淹没，施工时可在路堤两侧筑以围堰，以便于施工，并使填土过程不受水的浸泡，保证填土质量。n浅层处理法：1、换填法（1）加固原理：根据土中附加应力的分布规律、让垫层承受上部较大的应力，软弱土层承受较小的应力。（2）作用：提高持力层承载力；减少沉降量；加速软土层的排水固结；防止冻胀；消除膨胀土的胀缩作用。（3）要求宽度；填料与压实标准6-1软土地区路基施工n（4）检验方法：压实系数、地基系数。2、抛石挤淤法当软土的液性指数较大，水不易抽干时，可采用抛石挤淤的方法强迫换土。爆破排淤是当软土埋藏较深，厚度不大，换土施工困难或路堤较高、工期紧迫的情况下，利用爆破法排除淤泥以加速施工的方法。6-1软土地区路基施工n3、砂垫层法（含反滤层）4、土工合成材料垫层法搭接问题；多层铺设；砂垫层要求；压实问题6-1软土地区路基施工n排水固结法：原理：孔隙水排出，孔隙体积减小，地基产生固结变形。目的：解决沉降与稳定问题组成：排水系统：水平排水体：砂垫层竖向排水体：砂井、袋装砂井、塑料排水板加压系统：堆载法、真空预压法、降水法、电渗法、联合法6-1软土地区路基施工n设计方法堆载预压设计分级加载：当前期荷载增加到足以承受下级荷载时。利用天然地基土抗剪强度计算第一级允许荷载P1计算第一级荷载下地基强度增长值Cu1计算P1作用下达到所需固结度所需时间t1根据Cu1计算施加的第二级荷载P2=5.52Cu1/K依此类推计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量，确定预压时间。6-1软土地区路基施工n砂井排水固结设计砂井设计直径和间距；深度；排列方式；布置范围；砂料砂井地基固结度设计太沙基一维固结理论地基稳定分析：瑞典条分法沉降计算：分层总和法6-1软土地区路基施工n施工方法袋装砂井：设备：履带式双管砂井机；门架式袋装砂井机；井架式袋装砂井机材料：砂袋—聚乙烯、聚丙烯、聚酯施工顺序：清理场地：开挖排水沟，清表填筑土拱坡：设计路幅宽度范围内回填至高出原地面20cm，以4%横坡形成拱，碾压密实。填筑砂垫层：均匀、等厚6-1软土地区路基施工n机具定位打设套管孔口检查起吊，下砂袋坝套管检查砂井入土深度质量控制：砂料质量及含泥量套管长度与直径，桩尖活门开启情况灌砂的饱满度垂直度砂袋的外露长度6-1软土地区路基施工n2)操作要点(1)排水坡及排水砂垫层的设置①首先清除加固范围内地表的草皮及其它杂物，再将地表构筑成坡度不少于3%的路拱，并满足密实度要求。②严格把握砂子进料关，按设计要求铺设均匀等厚的排水砂垫层。6-1软土地区路基施工n(2)主要材料选定①砂袋:采用透水性、耐水性、韧性强的聚丙烯编织布制作，长度比设计井深长200cm。②砂料:选用渗水率高的干燥中粗砂，含泥量<3%.(3)机具定位根据袋装砂井布置范围及间距，用竹板桩准确定位每个砂井位置，机具定位时保证桩锤中心与地面定位在同一个点上，并用经纬仪控制桩锤导向架垂直度。6-1软土地区路基施工n(4)安设套管及桩尖①套管选用根据砂井直径而定，不可太小，也不可太大，并在套管上刻画出控制标高的刻度线。②活瓣式桩尖固定在套管上作为一个整体，套管定位利用起吊设备将其吊起，上端送入桩帽内，下端用人扶住准确安插在定位点上。6-1软土地区路基施工n(5)套管打入当套管吊起定位后即可开锤施打，开始时落锤要轻缓，防止套管突然倾斜，套管入土深度距设计深度2m时，控制锤击频率，防止超深。(6)运、下砂袋①砂袋运输采用特制车辆，严禁在地上拖拉。②下砂袋将整个砂袋吊起，从端部放入套管口，缓慢顺直放入，防止砂袋扭曲和砂袋破损。6-1软土地区路基施工n(7)拔出套管拔管时应先启动激振器，后提升套管，要连续缓慢进行，中途不得放松吊绳，防止因套管下坠损坏砂袋，当带出长度大于0.5m时重新补打。(8)袋头处理套管拔出后，砂袋应露出孔口50cm以上，并将其垂直埋入砂垫层中，若砂袋不满，及时向袋内灌砂补到足够为止。6-1软土地区路基施工n施工中常见故障处理1)在打入套管成孔过程中，如连续出现打入深度超过设计深度时，要更换较轻振动锤。2)下砂袋时，必须保证砂袋到达套管底部，如出现砂袋下不去的情况，可能是管内进入杂物，要拔出套管，检查桩尖活门，排除管内杂物。6-1软土地区路基施工n塑料排水板施工顺序：装靴——定位——插设——上拔——切断——移位6-1软土地区路基施工n复合地基1、定义由两种刚度（模量）不同的材料（桩体与桩间土）所组成，在相对刚性基础上两者共同分担上部荷载，并协调变形的地基。2、分类桩体按成桩采用的材料分为：散体土类桩：碎石桩、砂桩；水泥土类桩：水泥搅拌桩、粉喷桩、旋喷桩混凝土类桩：CFG桩n复合地基按成桩后桩体的强度分：柔性桩：散体土类桩半刚性桩：水泥土类桩刚性桩：混凝土类桩3、复合地基的作用机理桩体作用垫层作用：桩土复合地基垫层加速固结作用碎石桩，砂桩具有良好的透水性，加速地基固结。水泥土类桩与混凝土类桩也可加速地基固结。挤密作用砂桩、碎石桩施工过程中由于振动，挤压，排土作用等原因，使桩间土起到一定的密实作用。n复合地基加筋作用复合地基提高土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。4、复合地基的破坏模式刺入破坏——混凝土类桩鼓胀破坏——碎石桩整体剪切破坏滑动破坏5、应力特性、承载力与变形特性桩土应力比复合地基承载力复合地基n复合地基6、粉喷桩6.1特点通过特殊装置将压缩空气和粉体固化材料，经过高压软管和搅拌轴送到搅拌叶片的喷嘴喷出。借助叶片的旋转，在叶片的背后产生孔隙，安装在叶片背后的喷嘴将压缩空气连同粉体固化材料一起喷出，混合气体在孔隙中压力急剧降低，使固化材料黏附在旋转产生孔隙的土中，转到半周另一叶片将土和粉体固化材料搅拌混合在一起。n复合地基6.2施工工具搅拌主机，粉体固化材料供给机，空气压缩机，搅拌翼，动力部分。6.3施工工序开工钻孔对位钻孔至设计深度打开送料阀门，关闭送气阀门，喷粉。确认粉到达桩底，提升钻头，继续喷粉。提升至设计标高，停止喷粉。打开送气阀，关闭送料阀，空压机不停，搅拌钻头升至桩顶，停止提升，转2min。在钻至复搅深度，反钻提升，复搅。提升至地面，停主电机，空压机n复合地基6.4操作要点试桩不少于2根，确定施工参数：钻进速度，提升速度，搅拌速度，其流量，空气压力。必须钻到设计深度。复搅时（停止喷粉），重叠长度不小于1米。n复合地基7、水泥搅拌桩7.1施工程序钻机就位预搅下沉按设计确定的配合比，制备水泥浆提升、喷浆、搅拌重复上、下搅拌清洗移位n复合地基7.2施工注意事项在顶端0.3～0.5m时，上覆压力较小，搅拌质量较差，场地整平标高应比设计标高高出0.3～0.5m。制桩到地面，然后将上部0.3～0.5m差的桩段挖去。垂直度偏差<1%，桩径不小于设计值。试桩，确定施工参数。浆液不得离析，泵送应连续。搅拌下沉不易水冲。因故停浆，搅拌机下沉至停浆点以下0.5m，恢复后喷浆提升。n复合地基8、挤密砂桩将砂桩打入软土地基，使密实的砂柱体挤密软弱土层，形成复合地基。有外荷载作用时，应力向砂桩集中，使桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应减小。根据我国在淤泥质粘土上打桩前后的荷载试验，其沉降量可比天然地基减小20％～30％，因而适用于对沉降要求较严的工程。同时，砂桩与砂井一样，在土中形成排水通路，能加速地基土固结沉降的速率，改善地基的整体稳定性，提高地基的承载力。n复合地基挤密砂桩采用中、粗混合砂料，含泥量不得大于5％，也可用砂与角砾的混合料。设计规则规定，灌砂要密实，灌砂率不应小于90％．砂桩直径根据置换率要求以及施工机械、成桩方法等综合因素考虑，宜用较大直径。我国目前常用30cm，最大50～70cm，国外多用60～80cm，最大可达150～200cm。桩在平面上布置成三角形或正方形；桩长不应小于危险滑弧的深度；对于厚度不大的软土，桩长应穿透软弱层。砂桩顶面应铺以砂垫层以利排水。n砂桩适用于松散砂土、人工填土、粉土或杂填土等地基，可以提高地基的强度，减少地基的压缩性，或提高地基的抗震能力，防止饱和软弱土地基液化。砂桩适用于松散砂土、人工填土、粉土或杂填土等地基，可以提高地基的强度，减少地基的压缩性，或提高地基的抗震能力，防止饱和软弱土地基液化。成桩方法有振动沉管法和锤击成桩法。振动沉管法是使用振动打桩机将桩管沉人土层中，并振动挤密砂填料。锤击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩管引入土层中，并用内管夯击密实砂填料，实际上这也就是碎石桩的沉管法。n(1)材料选择砂桩的填料宜用级配较好的中粗砂，也可用砾砂。对于饱和软粘土，因为原地基较软弱，侧限不大，为了利于成桩应选用级配好、强度高的砂砾混合料；填料中最大颗粒尺寸由桩管直径和桩尖的构造决定，以能顺利出料为宜，但最大不应超过50cm。关于材料的含水量：在饱和土中施工时，砂的含水量宜采用饱和状态；在非饱和且能形成直立桩孔孔壁的土层中用捣实法施工时，含水量采用7％~9％。n(2)施工顺序施工时应注意打桩先后位置次序：为使砂桩进展顺利，挤密砂桩宜从路之一侧向另一侧施打，或由中心向两边施打。从道路纵向而言，宜从道路一端向另一端施打，避免由两端向中间施打，以减少挤密砂桩施工的困难。(3)施工机械砂桩机械通常包括桩机架、桩管及桩尖、提升装置、挤密装置(振动锤或冲击锤)、上料设备及检测装置等。高能量的振动砂石桩机配有高压空气或水的喷射装置，同时还配有自动记录桩管贯人深度、提升量、压人量、管内砂石位置及变化以及电机电流变化等的检测装置。n一次拔管法施工工艺首先，用振动沉桩机将安有活瓣式或脱离式管靴的导管，在规定的桩孔位置垂直就位；然后，将桩管沉入软土层中，并达到设计高程(略深一个桩靴的深度)；之后，用装砂漏斗或采用空压机将砂灌入导管；灌满之后，封闭管口，通入压缩空气或者加入水，缓慢提起导管直到地面，再拔管的同时边振动边输入压缩空气(或水)使活动瓣门开启(或脱离式桩靴离开导管)，桩管中的砂通过压缩空气的力量或水的作用落人孔中，形成砂桩。n逐次拔管法Ⅰ、施工工艺首先，将带有桩靴的导管在规定的位置垂直就位；然后，将桩管沉入软土到设计高程；之后，用料斗向导管内灌装砂子；灌满之后，在振动以及向导管输送压缩空气的条件下，边振动边将导管拔起一定高度，停止拔管继续振动若干秒，使落入孔中的砂密实；之后再拔起一定高度又继续振动，如此反复进行，直到导管拔出地面。Ⅱ、质量控制根据工地试验，每次拔起桩管0.5m，停拔继振20s，可使砂桩的桩身相对密度达到0.8以上，桩间土相对密度达到0.7以上。n重复压拔管法首先，将桩管在设计位置垂直就位；然后，将桩管沉入土层中达到设计高程，如果桩管下沉速度很慢，可以利用桩管下端喷嘴射水口加快下沉速度；之后，用装砂料斗向导管内灌砂；灌满之后，在振动的条件下，将导管拔起到规定高度，同时向桩管内送入压缩空气使砂容易排出落入桩孔，桩管拔起后核定砂的排出情况；之后，用振动机将管按规定深度往已灌砂的孔中压下，使桩径扩大并振实；如此反复进行，直到导管拔出地面。对于桩管每次拔起和压下的高度，应根据砂桩直径要求通过试验确定。n碎石桩碎石桩的结构与砂桩相同，桩身由碎石充填，其加固机理与砂桩不同的是它不是挤密而是置换。由于碎石桩的刚度大于地基中的软粘土，地基应力重分布，荷载大部分由碎石桩承担，桩土应力比值一般为3～5。碎石桩受荷后，产生径向变形，且引起周围土体产生被动抗力。如粘土强度过低，碎石桩得不到所需的径向支持力，就不能达到加固的目的。因此天然地基的强度大小是形成复合地基的重要条件。根据经验，天然地基的抗剪强度大于20kPa，碎石桩加固地基才有较好的效果。复合地基n碎石桩的直径较大(常用80～90cm)，桩长设计方法与砂桩相同，当软土较厚桩身不穿软弱层时，复合地基可起垫层作用，将荷载扩散使应力分布均匀，提高地基的承载力并减小沉降及沉降差。选用碎石桩材料时若考虑级配，则形成的桩能起排水砂井的作用，因而它也能提高土的抗剪强度，增大路堤的稳定性。复合地基n复合地基8.1施工方法：振冲挤密法：沉管法，干振法振动成桩：冲击成桩8.2加固机理：松散砂土挤密排水减压砂基预震粘性土置换加速排水易发生鼓胀n§5.1软土地区路基2、挤密砂桩软土地基被打入砂桩后，土中的密实砂柱体挤密了软弱土层，形成复合地基，当有外荷载作用时，应力向砂桩集中，使桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应减小，根据我国在淤泥质粘土上打桩前后的荷载试验，其沉降量可比天然地基减小20一30%，因而适用于对沉降要求严格的工程。同时，砂桩与砂井一样，在土中形成排水通路，加速了地基土固结沉降的速率，改善了地基的整体稳定性，地基承载力也得以提高。n6-1软土地区路基施工3．碎石桩碎石桩的结构与砂桩相同，桩身由碎石充填，其加固机理与砂桩不同的是它不是挤密(软土)，而是置换。由于碎石桩的刚度大于地基中的粘性土，地基应力重分布，所以荷载大部分由碎石桩承担，桩土应力比值一般为3—5。碎石桩受荷后，产生径向变形，且引起周围的粘土产生被动抗力。如粘土强度过低，碎石桩得不到所需的径向支持力，就不能达到加固的目的。因此天然地基的强度大小是形成复合地基的重要条件，根据经验，天然地基的抗剪强度大于20kPa，碎石校加固地基才有较好的效果。n4．生石灰桩生石灰桩是用2—5cm的生石灰块填入软土孔眼中，形成生石灰桩地基，桩的平面布置与砂井相同。桩径通常为20一40cm，桩距为桩径的3倍左右，桩长视软土层的厚度而定，一般不宜很长，常在10m以内。生石灰桩加强软土地基的加固机理是生石灰遇水反应成熟石灰，在这一过程中，生石灰要吸收占其重量32%的水，并且体积膨胀一倍，同时放出大量的热，使桩周土体含水量降低．体积又得以挤实；生石灰与土之间的离子交换和胶凝反应使土的性质和结构都得以改善，从而提高了土的强度。6-1软土地区路基施工n5、铺设土工织物在路堤与基底间铺设一层或多层的土工聚合物，可以起到柔性支撑和滤垫作用。土工织物的主要材料是聚脂、聚丙烯、聚酰胺等高分子化合物的合成纤维．统称为土工织物或土工布，分为有纺与无纺两大类。根据工程要求可选用不同强度和不同外形、厚度的织物，其功能有以下四个方面：(1)渗透排水作用；(2)加固作用；(3)隔离作用，对路基道床与基床用无纺土上织物隔离，防止翻浆冒泥;(4)反滤作用，在土坡渗流出口处铺以无纺上工织物，可以起到反滤层作用．防止土坡修流处发生管涌现象。6-1软土地区路基施工n6-2黄土地区路基施工中国黄土西起新疆伊犁，东至山东胶东，北起吉林、内蒙，南至云南、西藏,约70万平方公里，北纬33——47度之间，干旱半干旱地区，年平均降雨量250——500毫米，约占国土面积的7%。覆盖广：厚度大：5-10米（低阶地），20，50—180，200米（高阶地，兰州西津村400米）分布连续：平原，丘陵，高原，山地乌梢岭以东，太行山以西，长城以南，秦岭以北的黄河　　中游地区，28万平方公里n性质特殊：（1）黄土的结构特征黄土以粉粒为主，富含碳酸盐类，孔隙、垂直节理发育，可以分为湿陷性和非湿陷性;湿陷性黄土，一般地层新，埋深小，变化大，结构稳定性差；非湿陷性黄土，一般地层老，埋深大，密度高，结构稳定性好；黄土的多孔性大孔隙，直径约0.5-1.5mm的孔道；细孔隙，是架空结构中大颗粒的粒间孔隙；毛细孔隙，由大颗粒与附在其表面上的小颗粒所形成的粒间孔隙。遇水易冲蚀、崩解、湿陷。n黄土的工程特性：黄土的节理黄土节理以垂直节理为主。节理是断裂构造的一类，指岩石（土）裂开而裂面两侧无明显相对位移（与有明显位移的断层相对）n黄土的工程特性：（2）黄土的水理特性渗水性由于黄土具有大孔隙及垂直节理等特殊构造，故其垂直方向的透水性较水平方向大。黄土压实后大孔隙构造被破坏，其透水性也大大降低，新黄土的透水性大于老黄土的透水性。收缩与膨胀黄土遇水膨胀，干燥又收缩。崩解性n黄土的工程特性：（3）黄土的物理力学特性黄土的抗剪强度黄土的湿陷性黄土的湿陷性是指天然低湿度下具有明显高强度和低压缩性的黄土一旦浸水甚至增湿时会发生强度大幅度骤降和变形大幅度突增的特性。它们在定量上的不可忽视性和在定性上的急速发展性，是黄土变形影响其上建筑物稳定性的两大突出问题。n黄土的工程特性：侧限条件下黄土的湿陷变形特性ep浸水湿陷性系数根据现行地基基础设计规范规定，测定湿陷系数的压力为基础底面下10m以内取200kPa，10m以下至非湿陷性土层取300kPa。再根据湿陷系数判定土的湿陷性：：定为非湿陷性黄土：定为湿陷性黄土n黄土的工程特性：（3）黄土的液塑限黄土可命名粉质中低液限粘土或低液限粉土；黄土较难压实。（4）黄土的压实特性含水量大于最佳含水量的压实效果要好于含水量小于最佳含水量的压实效果。n黄土的工程特性：黄土路基施工措施？