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1B411021B软土地区路基施工（延伸教材）1B411021-B软土地区路基施工（延伸教材）软土路基表层排水施工工艺 易路教育：2012一级建造师（公路工程管理与实务）培训课程图解讲义课程咨询QQ：1397537409官方域名：www.xxcost.com官方博客：http://blog.163.com/gcsion@126/表层排水法是软土路基表层处理的一种方法，它是通过所开挖沟槽或盲沟及透水性好的砂砾或碎石等材料排除地表水，以达到提高地表强度、防止地基局部剪切变形、保证施工机械作业的作用。适用范围（1）表层排水法用于地表面极软弱的情况，对土质较好因含水量过大而导致的软土地基。（2）可作为既有建筑和新建建筑的地基排水固结之用，也可作为高速铁路、客运专线、高速公路等地表渗水处理用；可作为施工中的临时地表临时固结措施，也可用于永久建筑物的地基加固、防渗处理。工艺原理n表层排水法用于地表面极软弱的情况，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，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。原理作用路基基底一旦遇水浸泡，基底土将软化，引起新的沉降变形。地表排水固结是通过开挖排水沟排除地表中的水，使其固结，提高地表达到承重强度，防止地基局部剪切变形，保证施工机械作业；同时尽可能把填土荷载均匀地分布于地基上。工艺流程表层排水施工工艺流程详见图1。       砂（碎石）垫层施工工艺 n地基上填筑砂（碎石）垫层是常用的一种工艺。它是利用级配良好、质地坚硬的中粗砂或碎石、砾石等，经分层夯实，作基础的持力层，可提高基础下地基强度，降低地基的压应力，减少沉降量，加速软土层的排水固结；在软土层顶面铺设一层砂垫层，主要起浅层水平排水作用。适用范围（1）一般适用于3.0m以内的软弱、透水性强的粘性土地基，不适用于加固湿陷性黄土和不透水的粘性土地基。（2）路堤高度小于两倍极限高度，软土表面无透水性低的硬壳。（3）软土层不很厚，或虽稍厚，但具有双面排水条件。（4）当地有砂可取，运距不远。（5）有较长的工后固结沉降时间。工艺原理砂（碎石）垫层就是利用级配良好、质地坚硬的中粗砂或碎石、砾石等，经分层夯实，作为基础的持力层，提高基础下地基强度，降低地基的压应力，减少沉降量，加速软土层的排水固结。在软土层顶面铺设一层砂垫层主要起浅层水平排水作用,在路基荷载作用下将软基中的固结水通过砂层排入路基边沟。砂层对于基底应力的分布和沉降量的大小虽无显著影响，但可加速沉降发展，缩短固结过程。工艺流程     n   开挖换填施工工艺 由于软土的工程性质（地基承载力低、在荷载作用下易变形、不均匀变形大且变形稳定时间长）影响路基的坚固、稳定、耐久性。所以，在软土地基上建筑工程，需进行处理。当软弱土层较薄时，通常采用换土法进行地基处理。适用范围开挖换填是针对局部存在软土及松软土，其厚度一般不超过4m的情况而采用的一种常用的地基处理方式。可广泛应用于公路、铁路、市政工程、工业民用建筑基础和场坪的地基换填处理。工艺原理通过挖除软土，换填砂砾、碎石、碎石土、砂性土，形成良好的持力层，从而改变地基承载力特性，提高抗变形和稳定能力，满足路基的设计与施工需要。工艺流程     n堆载预压施工工艺 路基堆载预压施工技术是通过对软弱土地段路基基底进行适当处理和对路基进行堆载预压，加速路基下沉，降低孔隙比和含水量，提高土体密实度，从而提高软土路基的强度和抗剪切能力，控制路基工后沉降量，确保路基承载力和稳定性。适用范围适用于淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和性粘土地基。堆载预压分塑料排水带、砂井地基等堆载预压和天然土地基堆载预压，当软土厚度小于4.0m时，可以采用天然土地基堆载预压法处理，当软土厚度超过4.0m时，应采用塑料排水带或砂井等竖向排水预压法处理。工艺原理及设计要求（1）路基基础土壤饱和水受填筑物自重压力，经塑料排水带或砂井坚向排至砂垫层，并经砂垫层横向排至路基外。（2）堆载预压是对路基本体按设计预加荷载，加速路基本体和基础的下沉、固结、稳定，并达到设计沉降、固结要求后缷载，从而控制和减少路基工后沉降。工艺流程见图1。  n                 （碎石）桩施工工艺 n砂（碎石）桩是用振动、冲击或打入套管或利用振冲成孔等方法在软弱地基中成孔，然后向孔中填入中、粗砂，再利用拔管时的振动、反插或振冲器的振动对填入料进行夯实形成密实桩体从而对地基进行挤密的一种地基加固方法，挤密桩与原地基一起构成复合地基，从而达到提高地基承载力减少沉降和不均匀沉降的目的。同时碎石桩具有良好的透水性，可加速地基固结，使地基承载力提高1.2～1.3倍，进而提高土的抗剪强度。 适用范围（1）浅层处理砂土类土，非饱和粘性土和湿陷性黄土、人工填土。（2）深层处理以上土质，对饱和粘性土应慎重。（3）深层处理各种土质，对饱和软粘土应慎重。（4）深层处理各种砂土类土及部分粘性土。原理作用（1）对松散砂土。砂（碎石）桩主要起挤密、置换作用。在沉管法或干振法中，在成桩过程中桩管的振动作用使砂土层液化，颗粒重新排列，孔隙减少，同时桩管的打（插）入，使周围的土层被挤（振）密。（2）对粘性土。砂（碎石）桩主要起置换和排水作用。在沉管法或干振法中，因为桩管的沉入破坏了黏性土原始的微观结构，加上砂（碎石）填料的挤入，改善了黏性土的排水结构，同时对黏性土亦进行了部分置换，因而改善了地基的特性。工艺流程砂（碎石）桩施工工艺流程见图2。n1砂（碎石）桩施工允许偏差                    n       重锤夯实（强夯法）施工工艺 重锤夯实（强夯）法又称动力固结法，是法国梅那尔公司于60年代后期创造的一种地基加固方法。它是在重锤夯实基础上发展起来的动力加固地基的新方法。70年代后期传入我国，经过近20年在全国各地的推广应用，证明其加固效果十分显著。工艺特点强夯法以其质量可靠、进度快、节约材料、造价低、经济效益显著等特点，已广泛应用于工业与民用建筑、公路与铁路路基、机场道路及码头仓库等工程的地基加固，强夯能级从1000kN·m发展到8000kN·m，成为国内处理地基的一种较好的实用方法。适用范围目前，国内外处理地基的手段很多，其中强夯的适用范围最广，适用的土质有：各种素填土、杂填土（建筑垃圾、工业废料）、粘土、黄土、湿陷性黄土等。?采用强夯处理地基，需要考虑其振动对附近建筑物的影响，必要时应采取隔振、防振措施，在城市施工时还要考虑对噪音的控制问题。?n工艺原理及设计要求强夯法加固地基虽已经历了几十年，实践证明是一种较好的地基处理方法，但是还没有一套成熟的理论和完整的设计计算方法。根据国内外近十年来的研究成果，土的强夯作用机理一般可归结为：（1）非饱和类土。以直观的加密使土体强度增加为主，如黄土和一般的粘性土，最典型的是湿陷性黄土，通过夯击使土颗粒重新排列成致密结构体，减弱甚至消除其湿陷性。（2）粉土和粉细砂类土。夯击作用使土体加密和预液化，从而提高地基土的承载力和抗液化能力。（3）饱和土。强夯使空隙水压力瞬时升高，随着水压力的消散，土中自由水和部分弱结合水排出，土体变得紧密，随着时间的延续，触变后的土体结构得以恢复，使地基土得到加固，对于饱和淤泥质土和粘性土，可通过加填料（石块、钢渣等）夯击，增加土体骨架和排水通道，这一措施无疑扩展了强夯处理地基土的适用范围。?加固原理强夯法是应用功能转换的原理达到加固地基的目的。具体地说，它是利用起重设备将几十吨（一般8～40t）重锤，从几十米（一般6～40m）高处自由落下，给土以强烈的冲击和振动。地基土在强大的冲击能的作用下，土体强制压缩或振密；土体局部液化，夯点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水溢出，经时效压密，使土体重新固结，从而提高了土的承载力，降低其压缩性。强夯法是利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，士体结构破坏，形成夯坑，并对周围士进行动力挤压。目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理:动力密实、动力固结和动力置换，它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。n施工工艺流程重锤夯实（强夯）法施工工艺流程见图2。                   n           重锤夯实（强夯）法的应用施工照片见图3。   图3强夯施工照片粉体喷射搅拌桩施工工艺 n用粉体喷射搅拌桩（简称粉喷桩）施工方法加固软基，是利用专用的喷粉搅拌钻机将水泥或生石灰粉等粉体固化剂喷入软土地基中，并将软土与固化剂强制搅拌，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土结成具有一定强度的桩体而形成复合地基的一种施工方法，从而达到提高软基承载力，减少软基沉降的目的。由于粉喷桩能有效减少总沉降量、能承受较大的加荷速率、抗侧向变形能力强、可大大缩短施工期等优点，故在软土地基的加固中得到广泛应用。我国于80年代初引入此项技术，现已在公路、铁路与建筑等领域的软弱土地基的处理中得到有效应用。适用范围及条件（1）粉喷桩加固地基主要适用于公路、铁路、工业及民用建筑、市政、道路及港口、地下挡土结构等工程的软土地基处理。（2）其适用的土质为：淤泥质土、饱和粘土、亚粘土、粉土、素填土、杂填土等地基加固，地基土的天然含水量在小于30％或大于70％时不宜采用。（3）加固深度一般为20m以内，加固土强度标准值一般取90d龄期的无侧限抗压强度，一般可达到0.8～2.0MPa。（4）当地下水有侵蚀作用或加固的地基为泥碳土时，应通过试验确定其适应性，冬季施工应注意低温对加固效果的影响。工艺原理n粉喷桩是用改制的螺旋钻机，将钻杆钻至设计要求的土层深度，钻头到达下部设计地层后，用压缩空气将水泥粉或生石灰粉经钻杆内孔输送至钻头上特制的喷嘴，随同钻头旋转向四周土体喷射，同时钻杆以一定的速度提升。钻头上的叶片将其四周一定范围内的土体自下而上不断切割，使之疏松，并与水泥或生石灰粉充分搅拌混合，水泥（生石灰）与水发生水化反应形成水泥（生石灰）土的混合固化体，该固化体的强度高于原土体的强度，在土中形成了一根水泥＋土的固化体柱，此即称为粉喷桩。粉喷桩加固软弱土层的设计主要由单桩设计、复合地基设计及工艺性设计等部分组成，根据建筑物对地基承载力和变形的要求，结合上部结构的特点，粉喷桩可采用桩状、壁状、格栅状或块状等加固型式，其布置可采用三角形或正方形。加固机理粉喷桩加固软土地基，即以水泥或生石灰粉作为固化剂，利用深层搅拌机械将水泥与原位软土进行强制搅拌、压缩，并吸收周围水分，经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体，从而起到提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量及保证桥头高填土路基稳定性的作用。水泥加固软土是基于水泥与加固土的物理化学反应，形成坚硬的水化反应产物－固结体进而提高了土体的压缩模量和强度。施工工艺流程粉喷桩施工工艺流程如图1所示。        n                   n                  浆体喷射搅拌桩施工工艺 n浆体喷射搅拌桩是利用钻机把带有喷嘴的灌浆管钻进至土层的预定位置后，用搅拌机搅拌，再用高压设备使浆体从喷嘴中喷射出来，冲击、搅散软黏土层，加固软黏土层。工艺特点浆体喷射搅拌桩是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过搅拌机，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌；利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土凝结、硬化形成具有整体性、水稳性和一定强度的土中柱体并与周围的地基土一起构成复合地基。浆体喷射搅拌桩具有适用范围广、工艺简便、固结体形状易于控制及设备简单等特点。适用范围浆体喷射搅拌桩适用于加固各种成因的饱和软黏土，包括有砂类土、黄土、淤泥、淤泥质土、黏土和亚黏土等；亦适用于增加软土地基的承载力，减少沉降量，提高边坡的稳定性。工艺原理与设计要求工艺原理利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过搅拌机，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌使软土凝结、硬化形成具有整体性、水稳性和一定强度的土中柱体并与周围的地基土一起构成复合地基。成桩机理利用搅拌成桩机的搅拌叶片，在叶片直径的范围内将水泥浆和土进行充分地拌和，水化反应即主要在该范围内发生，形成一根土中的水泥＋土的复合水泥土柱，亦称为搅拌桩。工艺流程浆体喷射搅拌桩施工工艺及质量控制流程见图1。n        高压旋喷桩施工工艺 高压旋喷桩施工技术是70年代日本首先提出，它是在静压灌浆的基础上，引进水力、采煤技术而发展起来的，是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。工艺特点（1）施工机具设备简单，施工简便。（2）具有较好的耐久性，且料源广阔，价格低廉。（3）噪声小，无污染。适用范围（1）受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂粘性、硬化剂硬化时间影响小，可广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、（亚粘土）、粉土（亚砂土）、砂土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层。n（2）可作为既有建筑和新建建筑的地基加固之用，也可作为基础防渗之用；可作为施工中的临时措施（如深基坑侧壁挡土或挡水、防水帷幕等），也可作为永久建筑物的地基加固、防渗处理。（3）当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性、地下水流速过大和已涌水的地基工程时，宜通过试验确定其适用性。工艺原理加固原理高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。根据喷射方法的不同，喷射注浆可分为单管法、二重管法和三重管法。单管法：单层喷射管，仅喷射水泥浆。二重管法：又称浆液气体喷射法，是用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷射出，冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成较大的固结体。三重管法：是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m。n喷射注浆法的加固半径和许多因素有关，其中包括喷射压力P、提升速度S、被加固土的抗剪强度τ、喷咀直径d和浆液稠度B。加固范围与喷射压力P、喷咀直径d成正比，与提升速度S、土的抗剪强度τ和浆液稠度B成反比。加固体强度与单位加固体中的水泥掺入量和土质有关。单管、二重管、三重管旋喷桩机注浆施工示意参见图1、图2、图3。                n                    n  成桩机理高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用：（1）高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。（2）混合搅拌作用。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷咀移动方向相反的方向（即阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构。（3）升扬置换作用（三重管法）。高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩气体而把一部分切下的土粒排出，土粒排出后所留空隙由水泥浆液补充。（4）充填、渗透固结作用。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒的空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。（5）压密作用。高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部位边缘还有剩余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。旋喷桩固结体情况图4所示。    n        工艺流程高压旋喷桩施工工艺流程图见图6。           n                    n施工照片见图7、图8。             CFG桩施工工艺 CFG桩是（水泥cement、粉煤灰flyash、碎石gravel）桩的简称。CFG是在碎石桩基础上加以改进、发展而来的，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑（砂）加水拌和成混和料灌入成孔中形成的一种低强度桩。CFG桩体与桩间土、褥垫层和足够刚度的基础一起形成复合地基，达到提高地基承载力，减小地基沉降变形的目的。n工艺特点软基处理速度快，加固深度比其他处理方法深；单桩承载力、复合地基承载力同比其他方法有大幅度提高；质量更能得到保证；路基填筑过程中的沉降和工后沉降容易有效地控制。适用范围适用于5m深度以上的淤泥质土、含水量高的黏土、粉土、人工填土及密实厚砂层等软土地段的地基处理。工艺原理CFG桩是利用钻孔机械在软土中成孔，然后将一定比例的水泥、粉煤灰、碎石、石屑和水的混合料灌入空心钻杆中，经机械振动密实硬化形成一定强度，桩土共同承担荷载，使地基的承载能力大幅提高。4工艺流程CFG桩施工工艺流程见图1。   CFG桩体养生长螺旋钻施工时，采用小型挖掘机和人工联合清运桩孔土。CFG桩施工完毕，在其混合料初凝后，开始清运成孔时产生的弃土，清除时不得扰动桩间土，不可对设计桩顶标高以下的桩身造成损害；清土预留至少20～50cm人工清除、找平。nCFG桩养护，混合料灌注完成后，立即用粒状材料或湿粘性土护顶养生，一般养生28天。挖桩间土、截桩CFG桩养生结束后，现场由测量测得原地面标高，挖桩间土采用小型挖机，按照布桩图施工，预留20cm厚桩间土，由人工清除，挖至设计标高，在挖桩间土时不得超挖，超挖后不得用土回填；截桩应采用截桩机，按照设计标高截断桩体。水泥、粉煤灰、砂和石等原材料应符合设计要求；CFG桩的数量、布桩形式应符合设计；CFG桩的桩身质量完整性应满足设计要求；复合地基承载力、变形模量应满足设计要求。桩身完整性及承载力检测。CFG桩复合地基检测应在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在成桩28d后进行。检测包括低应变对桩身质量的检验和复合地基静荷载试验对承载力的检验。检测数量：静载荷试验数量宜为CFG桩总桩数的0.2％，且每个工点不少于3点，低应变检测数量不少CFG桩总桩数10％的桩。选择试验点时应本着随机分布的原则进行选择。低应变对CFG桩桩身质量（完整性）评价分为四类：Ⅰ、Ⅱ类桩合格桩；Ⅲ、Ⅳ类桩不合格，对Ⅳ类桩应进行工程处理。采用静载荷试验对复合地基承载力检测，应严格按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2002）"复合地基载荷试验要点"执行。控制要点（1）混合料配合比要合理，混合料拌合质量要达到良好状态。n（2）工艺试验尽量选在现场且不少于3根，认真分析总结，最后编制符合现场实际的工艺方案。（3）认真进行测量放样，保护放好的桩位标记，找准桩位后，钻头垂直对准桩位方可开钻。（4）钻孔完成后开始灌注混凝土时，拔钻灌注应同时进行泵用静拔且严禁反插，在灌注中应连续，保证有效桩长。（5）CFG桩在养护中，重型车辆不得在上行驶；开挖桩间土应采用小型挖机与人工相配合，预留20cm人工清土，机械不得触碰到CFG桩；截桩应采用专用锯桩机。C20混凝土理论配合比：1∶4.01∶4.90∶0.76∶0.05∶0.89施工配合比：1∶4.16∶0.98∶3.92∶0.76∶0.05∶0.74扩孔系数为1.15～1.30之间。施工照片（图2～图4）。        n                    n           岩溶地基处理施工工艺 我国部分岩溶发育地区，岩溶漏斗、落水洞密集发育，在地表水灌入或下渗作用下，既有岩溶漏斗可能会进一步发展扩大或形成新的落水洞。当路堤基底处于这些地表塌陷不稳定区，需进行加固处理，基底注浆是一种有效方法。工艺特点采用路基基底注浆工艺对岩溶地区路基基底处理简便有效。适用范围本工艺适用于按设计要求对岩溶发育区路基基底进行注浆处理的工点。工艺原理n岩溶路基基底注浆主要是采用先探后灌、探灌结合原则处理。主要工程措施有：（1）由于岩溶发育的复杂性，应充分利用注浆钻孔作为勘探孔继续探查，查明后根据实际情况，对注浆范围、钻孔布置、注浆量、注浆工艺等加固措施进行相应调整。实行边探边灌、探灌结合的方法，按设计注浆孔数的20％作为施工导勘探孔，详细查明岩溶分布范围，岩溶通道等岩溶发育特征。（2）注浆孔采用"梅花型"布置，孔间距5m，加固厚度为基岩深6m，若施工过程中遇溶洞，应注浆至溶洞底板下1.0m。（3）注浆水泥采用PO32.5号普通硅酸盐水泥，水玻璃38～43Be'，模数2.4～3.0。水泥浆水灰比0.8∶1～1∶1。若遇溶洞通道、较大溶洞和裂隙处，视情况填充碎石、砂、水泥砂浆等骨料或采用钢筋混凝土盖板处理。4）注浆压力参数：在灰岩中为0.1～0.3MPa，至岩土界面附近逐步加大至0.3～0.5MPa，最大1.5MPa。4工艺流程岩溶地区路基基底处理（注浆）施工工艺流程见图1。现场施工情况见照片1和照片2。  特别声明：1：资料来源于互联网，版权归属原作者2：资料内容属于网络意见，与本账号立场无关3：如有侵权，请告知，立即删除。