2015年一级建造师《公路工程》预习：软土地区路基施工
一、 土地基的工程特性
淤泥、淤泥质土及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般粘土统称为软土。大部分软土的天然含水量在30%～70%之间，孔隙比1.0～1.9，渗透系数为10-8～10-7 cm/s，压缩性系数为0.005～0.02，抗剪强度低(快剪粘聚力在lOkPa左右，快剪内摩擦角00～50)，具有触变性和显著的流变性。对于高速公路，标准贯击次数小于4，无侧限抗压强度小于50kPa且含水量大于50%的粘土或标准贯击次数小于4且含水量大于30%的砂性土统称为软土。修建在软土地区的路基，主要是路堤填筑荷载引起软基滑动破坏的稳定问题和量大且时间长的沉降问题。
二、 土地基处理施工技术
软土地基处理施工具体方法有几十种，常常多种方法综合应用。按加固性质，主要有以下几类：
(一)表层处理法
1.砂垫层
在软土层顶面铺砂垫层，主要起浅层水平排水作用，使软土在路堤自重的压力作用下，加速沉降发展，缩短固结时间。但对基底应力分布和沉降量的大小无显著影响。
砂垫层用于路堤高度小于2倍极限高度(在天然软土地基上，基底不作特殊加固处理而用快速施工方法修筑路堤的填筑最大高度)软土层及其硬壳较薄，或软土表面渗透性很低的硬壳等情况。亦可用于软土层稍厚但具有双面排水条件的地基。有排水砂垫层、换土砂垫层、砂垫层和土工布混合使用等形式。
砂垫层施工简便，不需特殊机具设备，占地较少。但需放慢填筑速度，严格控制加荷速率，使地基有充分时间进行排水固结。因此，适用于施工期限不紧迫、砂料来源充足、运距不远的施工环境。
2.反压护道
在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道，以改善路堤荷载方式来增加抗滑力，使路堤下的软基向两侧隆起的趋势得到平衡，从而保证路堤的稳定性。
反压护道用于路堤高度不大于1.5～2倍的极限高度，非耕作区和取土不太困难的地区。
采用反压护道加固地基，不需特殊的机具设备和材料，施工简易方便，但占地多，土用量大，后期沉降大，以后的养护工作量也大。
反压护道应与路堤本身同时填筑，如分开填筑时，必须在路堤达到临界高度前筑好。它的施工工艺要求与路堤填筑要求基本相同。
3.土工聚合物处治
(1)土工布
土工布铺设于路堤底部，在路基自重作用下受拉产生抗滑力矩，提高路基稳定性。土工布在软土地基加固中的作用包括排水、隔离、应力分散和加筋补强。
土工布连接一般采用搭接法或缝接法。缝接法有一般缝法、丁缝法和蝶形法。
土工布一般分一层或多层铺设。当铺设两层以上时，层与层之间要夹lO～20cm的砂或砂砾垫层，以提高基底透水性。土工布的铺设需满足锚固搭接长度要求，注意保持土工布的平整和张拉程度，注意端头的位置和锚固，以保证土工聚合物的整体性。土工布存放以及铺设过程中，应尽量避免长时间暴晒，存放过程中避免与污物接触，以防土工布被污染而失去透水性条件。
(2)土工格栅
土工格栅加固土的机理在于格栅与土的相互作用。一般可归纳为格栅表面与土的摩擦作用、格栅孔眼对土的锁定作用和格栅肋的被动抗阻作用。三种作用均能充分约束土的颗粒侧向位移，从而大大地增加了土体的自身稳定性，对土的加固效果，明显高于其他土工织物，可迅速提高地基承载力，加快施工进度，控制软基地段沉降量发展，缩短工期，使公路及早投入使用。
(二)换填法
换填法一般适用于地表下0.5～3. Om之间的软土处治。
1.开挖换填法
将软弱地基层全部挖除或部分挖除，用透水性较好的材料(如砂砾、碎石、钢渣等)进行回填。该方法简单易行，也便于掌握。对于软基较浅(1～2m)的泥沼地特别有效。但对于深层软基处理，要求沉降控制较严的路基、桥涵构造物、引道等，应考虑采用其他方法。
(1)开挖方式
基底开挖深度在2m以内可用推土机、挖掘机或人工直接清除至路基范围以外堆放或运至取土坑还填;深度超过2m时，要由端部向中央分层挖除，并修筑临时运输便道，由汽车运载出坑。
软土在路基坡脚范围以内全部清除。边部挖成台阶状再回填;路基穿过沼泽地只需要
清除路基坡角(含护坡道)范围以内的软土。护坡道以外，对于小滑塌的软土，可挖成1：1～1：2的坡度，对于泥沼地区的淤泥质高压缩性软土可将护坡道加宽加高至与沼泽地相平或高出。
(2)填筑及压实
软基在开挖时要注意解决渗水或雨水两个问题，可采用边挖边填，也可全部或局部清除后进行全部或局部回填，尽可能换填渗水性材料，并注意及时抽水。
换填料应选用水稳性或透水性好的材料。碎石土及粉煤灰等工业废渣常作为换填材
料，如果当地条件许可，可用这些填料回填至原地面或沼泽面。回填应分层填筑、压实。压实时，由于非土方填料分层厚度不宜小，为达到较好的压实效果，常采用振动压路机和重型静力压路机(三轮压路机12～15t)o
如果路基与两侧沼泽完全隔离，就可按照一般路堤填筑方式进行填筑，分层碾压时控制好含水量、碾压遍数、碾压方式及路堤边坡、护坡道的密实程度，要做好泥沼与路堤之间的边沟排水，保证路堤不受水毁，不受冻害。
路堤与两侧沼泽不能完全隔离，在清除路基底部软土后，如渗透性良好的土源缺乏，可在路堤底面用砂石料设置透水性路堤。
路堤两侧设立全铺式(块石、片石浆砌护坡)护坡或护面墙(挡土墙式护坡)时，砌石应用当地不易风化开山片石，用M5等级砂浆砌筑，墙基应埋人非软基土中0.50～1.20m左右，砌筑护坡时应夯实坡面，挡墙墙后应填筑开山石块并夯实。护面墙应在路堤压实稳定后再开挖砌筑。
2.抛石挤淤法
在路基底部抛投一定数量片石，将淤泥挤出基底范围，以提高地基的强度。这种方法施工简单、迅速、方便，适用于常年积水的洼地，排水困难，泥炭呈流动状态，厚度较薄，表层无硬壳，片石能沉达底部的泥沼或厚度为3～4m的软土;在特别软弱的地面上施工由于机械无法进入，或是表面存在大量积水无法排除时;石料丰富、运距较短的情况。
抛投片石的大小，随泥炭或软土的稠度而定。抛投顺序，应先从路堤中部开始，中部向前突进后再渐次向两侧扩展，以使淤泥向两旁挤出。当软土或泥沼底面有较大的横坡时，抛石应从高的一侧向低的一侧扩展，并在低的一侧多抛填一些。
片石露出水面后，宜用重型压路机反复碾压，然后在其上面铺反滤层，再行填土。
3.爆破排淤法
将炸药放在软土或泥沼中爆炸，利用爆炸时的张力作用，把淤泥或泥沼扬弃，然后回填强度较高的渗水性土壤，如砂砾、碎石等。爆破排淤较一般方法换填深度大、工效较高，软土、泥沼均可采用。
爆破排淤法用于当淤泥(泥炭)层较厚，稠度大，路堤较高和施工期紧迫时;路段内没有桥涵等构造物，路基承载力均衡一致，因整体沉降对道路不会产生破坏，也可考虑换填。但对桥涵构造物及两侧引道等，应考虑采用其他方法。
爆破排淤分为两种，一种方法是先在原地面上填筑低于极限高度的路堤，再在基底下爆破，适用于稠度较大的软土或泥沼。另一种方法是先爆后填，适用于稠度较小，回淤较慢的软土。
(三)重压法
1.堆载预压法
在软基上修筑路堤，通过填土堆载预压，使地基土压密、沉降、固结，从而提高地基强度，减少路堤建成后的沉降量。进行预压的荷载超过设计的道路工程荷载，称为超载预压;预压荷载等于道路工程荷载，称为等载预压。
堆载预压法对各类软弱地基均有效;使用材料、机具简单，施工操作方便。但堆载预压需要一定的时间，适合工期要求不紧的项目。
2.其他重压法
(1)真空预压法：利用大气压强0.098MPa等效堆载预压法对软基进行加固。即依靠真空抽气设备，使密封的软弱地基产生真空负压力，使土颗粒间的自由水、空气沿着纵向排水通道，上升到软基上部砂垫层内，由砂垫层过滤再排到软基密封膜以外，从而使土体固结。该法适用于含水量高、孔隙比大、强度低、渗透系数和固结系数均较小的粘土。
(2)真空预压加堆载预压法：是堆载预压和真空预压两种方法的结合，原理与真空预压相同，但加载更大，预压时间缩短了一半。
(四)垂直排水固结法
利用砂井、袋装砂井、塑料排水板增加土层竖向排水途径，缩短排水距离、加速地基固结。
1.砂井
用振动打桩机、柴油打桩机(冲击式和振动式)以及下端装有活瓣钢桩靴的桩管将砂(含泥量不大于3%)或砂和角砾混合料(含泥量不大于5%)灌人形成砂井。在施工时考虑避免“缩颈”和减少对土的扰动。
(1)套管法：将带有活瓣管尖或套有混凝土端靴的套管沉到预定深度，然后在管内灌砂后，拔出套管，形成砂井。根据沉管工艺的不同，又分为静压沉管法、振动沉管法等。
(2)水冲成孔法：通过专用喷头，在水压力作用下冲孔，成孔后清孔，再向孔内灌砂形成。适用于土质较好且均匀的砂性土。
(3)螺旋钻成孔法：以动力螺旋钻钻孔，提钻后灌砂成砂柱。适用于陆上工程，砂井长度lOm以内，且土质较好，不会出现缩颈、塌孔现象的软弱地基。优点是设备简单机动，成孔规则。缺点是灌砂质量较难掌握，不太适用于很软弱的地基。
2.袋装砂井
主要用导管式振动打桩机(在行进方式上普遍采用的有轨道门架式、履带臂架式、吊机导架式等)，选用聚丙烯或其他适用的编织料制成的袋，采用渗水率较高的中、粗砂(大于0.5mm的砂的含量宜占总重的50%以下，含泥量不应大于3%，渗透系数不应小于5×lO-3cm/s)制成砂袋。袋装砂井按整平原地面→摊铺下层砂垫层→机具定位→打人套管→沉人砂袋→拔出套管→机具移位→埋砂袋头→摊铺上层砂垫层的施工工艺流程进行。
3.塑料排水板
用插板机或与袋装砂井打设机共用(将圆形套管换成矩形套管)打设。按整平原地面→摊铺下层砂垫层→机具就位→塑料排水板穿靴→插入套管→拔出套管→割断塑料排水板→机具移位→摊铺上层砂垫层的施工工艺程序进行。振动打设工艺、锤击振力大小，根据每次打设根数、导管断面大小、人土长度和地基均匀程度确定。
