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高速公路軟基鑒別、處治及檢測方法

09-03 12:21:16  瀏覽次數:604次  欄目:建筑工程技術
標簽:工程技術,建筑設計, 高速公路軟基鑒別、處治及檢測方法,http://www.tljciu.live

  摘 要:本文介紹了高速公路軟基土質的基本性質及鑒別方法,對軟基處治的材料質量提出了要求,同時還闡述了軟基處治及檢測方法。

  關鍵詞:高速公路;軟基;鑒別;處治;檢測

  一、概述[1]

  軟土主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質所組成的土。對淤泥的解釋是,在靜水或緩慢的流水環境中沉積并含有機質的細粒土,其天然含水量大于液限,天然孔隙比大于1.5;當天然孔隙比小于1.5而大于1.0時稱為淤泥質土。對于泥碳的解釋是,喜水植物遺體在缺氧條件下,經緩慢分解而形成的泥沼覆蓋層。其特點是持水性大,密度較小。

  二、軟土的組成和狀態特征[1]

  軟土泛指淤泥及淤泥質土,是第四紀后期于沿海地區的濱海相、瀉湖相、三角洲相和溺谷相,內陸平原或山區的湖相和沖擊洪積沼澤相等靜水或非常緩慢的流水環境中沉積,并經生物化學作用形成的飽和軟粘性土。軟土的組成和狀態特征是由其生成環境決定的。由于它形成于上述水流不通暢、飽和缺氧的靜水盆地,這類土主要由粘粒和粉粒等細小顆粒組成。淤泥的粘粒含量較高,一般達30%~60%。粘粒的粘土礦物成分以水云母和蒙德石為主,含大量的有機質。有機質含量一般達5%~15%,最大達17%~25%。這些粘土礦物和有機質顆粒表面帶有大量負電荷,與水分子作用非常強烈,因而在其顆粒外圍形成很厚的結合水膜,且在沉積過程中由于粒間靜電荷引力和分子引力作用,形成絮狀和蜂窩狀結構。所以,軟土含大量的結合水,并由于存在一定強度的粒間連結而具有顯著的結構性。

  由于軟土的生成環境及粒度、礦物組成和結構特征,結構性顯著且處于形成初期,呈飽和狀態,這都使軟土在其自重作用下難于壓密,而且來不及壓密。因此,不僅使之必然具有高孔隙性和高含水量,而且使淤泥一般呈欠壓密狀態,以致其孔隙比和天然含水量隨埋藏深度很小變化,因而土質特別松軟。淤泥質土一般則呈稍欠壓密或正常壓密狀態,其強度有所增大。

  淤泥和淤泥質土一般呈軟塑狀態,但當其結構一經擾動破壞,就會使其強度劇烈降低甚至呈流動狀態。因此,淤泥和淤泥質土的稠度實際上通常處于潛流狀態。

  三、軟土的物理力學特性[1]

  1、高含水量和高孔隙性

  軟土的天然含水量一般為50%~70%,最大甚至超過200%。液限一般為40%~60%,天然含水量隨液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1~2之間,最大達3~4。其飽和度一般大于95%,因而天然含水量與其天然孔隙比呈直線變化關系。軟土的如此高含水量和高孔隙性特征是決定其壓縮性和抗剪強度的重要因素。

  2、滲透性弱

  軟土的滲透系數一般在i×10-4~i×10-8cm/s之間,而大部分濱海相和三角洲相軟土地區,由于該土層中夾有數量不等的薄層或極薄層粉、細砂、粉土等,故在水平方向的滲透性較垂直方向要大得多。

  由于該類土滲透系數小、含水量大且飽和狀態,這不但延緩其土體的固結過程,而且在加荷初期,常易出現較高的孔隙水壓力,對地基強度有顯著影響。

  3、壓縮性高

  軟土均屬高壓縮性土,其壓縮系數a0.1~0.2一般為0.7~1.5MPa-1,最大達4.5MPa-1(例如渤海海淤),它隨著土的液限和天然含水量的增大而增高。由于土質本身的因素而言,該類土的建筑荷載作用下的變形有如下特征:

  (1)變形大而不均勻

  (2)變形穩定歷時長

  4、抗剪強度低

  軟土的抗剪強度小且與加荷速度及排水固結條件密切相關,不排水三軸快剪所得抗剪強度值很小,且與其側壓力大小無關。排水條件下的抗剪強度隨固結程度的增加而增大。

  5、較顯著的觸變性和蠕變形。

  四、軟土的鑒別

  1、建設部標準《軟土地區工程地質勘查規范》(JGJ83-91)規定凡符合以下三項特征即為軟土:

  (1)外觀以灰色為主的細粒土;

  (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。

  2、交通部標準《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》(JTJ017-96)中規定軟土鑒別見表

  (1)天然含水量的測定

  天然含水量是土的基本物理性指標之一,它反映的土的狀態,含水量的變化將使得土的稠度、飽和程度、結構強度隨之而變化,其測定可采用公路土工試驗規程規定試驗方法測定,并將試驗數據與35%、液限進行比較。

  (2)天然孔隙比

  孔隙比,是土中孔隙體積與土粒體積之比,天然狀態下土的孔隙比稱之為天然孔隙比,是一個重要的物理性指標,可用來評價天然土層的密實程度。其測定方法可測定土粒比重、土的干密度、土的天然密度、土的含水量等指標通過計算而得。

  (3)十字板剪切強度[3]

  十字板剪切試驗是原位測試技術中一種發展較早、技術比較成熟得方法。試驗時將十字板頭插入土中,以規定的旋轉速率對側頭施加扭力,直到將土剪損,測出十字板旋轉時所形成的圓柱體表面處土的抵抗扭矩,從而可算出土對十字板的不排水抗剪強度。

  五、軟基處理的常用材料質量要求[4]

  1、砂礫料

  用作墊層的砂礫料應具有良好的透水性,不含有機質、粘土塊和其它有害物質。砂礫的最大粒徑不得大于53mm,含泥量不得大于5%。

  2、砂及砂袋

  袋裝砂井所用砂,應采用滲水率較高的中、粗砂、大于0.5mm的砂料含量應占總重量的50%以上,含泥量應小于3%,滲透系數應大于5×10-2mm/s,砂袋采用聚丙烯、聚乙烯、聚酯等編制布制作,應具有足夠的抗拉強度,使能夠承受袋內砂自重及彎曲所產生的拉力,具有較好的抗老化性能和耐環境水腐蝕性能,其抗滲系數應不小于所用砂的滲透系數。

  3、碎石

  碎石由巖石和礫石軋制而成,應潔凈、干燥,并具有足夠的強度和耐磨耗性,其顆粒形狀應具有棱角,不得摻有軟質石和其它雜質,粒徑宜為20~50mm,含泥量不應大于10%。

  4、土工合成材料

  土工合成材料的選用應符合《公路土工合成材料應用技術規范》的規定。應具有足夠的抗拉強度,對土工織物,還應具有較高的刺破強度和握持強度等。土工合成材料試驗項目和試驗方法應符合《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》和《公路土工合成試驗規程》的規定。

  5、塑料排水板

  塑料排水板是由芯體和包圍芯體的合成纖維透水膜構成的復合體,應具有較好的耐腐蝕性和足夠的柔度,其性能指標應符合《塑料排水板施工規程》的規定。

  6、片石

  拋石擠淤應采用不易風化的片石,其尺寸應小于300mm。

  7、水泥

  水泥各項性能指標應符合圖紙要求,嚴禁使用過期、受潮、結塊、變質的劣質水泥。所用水泥指標還應符合水泥相應標準的規定。

  8、石灰

  石灰應符合《公路路面基層施工技術規范》表4.2.2所規定的Ⅲ級以上的要求。按《公路工程無機結合穩定材料試驗規程》規定的試驗方法進行檢驗。

  9、粉煤灰

  粉煤灰應符合《公路路面基層施工技術規范》有關規定。

  10、材料的采購和保管

  用于軟土地基處理的塑料排水板、土工合成材料、砂袋及石灰、水泥、砂等材料,都必須按施工圖紙和規范的要求的質量指標采購進購、堆放,嚴禁材料被污染或混合堆放,過期產品嚴禁使用。塑料排水板、土工合成材料和砂袋等材料應貯存在不被日光直接照射和被雨水淋泡處,應根據工程進度和日用量按日取用。

  六、高速公路軟基處理常用方法[5][6][7]

  1、淺層軟基處理技術

  (1)墊層法

  通常用于路基填方較低的地段,要求在使用中軟基的沉降值不影響設計預期目的。設置墊層時,可以根據具體情況采用不同的材料,常用的材料有砂或砂礫及灰土,也可用土工格柵、片石擠淤、砂礫墊層綜合使用處理。

  (2)換填法

  在高速公路施工中遇到含水量較高,軟弱層較淺,且易于挖除不適宜材料時,一般采取挖除換填法,包括受壓沉降較大,甚至出現變形的軟基和泥沼地帶。處理這種地基,開挖前要做好排水防護工作,將開挖出的不適宜材料運走或做處理,然后按要求分層回填,回填材料可視具體情況用砂、砂礫、灰土或其他適宜材料。

  (3)排擠法

  當高速公路經過水溏、魚池和較深的流動性強的淤泥地段時,常遇到含水量高、淤泥壓縮性大、淤泥質粘土軟基以及水下軟基等,對這類軟基可采用排擠法來處理。排擠法又可分為兩種:一種是拋石排擠,另一種是爆炸排擠。

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