软土地基路基病害与防治.doc

第六章　软土地基路基病害与防治第一节　软土地基路基病害类型在公路工程建设中，不可避免地会遇到软土地基问题软土地基具有含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、渗透性小、抗剪强度低、固结系数小等不利的工程性质，导致地基承载力往往不能满足工程设计的要求，因此，需要对地基进行人工加固处理处理软土地基有多种方法，如果处理不当，就会直接造成路基失稳或过量沉降，出现路基纵、横向断裂等病害例如：软土地基上填筑路堤时，如果软土层滑动，路基就会失稳，将造成重大损失；在填土荷载的作用下，地基产生的不均匀沉降将导致路面结构和功能损坏，致使路面使用品质下降，在与桥涵等结构物连接处产生差异沉降，不仅会直接影响结构物的安全，而且车辆的激烈跳动严重影响行车的平顺性和乘客的舒适性，甚至引起车祸第二节　软土类型及工程特征一、软土的概念及鉴别我国交通部行业标准《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ 017-96)将软土定义为“滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土”软土的鉴别依据见表6-1软土鉴别指标　　　　　　　　　　　　　　　　表6-1土类天然含水量（%）天然孔隙比直剪内摩擦角（°）十字板剪切强度（kPa）压缩系数a（MPa-1）黏质土、有机质土≥35≥液限≥1.0宜＜5<35宜＞0.5粉质土≥30≥0.90宜＜8宜＞0.3二、软土的类型1.软土的类型我国软土，按其成因可分为三大类，滨海沉积、内陆平原与山地沉积，按其沉积环境的不同又可分为7种类型。

详见表6-2，软土的主要物理力学特性见表6-32.软土的工程性质软土无论按成因还是按土质划分，种类较多，但它们都具有下列特性：(1)颜色以深色为主，粒度成分以细粒为主，有机质含量高2)天然含水量高，密度小，天然含水量大于液限，一般在50％-70％之间，液限一般为40％-60％3)天然孔隙比大，一般大于1.0软土的类型及特征　　　　　　　　　　　　　　　　表6-2类　　型厚度（m）特　　征分布概况滨海沉积滨海相6-200面积广，厚度大，常夹有砂层，极疏松，透水性较强，易于压缩固结沿海地区三角洲相5-60分选性差，结构不稳定，粉砂薄层多，有交错层理，不规则尖灭状及透镜体状泻湖相5-60颗粒极细，孔隙比大，强度低，常夹有薄层泥炭溺谷相 颗粒极细，孔隙比大，结构疏松，含水量高，分布范围较窄内陆平原湖相5-25粉土颗占主要成分，层理均匀清淅，泥炭层多是透镜体状，但分布不多，表层多有小于5m的硬壳洞庭湖、太湖、鄱阳湖、洪泽湖周边河床相、河漫滩相、牛轭湖相＜20成层情况不均匀，以淤泥及软黏土为主，含砂与泥炭夹层长江中下游、珠江下游及河口、淮河平原、松辽平原山地沉积谷地相＜10呈片状、带状分布，谷底有较大的横向坡，颗粒由山前到谷中心逐渐变细西南、南方山区或丘陵地区软土的主要物理力学特征　　　　　　　　　　　　　　表6-3类型天然密度γ(kN/m3)含水量ω（%）孔隙比e有机质含量（%）压缩系数a1-2(MPa-1)渗透系数k(cm/s)快剪强度标准贯入值N63.5Cu(kPa)φu(°)软黏土16-19ωL<ω<100>1.0<3>0.3<1×10-6<20<10<2淤泥质土3-10淤泥>1.5泥炭质土10-16100-300>310-50>2.0<1×10-3<10<20泥炭10>300>10>50<1×10-2(4)渗透系数小，一般在1×10-4-1×10-8cm/s之间。

沉降速度慢，固结完成所需时间长而大部分淤泥和淤泥质土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉砂、细砂、粉土等，故在垂直方向的渗透性比水平方向要小5)压缩性高，淤泥和淤泥质的压缩系数一般为-1，最大达4.5MPa-1，且随着土的液限和天然含水量的增大而增高6)抗剪强度低，软土的快剪黏聚力小于10kPa，快剪内摩擦角小于5度，固结快剪的强度略高，凝聚力小于15kPa，内摩擦角小于10度7)软土的灵敏度高，灵敏度一般在2-10之间，有时大于10，并具有显著的流变特性三、软土地基处理的目的与原则由软土组成的地基具有以下特点：（1）地基承载力低；（2）路基的沉降和差异沉降较大；（3）路基沉降历时长；由于软土地基的承载力较低，如果不做任何处理，一般不能承受较大的荷载软土上的路堤可能会因为过大的沉降引起开裂甚至剪切破坏因此在软土地基上修建路基，要求对软土地基进行处理软土地基处理的目的主要是改善地基的工程性质，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度软土地基处理有许多方法，如换土法、挤压法、排水固结法、胶结硬化法、调整路基结构法各种方法都有各自的特点和作用机理没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种地基处理方法的综合。

第三节　换土法一、开挖换土填当软土地基的承载力和变形不能满足设计要求，而软土层的厚度又不是很大时，将路基底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、二灰土等)或其他强度较高、性能稳定、无侵蚀性的材料，并用人工或机械方法压(夯、振)实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换土法换土法按回填材料的不同，命名为不同的垫层，如砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰土垫层等虽然垫层材料不同，其应力分布稍有差异，但从试验结果分析其极限承载力还是比较接近的通过沉降观测资料，发现不同材料垫层的特点基本相似，故可以近似按砂垫层的计算方法进行计算但对湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等某些特殊土采用换土法处理时，因其主要目的是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性和冻胀性，所以在设计时所需考虑解决问题的关键也应有所不同换土法的处理深度通常宜控制在3m以内，也不宜小于0.5m，因为垫层太薄，则换土垫层的作用也不显著1．垫层材料的选择(1)砂和砂石垫层材料用砂和砂石料作为垫层材料时，应选用颗粒级配良好、质地坚硬的中、粗砂为佳，可掺入一定数量的碎(卵)石，但要分布均匀，颗粒的不均匀系数(Cu)最好不小于10。

砂垫层的用料虽然不是很严格，但含泥量一般不超过5％，也不得含有植物残体、垃圾等有机杂质如用作排水固结地基的砂、石材料，含泥量不应大于3％，并且不应夹有过大的石块或碎石(<50mm)，因为碎石过大会导致垫层本身的不均匀沉降2)素土垫层材料素土可采用施工过程中挖出的黏性土，土料中有机质含量不得超过5％，也不得含有冻土或膨胀土当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm素土垫层材料不应采用地表耕植土、淤泥及淤泥质土、杂填土等3)灰土垫层材料灰土垫层是将路基底面下一定范围内的软弱土层挖去，用按一定体积配合比的灰土在最佳含水量条件下分层回填夯实或压实，适用于处理厚1-4m的软弱土层①石灰在施工现场用作灰土的熟石灰应过筛，其粒径不得大于5mm熟石灰中不得夹有未熟化的生石灰，也不得含有过多的水分石灰的性质取决于其活性物质(氧化钙、氧化镁)的含量，石灰中氧化钙、氧化镁含量越高，其活性越大，胶结力越强一般常用的熟石灰粉末质量应符合Ⅲ级以上的标准，活性氧化钙、氧化镁含量不得低于50％；如拌制强度较高的灰土，应选用Ⅰ、Ⅱ级石灰当括性氧化物含量不高时，应增加石灰的用量石灰储藏时间不宜超过三个月，长期存放将会使其活性降低。

②土料灰土中的土料不仅作为填料，而且参与化学反应，尤其是土中的黏粒具有一定的活性和胶结性，含量越多，则灰土的强度也越高工程施工时常采用施工中挖出的不含有机质的黏性土或塑性指数大于4的粉土拌制灰土，不得使用表面耕植土、冻土、膨胀土以及有机质含量超过8％的土料土料应过筛，其粒径不得大于15mm③石灰用量对灰土强度的影响灰土中石灰用量在一定范围内，其强度随用灰量的增加而提高；但石灰用量超过一定限值后，灰土强度就增加很小，并有逐渐降低的趋势如体积配合比为1：9的灰土，强度很低，只能改善土的压实性能；而体积配合比为2：8和3：7的灰土，一般为最佳含灰率，但与石灰的等级有直接关系，通常应以氧化物含量8％左右为最佳采用石灰、粉煤灰按适当比例加水拌和、分层夯实的垫层，称为二灰垫层它和灰土垫层相似，但强度比灰土垫层高其最佳含水量比灰土大，干密度比灰土小压实系数为0．94-0．97，干密度为940-970kg/m3，施工最佳含水量为50％左右，石灰掺入量以15％-20％为宜4)碎石和矿渣垫层材料碎石垫层用的碎石粒径，一般为5-40mm的自然级配碎石，含泥量不大于5％矿渣垫层应根据工程的具体条件选用矿渣垫层材料。

大面积填铺时，多采用不经筛分的不分级高炉混合矿渣，最大粒径不大于200mm或不大于碾压分层虚铺层厚的2/3；小面积垫层采用20-60mm分级矿渣，采用的矿渣应符合下列技术条件：①质地坚硬，稳定性合格，无侵蚀性；②松散密度不小于1.1t/m3，压碎指标不大于13％，含硫量不大于1.5％，铁矿含量不大于1％；③泥土与有机杂质含量不大于5％在碎石和钢渣垫层的底部，为防止基坑表层软弱土发生局部破坏而产生过量沉降，一般应设置一层15-30mm厚的砂垫层，砂料应采用中、粗砂，然后再铺筑碎石或钢渣垫层  2．垫层施工方法(1)当地基表层具有一定厚度的硬壳层，其承载力较好，能上一般采用机械时，一般采用分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用机械或人工摊平2)当硬壳层承载力不足时，一般采用顺序推进摊铺法3)当软土地基表面很软，如新沉积或新吹填不久的超软地基，首先要改善地基表面的持力条件，使其能上施工人员和轻型运输工具工程上常采用如下措施：①地基表面铺荆笆搭接处用铅丝绑扎，以承受垫层等荷载引起的拉力，搭接长度取决于地基土的性质，一般搭接长20cm当采用两层荆笆时，应将搭接处错开，错开距离以搭缝之间间距的一半为宜，荆笆搭接如图6-1所示。

图6-1  荆笆铺设示意图②表面铺设塑料编织网或尼龙纺织网，纺织网上再作砂垫层，如图6-2所示图6-2塑料纺织网铺设示意图③表面铺设土工合成材料，土工合成材料上再铺排水垫层，如图6-3所示以上软地基的常用施工方法，可单一使用，也可方织网混合使用，还可根据当地材料来源，选择具有一定抗拉强度、断面小的材料但应注意：a．饱水后材料要有足够的抗拉强度；b．当被加固地基处在边坡位置或将来有水平力作用时，由于材料腐烂而形成软弱夹层，给加固后地基的稳定性带来潜在影响④尽管对超软地基表面采取了加强措施，但持力条件仍然很差，一般轻型机械上不去，在这种情况下，通常采用人工或轻便机械顺序推进铺设，常用的有两种方式：用人力手推车运砂铺设和用轻型小翻斗车铺垫也可以将砂料运送到施工沿线两侧，用轻型推土机或皮带输送机运至路基，辅以人工找平应该注意的是，无论采用何种施工方法，在排水垫层的施工过程中都应避免对软土表层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果3．施工中的注意事项(1)换土法施工的关键是将垫层材料压实到设计要求的密实度压实的方法常用的有机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法这些方法要求垫层材料分层铺设，然后逐层振密或压实。

①机械碾压法是采用压路机、推土机、羊足碾或其他压实机械。