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谈软土地区公路路基设计与处理方法

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摘要:结合施工案例,阐述S工程的基本情况及软土性质,探讨公路软土地区公路路基处理方法,通过采用科学方法能实现对软土地区公路路基的有效处理,以此提高公路工程项目的建设质量。

关键词:软土地区;软土性质;处理方法

引言

软土地基属于特殊的地基形式,在我国分布区域广泛,其特点是含水量较大、压缩性较高且抗剪强度偏低,这些因素导致道路的安全稳定性受到影响。对于高等级公路来说,合理设计软土地区的公路路基,有效处理软土地基问题非常必要。

1工程概况

1.1工程基本情况

S公路全长21km,由于使用问题需要进行改扩建,公路采用一级标准设计改造建设,设计时速为80km/h,路基宽度为25.0m,桥涵设计荷载为公路-I级,设计包括7座桥梁,无隧洞设计,桥梁结构采用空心板、简支箱梁T梁以及连续钢构结构。

1.2工程路基的软土性质

对S公路部分路段软土地基进行取样分析,了解其软土性质,发现工程施工路段的软土含水率范围在28%~70%之间。其中包含了30cm厚度的软土层,承载力达到8~170kPa,抗剪强度在20~45MPa,固结系数为4.25~35.5×104cm/s,压缩系数为2.1~3.1范围内。以工程主要建设路段为例,其软土地基中包括了冲洪积淤泥质黏土,整体呈现流塑状态。根据我国《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》相关内容,S公路软土地基的液限、天然孔隙比都小于1.0,而天然含水量在35%以上,剪切强度大于35kPa,所有指标均大于细则,因此需要对该公路软土地基进行处理[1]。

2软土地区路基设计与地基处理方法

2.1路基设计

S公路工程在新老路基结合部横断面方向采用了“内密外疏”的设计方式调整桩间距,保证路面正下方地基处理桩间距相比坡脚下方地基处理桩间距更密集。为有效增加新老路基的结合面积,主要采用开挖台阶方法实施拼接,保证开挖后每一级台阶能够铺设一定长度的高强度土工格栅,有效改善路基的应力分布状态,提高路基的整体性,减小不均匀沉降问题。考虑到S公路软土地基处理过程中涉及到的技术内容相对复杂,因此,在施工前需要有效控制参数与经济指标,选择合理的处理方法,对其中存在的问题进行修正。在技术设计方面,S工程采用直径为0.5m的水泥搅拌桩,且保持桩间距在1.1~1.5m,桩底设置穿透软土下卧层,并同时在桩顶设置了50cm的砂垫层。最后,该工程基于土工格栅配合双向钢塑土工格栅,在技术指标方面满足施工要求,保证每延米的纵横向抗拉强度都在80kN/m以上,伸长率不超过3%,拉紧后采用U形钉固定结构,采用钢筋布置间距为2m×2m的土工格栅。在软基处理中采用动态设计进行调整,动态设计的主要目的是完善设计方案,保证S工程中软土地基处治有效且彻底,保证路段交通安全运行,且动态设计应与施工安全、质量等监测工作结合展开。

2.2地基处理方法

S公路工程的地基处理方法采用了比选方案,结合比选分析,矩形方法能够将软土厚度、填土高度等制约因素进行优化调整,建立矩阵纵轴,分别在S工程的桥头位置、涵洞通道位置和一般路段位置设置不同沉降控制标准,建立矩阵横轴,对公路工程地基处理方案进行比选。在地基处理方面,主要通过“内密外疏”的间距调整,解决路面正下方的路基与坡脚路基差异沉降问题,完成施工中的地基处理横向与纵向过渡。在具体的地基处理方面,需要对其稳定安全系数的容许值、容许后的沉降问题进行分析,如表1、表2所示[2]。根据以上分析,S公路地基处理方案主要包括以下内容:(1)桥头软基处理采用传统塑料排水板配合堆载预压施工方法,该方法可有效调整桩长、间距、铺设土工格栅,减小差异沉降,其堆载预压施工技术主要是在公路路段通道、桥头两端位置堆载土方,保证预压高度在2.0~3.0m左右,且压实度在90%以上,保证预压范围在通道、涵洞两端50~80cm范围内展开。在预压过程中进行沉降观测,保证平均沉降量在5mm以内即可确定稳定性,此时可卸载预压土方并实施下一步施工[3]。(2)为有效减少纵向差异沉降引发的横向裂缝,S工程中专门设置了过渡段。主要根据工程实际状况与不同软基处理方法进行软基处理路段与非软基处理路段的有效调整,设置过渡段。工程中主要调整了CFG桩的桩长、桩间距,调整堆载预压时间,确保塑料排水板长度设计到位,同时实现路基变形的有效协调。(3)根据《公路路基设计规范》对S公路路段的主要固结沉降Sc及沉降系数ms二者的乘积表示地基总沉降量,得出以下公式:(1)式中:ms为沉降系数,受荷载大小、荷载施加速度、地质状况、地基处理方法等因素影响;Sc表示主固结沉降值,采用分层总和法进行计算分析。S公路工程中的沉降系数取值范围为1.1~1.8,主要根据工程实际状况进行合理取值,并估算[4]。(4)该工程在软土地基处理方面采用了加筋技术,主要利用柳条、竹片等天然材料配合玻璃纤维、尼龙等合成材料、不锈钢钢带等金属材料以及混凝土复合材料进行施工,保证软土地基加筋处理到位。施工中首先将土工格栅层埋入砂石垫层中,提高软土层综合强度,通过合层的形式增加软土地基的荷载承受能力,保证做到排水通畅;然后在实施土工隔栅铺设过程中保证材料质量统一一致,且确保路基平整,抗压强度满足施工要求,同时有效规避软土地基由于受力不均匀而产生的变形情况或超出材料拉伸范围情况。应在软土地基斜坡施工过程中检查施工材料的松紧度情况,确保其在标准范围内进行施工。(5)在轻质路堤施工方面,本工程采用了轻型材料作为填料修筑材料,该材料可有效降低工程中的路基土自重,对路基修筑非常有利,是当前软土地区公路路基设计施工研究的热点课题。S工程中结合土工泡沫塑料作为基础路基填料,配合粉煤灰工业废渣材料,保证做到压实密度到位,凸显其轻质、透水性好、无黏性、来源广泛等特点。路堤饱水后其强度会明显下降。施工中采用粉煤灰填筑路基,并采用排水与防护并行的施工措施。(6)施工中还采用了快速分离夯实法,这是S工程中采用的软土地基加固新技术。其建立在传统管井降水基础上,结合真空降水过程中的水气分离原理实施预压,该技术能够实现对传统管井的有效改进与优化,解决淤泥质土的固结困难问题。在施工过程中采用“塑料排水板+超载预压”方案有效提高施工效率,缩短工期。施工步骤为:①水土分离,配合现场试验数据计算确定水气分离高度,结合荷载预压振动压实,提高土体产生的静孔隙压力;②水气分离,根据荷载预压或震动压实提高土体静孔隙压力,在施工中结合水气分离技术排除土体内产生的超静孔隙水与超静孔隙压力。该工程在48h内完成上述技术操作,在夯实软土地基后静孔隙水压力也会完全消散;③分离预压,经过前两步的分离施工后,已经形成了大约8~10cm的硬壳层,利用该硬壳层插入深层进水分离管抽真空作业,以提高应力管桩的安全稳定性,保证管桩满足施工性能要求,同时提高软土地基路堤稳固程度。

3结语

软土地区公路路基的设计与处理方法内容复杂,技术应用涉及诸多问题。本文围绕S公路工程分析其处理措施,对公路路基的稳定性与沉降观测等方面进行判断分析,以提高工程项目建设质量,保证工程地基设计与处理合理有效。

参考文献:

[1]朱熙.探析高速公路路基设计及软土地基处理[J].中国公路,2019(16):106-107.

[2]赵昌春.路基工程软土地基处理对策分析[J].中国房地产业,2019(15):215.

[3]马文科.浅谈路基施工中软土地基的处理方法及适用范围[J].建筑工程技术与设计,2019(14):1887.

[4]魏锋.华南沿海地区公路软土地基处理技术比对研究[J].建筑技术开发,2019,46(13):163-164.

作者:赵锐军 单位:张家口通泰高速公路投资股份有限公司

谈软土地区公路路基设计与处理方法责任编辑:张雨    阅读:人次