地基加固處理技術在道路工程施工中應用
2015-06-30
緒論
地基加固處理技術在建筑工程、道路工程及橋梁工程軟弱土地基加固施工中已廣泛應用并取得了良好收效，在垃圾土地基處理方面還很少應用。長虹西路延長線改建工程道路工程K0+180~K0+615區(qū)段總長度435米范圍為生活垃圾、渣土堆填區(qū)，在該段道路路基的施工中，采用了多種地基處理技術對堆填垃圾土路基進行了綜合加固處理，節(jié)約了工程投資，縮短了施工周期。該段道路于2004年8月20日竣工通車以來，歷經三個春秋，歷經重型交通三年的正常通行，該路段路面質量經多次檢查，路面中線高程、橫坡、井框與路面高差均無變化。個人認為，這證明了地基加固處理技術在該路段應用成功。本文將對該工程實踐加以回顧總結，希望能開拓思路，為以后在其它特殊地基上修建道路進行地基處理方案的選擇和實施提供參考。
一 、地基加固處理方法、材料及設備
1．地基加固處理技術
地基加固處理技術根據(jù)軟弱土特點和所需處理的目的發(fā)展起來，在多年實踐中已形成了一定理論、方法，相應的應用材料技術、設備技術也得到了長足發(fā)展。因此，在采用此項技術前應首先了解其主要方法、常用材料及設備。
2．地基加固處理技術作用機理及常用方法
2．1作用機理
地基處理的作用機理大致有土質改良、土的置換、土的補強等三類。土質改良是指用機械（力學）的、化學、電、熱等手段增加地基土的密度，或是地基土固結，這一方法是盡可能地利用原有地基。土的置換是將軟土層換填為良質土如砂墊層等。土的補強是采用薄膜、繩網、板樁等約束住地基土，或者在土中放入抗拉強度高的補強材料形成復合地基，以加強和改善地基土的剪切特性。
2．2地基處理的方法
根據(jù)其作用和原理大致分為六類，分述如下：
碾壓及夯實法是采用重錘夯實，機械碾壓，震動壓實，強夯（動力固結）。此法利用壓實原理，通過機械碾壓夯擊，把表層地基土壓實；強夯則利用強大的夯擊能，在地基中產生強烈的沖擊波和動應力，迫使土動力固結密實。適用于碎石土、砂土、粉土、低飽和度的黏性土，雜填土等，對飽和黏性土應慎重采用。
換土墊層包括砂石墊層，素土墊層，灰土墊層，礦渣墊層。以砂石、素土、灰土和礦渣等強度較高的材料，置換地基表層軟弱土，提高持力層的承載力，擴散應力，減小沉降量。適用于處理暗溝、暗塘等軟弱土的淺層處理。
排水固結處理法有天然地基預壓，砂井預壓，塑料排水帶預壓，真空預壓，降水預壓等形式。它的作用原理是在地基中增設豎向排水體，加速地基的固結和強度增長，提高地基的穩(wěn)定性；加速沉降發(fā)展，使基礎沉降提前完成。適用于處理飽和軟弱土層，對于滲透性極低的泥炭土，必須慎重對待。
振密擠密法常見的有振沖擠密，灰土擠密樁，砂樁，石灰樁，爆破擠密等等。它的作用原理是采用一定的技術措施，通過震動或擠密，使土體的孔隙減少，強度提高；必要時，在震動擠密過程中，回填砂、礫石、灰土、素土等，與地基土組成復合地基，從而提高地基的承載力，減少沉降量。適用于處理松砂、粉土、雜填土及濕陷性黃土。
置換與拌入法有振沖置換，深層攪拌，高壓噴射注漿，石灰樁等。此法采用專門的技術措施，以砂、碎石等置換軟弱土地基中的部分軟弱土，或在部分軟弱土地基中摻入水泥、石灰或砂漿等形成加固體，與未處理部分土組成復合地基，從而提高地基承載力，減少沉降量。適用于黏性土、沖填土、粉砂、細砂等；振沖置換法對于不排水剪切強度Cu<20KPa時慎用。
土的加筋補強法常見有土工聚合物加筋，錨固，樹根樁，加筋土等方法。在地基或土體中埋設強度較大的土工聚合物、鋼片等加筋材料，使地基或土體能承受抗拉力，防止斷裂，保持整體性，提高剛度，改變地基土體的應力場和應變場，從而提高地基的承載力，改善變形特性。適用于軟弱土地基、填土及陡坡填土、砂土。
3．土工合成材料
土工合成材料是以人工合成的聚合物為原料制成的各類型產品，是道路巖土工程中應用的合成材料的總稱。它可置于巖土或其他工程結構內部、表面或各結構層之間，具有加筋、防護、過濾、排水、隔離等功能。土工合成材料的種類有土工網、土工格柵、土工膜袋、土工織物、土工復合排水材料、玻纖網、土工墊等。
采用土工合成材料加筋可提高路堤的穩(wěn)定性，臺背路堤加筋能夠減少路基與構筑物之間的不均勻沉降。土工合成材料還可用于坡面防護與沖刷防護。
4．經編增強土工格柵
本工程使用經編增強土工格柵。
經編增強土工格柵是土工合成材料的一種，是經編增強骨架織物經涂覆瀝青混合物而成，較一般的機織類、無紡類、合成類等土工織物的性能更加優(yōu)越，具有高強度、高模量、低蠕變、抗腐蝕、抗老化、抗脆裂及可預設計的等多種特性。在瀝青路面的建造和修復上應用經編增強土工格柵可有效提高路面的承載能力，有效地控制車轍、反射裂縫，抗冷熱收縮裂縫，延長路面使用，提高使用效率。在路基上應用經編增強土工格柵可大大減少路基的不均勻沉降，提高路基的承載能力，并可大大提高施工效率。
5．藍派沖擊壓路機
本工程使用了藍派沖擊壓路機。
藍派沖擊壓路機依靠沖擊力、振動力和靜重力三者共同作用進行壓實。它的沖擊力可達250噸，振動采用振動作用較大的大振幅低頻率振動方式。
藍派沖擊壓路機的壓實有效深度在1米以上，且有效深度范圍內壓實土密度比較均勻；而重型的振動壓路機的壓實有效深度僅在0.3米至0.5米之間，每層壓實土的密度隨深度增加而減小。
藍派沖擊壓路機的工作效率與振動壓路機相比也較高，每臺班平均可完成10000平方米的碾壓（按20遍計），是振動壓路機的5倍。
藍派沖擊壓路機隨機配置的連續(xù)沖壓反應測試系統(tǒng)利用土的動力剛度是土的密度的函數(shù)的原理，在土比較軟時，在沖擊作用下裝在沖壓機輪子上的儀器測到的減速度值比較低；如果土的密度加大，則土的剛度加大，在沖擊作用時，測到的減速度值加大。這種測試儀器可以測到每次沖擊的減速度峰值，同時，該系統(tǒng)裝有全球定位系統(tǒng)，無論沖壓機走到哪里，系統(tǒng)都會表現(xiàn)出這個位置，這樣測得了每個位置的減速度峰值，就可以得到一個圖形，它表示所有被沖壓部位的剛度，也就是對密度的一種反映。這一測試手段無須挖坑取樣進行密度、壓實度測試，無須配置專用大型設備進行回彈模量測試，比傳統(tǒng)的壓實度測試手段省時省力，而且能反映大面積的普遍情況（傳統(tǒng)測試只能測試一些代表性的點來代表大面積的質量）。
二、長虹西路延長線改建工程概況
長虹西路延長線改建工程是京周公路改造工程的重要組成項目之一，設計起點長虹西路、終點京石高速閻村立交橋匝道，全長770.784m，道路橫斷面設計為城市干道三幅斷面設計，全寬38米。在京周公路改造工程實施過程中，長虹西路延長線工程的順利實施，是京周公路交通導行，實現(xiàn)進京方向半幅路施工的重要條件之一長虹西路位于房山區(qū)良鄉(xiāng)鎮(zhèn)內，是良鄉(xiāng)鎮(zhèn)內主要交通干道，同時也是連接鎮(zhèn)內其他道路的交通樞紐，對穿鎮(zhèn)市到京周公路的交通流量具有重要的局部分流作用。由于京石高速立交上跨線較窄導致良鄉(xiāng)至房山的雙向交通在此出現(xiàn)擁堵，瓶頸現(xiàn)象嚴重。將長虹西路延長接至京石立交匝道，可緩解此處的交通壓力，同時配合京周路的改造。
因此，只有確保本項工程的順利竣工并盡早通車，才能保證京周公路改造工程整體組織計劃全面實現(xiàn)。作為此項工程的施工負責單位，我們深知本工程在京周公路改造工程系列工程重要作用，必須切實地科學組織、合理安排、嚴格管理、精心施工，按照業(yè)主要求的工期、質量圓滿地完成此項工程任務。
三、路基處理方案確定的背景
1．設計文件中關于堆填垃圾范圍內路基處理方案
長虹西路延長線改建工程設計文件中指出，現(xiàn)況路段內K0+330－K0+600長270米范圍為生活垃圾、渣土填埋坑。若全部挖出工程量較大，在保證道路結構穩(wěn)定的前提下此段采用路基局部還填，清除垃圾至原狀地表高度，（1）在滿足路面結構厚度的條件下，再向下?lián)Q填1米厚天然砂礫，（2）若不滿足路面結構厚度，則繼續(xù)下挖至同時滿足路面結構厚度和換填厚度。換填1米厚天然砂礫下鋪設土工格柵，以增加路基穩(wěn)定性。
2．施工現(xiàn)場原貌實況
我公司于二ΟΟ四年五月份，承接了房山區(qū)京周公路改建工程長虹西路延長線改建工程項目的施工任務，由于工期緊、任務重，我們立即著手進行各項準備工作，同時進行現(xiàn)場挖探。
我們沿道路樁號按一定間距布設探溝11道，在明顯為不良土紙?zhí)幫谔娇?個，進行全面挖探。經機械挖探后，發(fā)現(xiàn)垃圾堆填層深度為3m~7.8m，分布于K0+180~K0+615區(qū)段，總長度達435米，分布寬度為道路全寬范圍。其分布面積之大，深度之深都遠遠超出業(yè)主及設計的預計，如果全部換填，總換填量預計達九萬立方米。
垃圾堆填埋區(qū)堆積密實度不一、垃圾組成成分雜（主要以建筑垃圾、生活垃圾為主），且結構松散，堆積物極不均勻，按常規(guī)施工方法進行壓實處理幾乎不可能實施，更無法保證質量。
另外，由于垃圾經多年浸泡腐蝕，惡臭難聞，刮風時，白色垃圾漫天飛舞，不僅影響施工人員的身心健康，同時給周圍環(huán)境也造成污染，給居民帶來諸多不便，如何能盡可能降低垃圾污染也是我們應當關注的問題。
3．業(yè)主要求
施工單位應根據(jù)現(xiàn)場條件提出幾種科學可行的方案，必須保證工程質量，必須可實施保證工程工期，工程造價盡可能降低。
四、地基加固處理方案的確定
1．方案的提出
1．1方案一
對于地基不符合工程要求的情況，傳統(tǒng)的做法是全部挖除并換填適宜土，層層壓實達到規(guī)范要求的密實度，從而保證路基的穩(wěn)定性和力學要求。
1．2方案二
設計提出的局部換填方案是應用了地基處理方法中“換土墊層法”和“土的加筋補強法”。只要對格柵基底垃圾層進行處理，提高地基的承載力，減少沉降量，使格柵基底平整堅實便于施工并保證格柵有效地發(fā)揮作用便可達到設計要求。經有關專家現(xiàn)場查勘并討論，采用大功率壓實設備對垃圾地基進行振沖擠密，可以使土體的孔隙減少，強度提高，在震動擠密過程中，回填灰土與地基土組成復合地基，可以達到如上目的。最終，我們選用了藍派沖擊式壓實機并采用30厘米厚5%的石灰土進行回填的“振密擠密法”對格柵基底垃圾層進行處理，從而完善了局部換填方案。
2． 方案比較
2．1經濟比較
全部換填工程預計直接工程費為：
（90000-16000）*（35+35）+16000*（35+70）=6860000元
局部換填工程預計直接工程費為：
16000*（35+70）16000*14+8*20000=2064000元
說明：A.垃圾總量預計為90000立方米,清理并消納費單價為35元;
B. 換填天然砂礫總量預計為16000立方米,單價為70元;
C.換填適宜土單價為35元;
D.30厘米厚灰土共16000平方米,單價為14元;
E. 藍派沖擊壓路機預計8臺班,每班按20000元計。
由以上計算可見，采用地基加固處理局部換填方案的施工成本比全部換填方案施工成本要節(jié)省三分之二以上。
2．2 工期比較
全部換填施工周期按挖運90000立方米，回填90000立方米，每天4000立方米計，約須44天才能完成全部換填工作；而采用地基加固處理局部換填方案，挖填總量僅為32000立方米，施工周期8天，灰土施工周期4天，強夯施工周期8天，共計20天。由上述可見，采用地基加固處理局部換填方案的施工周期比全部換填方案施工周期要節(jié)省一半以上。
2．3技術比較
地基加固處理局部換填方案采用應用比較成熟的地基加固處理方法、先進設備和材料，質量保證和技術先進性要明顯優(yōu)于全部換填方案。
3．方案確定
我們將兩種方案上報業(yè)主后，業(yè)主組織設計、監(jiān)理及有關專家討論后，確定采用地基加固處理局部換填方案。
五、方案實施
5．1施工工藝流程
5．2地基加固處理主要過程
5.2.1灰土墊層施工
灰土墊層與清除換填層垃圾同時進行，灰土施工前應進行場地平整預壓實，然后再進行30公分厚灰土墊層施作，攤鋪時須平整穩(wěn)壓，以便藍派沖擊壓實機作業(yè)。
5.2.2地基的沖擊夯實
灰土墊層完成后應及時開始沖擊壓實,防止白灰結板失效。為保證地基壓實度達到設計要求，選用壓實效果較好的藍派沖擊式壓實機進行沖擊壓實作業(yè)。經過20遍的沖壓后,藍派沖擊壓實機隨機測試系統(tǒng)顯示，土基回彈模量達到了設計標準。經現(xiàn)場實測，垃圾層面下降了15.5�，灰土墊層頂面由設計路面下1.66m降至路面下1.815m。
5．2．3灰土整平
經沖擊壓實后的基面一般不平整，須重新對經過藍派沖擊壓實后的基面進行細找平以便下道工序施工。本工程采用T140推土機進行平整、18噸振動壓路機進行壓實，連續(xù)3遍后，基面達到了平整密實。
5.2.4土工格柵鋪設
格柵鋪設前首先須鋪設格柵底基層，基底不能有顆粒（大于5�），平整度不大于10mm,壓實度不小于90%，以確保格柵鋪設平整穩(wěn)定。本工程采用攤鋪30�厚砂礫層作為其底基層，經仔細找平壓實后達到了要求。
玻纖格柵鋪設時須注意，鋪設完成后應及時檢驗及時覆蓋，嚴禁在太陽下暴曬，嚴禁車輛直接蹂壓，覆蓋層厚度不小于30�且粒徑不大于5�。另外，縱橫搭接不小于10�，用配置的鋼釘夾墊片固定，鋼釘間距不大于1.5m并且要成梅花狀，不能出現(xiàn)起鼓現(xiàn)象。
考慮到本工程的特點。我們選擇每件規(guī)格為4m寬，長50m，以盡量減少接縫數(shù)量。在施工過程中，嚴格按規(guī)范進行施工，質控、質檢人員不離現(xiàn)場。經監(jiān)理多次抽檢都比較滿意，從而作到了完成一段覆蓋一段，有效地進行了成品保護。
5.2.5天然砂礫回填施工
天然砂礫層施工是本工程路基處理的一項內容，也保證路基穩(wěn)定性的關鍵部位。施工時應分層攤鋪碾壓成活，進料及攤鋪時須嚴格把關石料的最大粒徑，碾壓時應調整其含水量至最佳含水量，壓路機須選用重型壓路機。并做到及時檢驗，確保天然砂礫層的壓實度達到設計要求。
六、結束語
長虹西路延長線改建工程采用地基加固處理方法進行地基的加固處理，在項目部的精心組織和嚴格管理下，不但節(jié)省了投資，縮短了施工周期，確保了本項工程如期竣工，而且為京周公路改造工程的順利開展奠定了堅實的基礎。
結論
本次工程的成功實踐為我們在現(xiàn)代技術、現(xiàn)代設備及材料的應用方面提供了一次寶貴的經驗。作為具有現(xiàn)代知識的技術人員，應當積極學習應用行之有效的技術成果，不斷提高工程項目的技術水平和質量保證能力。
應當指出的是，在應用新的技術成果方面，需要特別注意兩點：
一、任何一種理論和技術，都有一定的局限性。例如本文所提的地基處理方法，大多是根據(jù)軟弱土的特點和所需處理的目的而發(fā)展起來的，在具體應用時，切忌只要一種方法在一項工程中應用成功，便盲目套用。應從地基條件、處理的指標及范圍、工程費用、工程進度及材料來源、當?shù)丨h(huán)境等多方面進行考慮和研究后，再借鑒使用。
二、任何一種工藝方法都有相應的組織和管理，在應用一種新技術新工藝時，必須科學研究其過程，精心組織嚴格管理，才能保證新技術新材料有效發(fā)揮作用。
