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基于砂井处理方法的高速公路软土路基变形规律探究

(作者未知) 2009/12/22

   摘 要:由于软土路基变形机理的复杂性及其影响因素的多样性,软土路基变形控制研究一直是高速公路建设中的一个重要课题。采用理论分析、现场试验和数值模拟相结合的方法,对高速公路软土路基的变形规律进行了研究,以目标绕城高速公路K29+000砂井处理试验段为依托,对砂井处理软土路基的工程效果进行了初步研究。结果表明,砂井可以加快路基排水、加速路基固结,使路基土的变形模量得到提高,加固效果较好,是一种适合深厚软土路基处理的方法。
   关键词:砂井;软土路基;变形;现场监测;高速公路
   1 基于砂井处理方法的路基变形规律现场监测
   软土路基处理的方法有很多种,进行软土路基处理的目的是提高路基土的抗剪强度和压缩模量,满足沉降和稳定要求,使得路基在上部荷载作用下保持足够的稳定。在现场对各种处理方法的适用性进行对比研究,分析软土路基的变形规律是一个重要且有价值的手段。目标绕城高速公路北线工程,进行了包括浅层排水固结法、塑料排水板、砂井及粉喷水泥搅拌桩四类处理方法的路基处理效果方面的现场监测研究工作。本文研究砂井处理软土路基的方法及处理效果。
   1.1 砂井路基处理方法
   (1)砂井路基。如图1所示砂井路基是在路基中设置砂井竖向排水体,然后利用路堤本身重量逐渐加载;或在建筑物(构筑物)建造之前,在场地先行加载预压,使土中的孔隙水排出,逐渐固结,路基发生沉降,同时强度逐渐提高。该方法常用于解决软粘土路基的沉降和稳定问题,可使路基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成,使公路在使用期间不至于产生过大的沉降和沉降差,同时可增加路基土的抗剪强度,从而提高路基的承载力和稳定性。
   当软土层较薄或土的渗透性较好而施工期允许较长时,仅在地面铺设一定厚度的砂垫层,然后加载,土中的水沿竖向流入砂垫层而排出。当工程上遇到透水性很差的深厚软土层时才需要在地基中设置砂井竖向排水体,地面连以排水砂层,构成完整的排水系统。
   (2)砂井施工工艺。砂井成孔的典型方法有套管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆破法。
   ①套管法。该法是将活瓣管尖套有端靴的套管沉到预定深度,然后在管内灌砂、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、锤击沉管法、锤击静压联合沉管法和振动沉管法。采用静压、锤击联合沉管法施工,往往在提管时由于砂的拱作用及管壁的摩阻力会将管内砂带上来,使砂井夹泥或缩颈,这就会影响砂井的排水效果。为了不使套管内的砂带上来,保证砂井的连续性,一般辅以气压的施工工艺。
   采用振动沉管法,是以振动锤为动力,将套管沉到预定深度,灌砂后振动,提管形成砂井。采用该法施工不仅避免了管内砂随管带上,保证了砂井的连续性,同时砂受到振密,砂井质量较好。
   ②射水法。射水法是指利用高压水通过射水管形成高速水流的冲击和环刀的机械切削,使土体破坏,并形成一定直径和深度的砂井孔,然后灌砂而成砂井。射水成孔工艺对土质较好且均匀的粘性土路基是较适用,但对土质很软的淤泥因成孔和灌砂过程中容易缩孔,很难保证砂井的直径和连续性,对夹有粉砂薄层的软土路基,若压力控制不严,易在冲水成孔时出现串孔,对路基扰动较大。射水法成井的设备比较简单,对土的扰动较小,但在泥浆排放,塌孔,缩颈,串孔和灌砂等方面都还存在一定的问题。
   ③螺旋钻成孔法。该法以动力螺旋钻钻孔,属于干钻法施工,提钻后孔内灌砂成井。此法适用于陆上工程,砂井长度在19m以内,土质较好,不会出现缩颈和塌孔现象的软土路基。此法在美国应用较广泛,该工艺所用设备简单而机动,成孔比较规整,但灌砂质量较难掌握,对很软弱的路基也不太适用。
   ④爆破法。此法是先用直径73mm的螺纹钻钻成一个砂井所要求设计深度的孔,在孔中放置由传爆线和炸药组成的条形药包,爆破后将孔扩大,然后往孔内灌砂形成砂井。这种方法施工简易且不需要复杂的工具。
   1.2 工程实例
   目标绕城高速公路全长29.297公里,其中K8+617.57至K26+000段为六车道路段,K26+000至终点K37+877.28段四段四车道路段。线路所处地段很大一部分为软土路基,厚达20~30m。该段软土天然含水率高、强度低、压缩性高、透水性差,且具有单层和双层两种典型结构。为研究不同工程措施处理软土路基的效果及变形规律,并指导工程的大规模施工,指挥部选取了具有代表性的第八合同段(K26+000~K29+400)作为试验路段,进行包括浅层排水固结法、塑料排水板、砂井及粉喷水泥搅拌桩复合地基四类处理方法的各种参数共7种方案路基处理效果方面的研究工作。
   软土路基变形规律试验研究内容包括现场地质补充勘探、原位试验、室内土工试验、(未完,下一页

  
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