地基加固处理技术在道路工程施工中应用
2015-06-30
绪论
地基加固处理技术在建筑工程、道路工程及桥梁工程软弱土地基加固施工中已广泛应用并取得了良好收效，在垃圾土地基处理方面还很少应用。长虹西路延长线改建工程道路工程K0+180~K0+615区段总长度435米范围为生活垃圾、渣土堆填区，在该段道路路基的施工中，采用了多种地基处理技术对堆填垃圾土路基进行了综合加固处理，节约了工程投资，缩短了施工周期。该段道路于2004年8月20日竣工通车以来，历经三个春秋，历经重型交通三年的正常通行，该路段路面质量经多次检查，路面中线高程、横坡、井框与路面高差均无变化。个人认为，这证明了地基加固处理技术在该路段应用成功。本文将对该工程实践加以回顾总结，希望能开拓思路，为以后在其它特殊地基上修建道路进行地基处理方案的选择和实施提供参考。
一 、地基加固处理方法、材料及设备
1．地基加固处理技术
地基加固处理技术根据软弱土特点和所需处理的目的发展起来，在多年实践中已形成了一定理论、方法，相应的应用材料技术、设备技术也得到了长足发展。因此，在采用此项技术前应首先了解其主要方法、常用材料及设备。
2．地基加固处理技术作用机理及常用方法
2．1作用机理
地基处理的作用机理大致有土质改良、土的置换、土的补强等三类。土质改良是指用机械（力学）的、化学、电、热等手段增加地基土的密度，或是地基土固结，这一方法是尽可能地利用原有地基。土的置换是将软土层换填为良质土如砂垫层等。土的补强是采用薄膜、绳网、板桩等约束住地基土，或者在土中放入抗拉强度高的补强材料形成复合地基，以加强和改善地基土的剪切特性。
2．2地基处理的方法
根据其作用和原理大致分为六类，分述如下：
碾压及夯实法是采用重锤夯实，机械碾压，震动压实，强夯（动力固结）。此法利用压实原理，通过机械碾压夯击，把表层地基土压实；强夯则利用强大的夯击能，在地基中产生强烈的冲击波和动应力，迫使土动力固结密实。适用于碎石土、砂土、粉土、低饱和度的黏性土，杂填土等，对饱和黏性土应慎重采用。
换土垫层包括砂石垫层，素土垫层，灰土垫层，矿渣垫层。以砂石、素土、灰土和矿渣等强度较高的材料，置换地基表层软弱土，提高持力层的承载力，扩散应力，减小沉降量。适用于处理暗沟、暗塘等软弱土的浅层处理。
排水固结处理法有天然地基预压，砂井预压，塑料排水带预压，真空预压，降水预压等形式。它的作用原理是在地基中增设竖向排水体，加速地基的固结和强度增长，提高地基的稳定性；加速沉降发展，使基础沉降提前完成。适用于处理饱和软弱土层，对于渗透性极低的泥炭土，必须慎重对待。
振密挤密法常见的有振冲挤密，灰土挤密桩，砂桩，石灰桩，爆破挤密等等。它的作用原理是采用一定的技术措施，通过震动或挤密，使土体的孔隙减少，强度提高；必要时，在震动挤密过程中，回填砂、砾石、灰土、素土等，与地基土组成复合地基，从而提高地基的承载力，减少沉降量。适用于处理松砂、粉土、杂填土及湿陷性黄土。
置换与拌入法有振冲置换，深层搅拌，高压喷射注浆，石灰桩等。此法采用专门的技术措施，以砂、碎石等置换软弱土地基中的部分软弱土，或在部分软弱土地基中掺入水泥、石灰或砂浆等形成加固体，与未处理部分土组成复合地基，从而提高地基承载力，减少沉降量。适用于黏性土、冲填土、粉砂、细砂等；振冲置换法对于不排水剪切强度Cu<20KPa时慎用。
土的加筋补强法常见有土工聚合物加筋，锚固，树根桩，加筋土等方法。在地基或土体中埋设强度较大的土工聚合物、钢片等加筋材料，使地基或土体能承受抗拉力，防止断裂，保持整体性，提高刚度，改变地基土体的应力场和应变场，从而提高地基的承载力，改善变形特性。适用于软弱土地基、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为原料制成的各类型产品，是道路岩土工程中应用的合成材料的总称。它可置于岩土或其他工程结构内部、表面或各结构层之间，具有加筋、防护、过滤、排水、隔离等功能。土工合成材料的种类有土工网、土工格栅、土工膜袋、土工织物、土工复合排水材料、玻纤网、土工垫等。
采用土工合成材料加筋可提高路堤的稳定性，台背路堤加筋能够减少路基与构筑物之间的不均匀沉降。土工合成材料还可用于坡面防护与冲刷防护。
4．经编增强土工格栅
本工程使用经编增强土工格栅。
经编增强土工格栅是土工合成材料的一种，是经编增强骨架织物经涂覆沥青混合物而成，较一般的机织类、无纺类、合成类等土工织物的性能更加优越，具有高强度、高模量、低蠕变、抗腐蚀、抗老化、抗脆裂及可预设计的等多种特性。在沥青路面的建造和修复上应用经编增强土工格栅可有效提高路面的承载能力，有效地控制车辙、反射裂缝，抗冷热收缩裂缝，延长路面使用，提高使用效率。在路基上应用经编增强土工格栅可大大减少路基的不均匀沉降，提高路基的承载能力，并可大大提高施工效率。
5．蓝派冲击压路机
本工程使用了蓝派冲击压路机。
蓝派冲击压路机依靠冲击力、振动力和静重力三者共同作用进行压实。它的冲击力可达250吨，振动采用振动作用较大的大振幅低频率振动方式。
蓝派冲击压路机的压实有效深度在1米以上，且有效深度范围内压实土密度比较均匀；而重型的振动压路机的压实有效深度仅在0.3米至0.5米之间，每层压实土的密度随深度增加而减小。
蓝派冲击压路机的工作效率与振动压路机相比也较高，每台班平均可完成10000平方米的碾压（按20遍计），是振动压路机的5倍。
蓝派冲击压路机随机配置的连续冲压反应测试系统利用土的动力刚度是土的密度的函数的原理，在土比较软时，在冲击作用下装在冲压机轮子上的仪器测到的减速度值比较低；如果土的密度加大，则土的刚度加大，在冲击作用时，测到的减速度值加大。这种测试仪器可以测到每次冲击的减速度峰值，同时，该系统装有全球定位系统，无论冲压机走到哪里，系统都会表现出这个位置，这样测得了每个位置的减速度峰值，就可以得到一个图形，它表示所有被冲压部位的刚度，也就是对密度的一种反映。这一测试手段无须挖坑取样进行密度、压实度测试，无须配置专用大型设备进行回弹模量测试，比传统的压实度测试手段省时省力，而且能反映大面积的普遍情况（传统测试只能测试一些代表性的点来代表大面积的质量）。
二、长虹西路延长线改建工程概况
长虹西路延长线改建工程是京周公路改造工程的重要组成项目之一，设计起点长虹西路、终点京石高速阎村立交桥匝道，全长770.784m，道路横断面设计为城市干道三幅断面设计，全宽38米。在京周公路改造工程实施过程中，长虹西路延长线工程的顺利实施，是京周公路交通导行，实现进京方向半幅路施工的重要条件之一长虹西路位于房山区良乡镇内，是良乡镇内主要交通干道，同时也是连接镇内其他道路的交通枢纽，对穿镇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线较窄导致良乡至房山的双向交通在此出现拥堵，瓶颈现象严重。将长虹西路延长接至京石立交匝道，可缓解此处的交通压力，同时配合京周路的改造。
因此，只有确保本项工程的顺利竣工并尽早通车，才能保证京周公路改造工程整体组织计划全面实现。作为此项工程的施工负责单位，我们深知本工程在京周公路改造工程系列工程重要作用，必须切实地科学组织、合理安排、严格管理、精心施工，按照业主要求的工期、质量圆满地完成此项工程任务。
三、路基处理方案确定的背景
1．设计文件中关于堆填垃圾范围内路基处理方案
长虹西路延长线改建工程设计文件中指出，现况路段内K0+330－K0+600长270米范围为生活垃圾、渣土填埋坑。若全部挖出工程量较大，在保证道路结构稳定的前提下此段采用路基局部还填，清除垃圾至原状地表高度，（1）在满足路面结构厚度的条件下，再向下换填1米厚天然砂砾，（2）若不满足路面结构厚度，则继续下挖至同时满足路面结构厚度和换填厚度。换填1米厚天然砂砾下铺设土工格栅，以增加路基稳定性。
2．施工现场原貌实况
我公司于二ΟΟ四年五月份，承接了房山区京周公路改建工程长虹西路延长线改建工程项目的施工任务，由于工期紧、任务重，我们立即着手进行各项准备工作，同时进行现场挖探。
我们沿道路桩号按一定间距布设探沟11道，在明显为不良土纸处挖探坑4个，进行全面挖探。经机械挖探后，发现垃圾堆填层深度为3m~7.8m，分布于K0+180~K0+615区段，总长度达435米，分布宽度为道路全宽范围。其分布面积之大，深度之深都远远超出业主及设计的预计，如果全部换填，总换填量预计达九万立方米。
垃圾堆填埋区堆积密实度不一、垃圾组成成分杂（主要以建筑垃圾、生活垃圾为主），且结构松散，堆积物极不均匀，按常规施工方法进行压实处理几乎不可能实施，更无法保证质量。
另外，由于垃圾经多年浸泡腐蚀，恶臭难闻，刮风时，白色垃圾漫天飞舞，不仅影响施工人员的身心健康，同时给周围环境也造成污染，给居民带来诸多不便，如何能尽可能降低垃圾污染也是我们应当关注的问题。
3．业主要求
施工单位应根据现场条件提出几种科学可行的方案，必须保证工程质量，必须可实施保证工程工期，工程造价尽可能降低。
四、地基加固处理方案的确定
1．方案的提出
1．1方案一
对于地基不符合工程要求的情况，传统的做法是全部挖除并换填适宜土，层层压实达到规范要求的密实度，从而保证路基的稳定性和力学要求。
1．2方案二
设计提出的局部换填方案是应用了地基处理方法中“换土垫层法”和“土的加筋补强法”。只要对格栅基底垃圾层进行处理，提高地基的承载力，减少沉降量，使格栅基底平整坚实便于施工并保证格栅有效地发挥作用便可达到设计要求。经有关专家现场查勘并讨论，采用大功率压实设备对垃圾地基进行振冲挤密，可以使土体的孔隙减少，强度提高，在震动挤密过程中，回填灰土与地基土组成复合地基，可以达到如上目的。最终，我们选用了蓝派冲击式压实机并采用30厘米厚5%的石灰土进行回填的“振密挤密法”对格栅基底垃圾层进行处理，从而完善了局部换填方案。
2． 方案比较
2．1经济比较
全部换填工程预计直接工程费为：
（90000-16000）*（35+35）+16000*（35+70）=6860000元
局部换填工程预计直接工程费为：
16000*（35+70）16000*14+8*20000=2064000元
说明：A.垃圾总量预计为90000立方米,清理并消纳费单价为35元;
B. 换填天然砂砾总量预计为16000立方米,单价为70元;
C.换填适宜土单价为35元;
D.30厘米厚灰土共16000平方米,单价为14元;
E. 蓝派冲击压路机预计8台班,每班按20000元计。
由以上计算可见，采用地基加固处理局部换填方案的施工成本比全部换填方案施工成本要节省三分之二以上。
2．2 工期比较
全部换填施工周期按挖运90000立方米，回填90000立方米，每天4000立方米计，约须44天才能完成全部换填工作；而采用地基加固处理局部换填方案，挖填总量仅为32000立方米，施工周期8天，灰土施工周期4天，强夯施工周期8天，共计20天。由上述可见，采用地基加固处理局部换填方案的施工周期比全部换填方案施工周期要节省一半以上。
2．3技术比较
地基加固处理局部换填方案采用应用比较成熟的地基加固处理方法、先进设备和材料，质量保证和技术先进性要明显优于全部换填方案。
3．方案确定
我们将两种方案上报业主后，业主组织设计、监理及有关专家讨论后，确定采用地基加固处理局部换填方案。
五、方案实施
5．1施工工艺流程
5．2地基加固处理主要过程
5.2.1灰土垫层施工
灰土垫层与清除换填层垃圾同时进行，灰土施工前应进行场地平整预压实，然后再进行30公分厚灰土垫层施作，摊铺时须平整稳压，以便蓝派冲击压实机作业。
5.2.2地基的冲击夯实
灰土垫层完成后应及时开始冲击压实,防止白灰结板失效。为保证地基压实度达到设计要求，选用压实效果较好的蓝派冲击式压实机进行冲击压实作业。经过20遍的冲压后,蓝派冲击压实机随机测试系统显示，土基回弹模量达到了设计标准。经现场实测，垃圾层面下降了15.5�，灰土垫层顶面由设计路面下1.66m降至路面下1.815m。
5．2．3灰土整平
经冲击压实后的基面一般不平整，须重新对经过蓝派冲击压实后的基面进行细找平以便下道工序施工。本工程采用T140推土机进行平整、18吨振动压路机进行压实，连续3遍后，基面达到了平整密实。
5.2.4土工格栅铺设
格栅铺设前首先须铺设格栅底基层，基底不能有颗粒（大于5�），平整度不大于10mm,压实度不小于90%，以确保格栅铺设平整稳定。本工程采用摊铺30�厚砂砾层作为其底基层，经仔细找平压实后达到了要求。
玻纤格栅铺设时须注意，铺设完成后应及时检验及时覆盖，严禁在太阳下暴晒，严禁车辆直接蹂压，覆盖层厚度不小于30�且粒径不大于5�。另外，纵横搭接不小于10�，用配置的钢钉夹垫片固定，钢钉间距不大于1.5m并且要成梅花状，不能出现起鼓现象。
考虑到本工程的特点。我们选择每件规格为4m宽，长50m，以尽量减少接缝数量。在施工过程中，严格按规范进行施工，质控、质检人员不离现场。经监理多次抽检都比较满意，从而作到了完成一段覆盖一段，有效地进行了成品保护。
5.2.5天然砂砾回填施工
天然砂砾层施工是本工程路基处理的一项内容，也保证路基稳定性的关键部位。施工时应分层摊铺碾压成活，进料及摊铺时须严格把关石料的最大粒径，碾压时应调整其含水量至最佳含水量，压路机须选用重型压路机。并做到及时检验，确保天然砂砾层的压实度达到设计要求。
六、结束语
长虹西路延长线改建工程采用地基加固处理方法进行地基的加固处理，在项目部的精心组织和严格管理下，不但节省了投资，缩短了施工周期，确保了本项工程如期竣工，而且为京周公路改造工程的顺利开展奠定了坚实的基础。
结论
本次工程的成功实践为我们在现代技术、现代设备及材料的应用方面提供了一次宝贵的经验。作为具有现代知识的技术人员，应当积极学习应用行之有效的技术成果，不断提高工程项目的技术水平和质量保证能力。
应当指出的是，在应用新的技术成果方面，需要特别注意两点：
一、任何一种理论和技术，都有一定的局限性。例如本文所提的地基处理方法，大多是根据软弱土的特点和所需处理的目的而发展起来的，在具体应用时，切忌只要一种方法在一项工程中应用成功，便盲目套用。应从地基条件、处理的指标及范围、工程费用、工程进度及材料来源、当地环境等多方面进行考虑和研究后，再借鉴使用。
二、任何一种工艺方法都有相应的组织和管理，在应用一种新技术新工艺时，必须科学研究其过程，精心组织严格管理，才能保证新技术新材料有效发挥作用。
