6特殊土地區的路基施工6特殊土地區的路基施工1內容提要軟土地區路基施工；多年凍土地區路基施工；裂隙粘土地區路基施工；黃土地區路基施工；鹽漬土地區路基施工第6章特殊土地區的路基施工

內容提要21.軟土的特征軟土是指沿海的濱海相、三角洲相、河谷相,內陸平原或山區的河流相、湖泊相、沼澤相等主要有細粒土組成的天然含水率高〔接近或大于液限〕、孔隙比大〔一般大于1〕、壓縮性高和強度低的軟塑到流塑狀態的土層,包括泥炭、淤泥、淤泥質粘性土和淤泥質粉土等.所謂軟土,是都近代水下沉積的粘性土,凡含水量大于30%,孔隙比大于1,塑性指數大于13,有機含量小于10%,壓縮性大和強度較低者可統稱為"軟土".6-1軟土地區路基施工1.軟土的特征軟土是指沿海的濱海相、三角洲相、河谷相,內陸31.軟土的特征泥炭是沼澤在形成過程中的產物,也是沼澤地形的特征之一.淤泥和淤泥質土是在靜水或緩慢的流水環境中沉積,并經生物化學作用形成,天然含水率大于液限,天然孔隙比大于等于1.5的粘性土稱為淤泥；當天然含水率大于液限,而天然孔隙比小于1.5但大于等于1.0的粘性土或粉土稱為淤泥質土.6-1軟土地區路基施工1.軟土的特征泥炭是沼澤在形成過程中的產淤泥和淤泥質土是在42.軟土路基的處理措施6-1軟土地區路基施工路基坍塌2.軟土路基的處理措施6-1軟土地區路基施工路基坍塌52.軟土路基的處理措施6-1軟土地區路基施工路面沉降2.軟土路基的處理措施6-1軟土地區路基施工路面沉降62.軟土路基的處理措施6-1軟土地區路基施工在軟土地基上修筑路堤,有兩個特點：容易坍塌有較大的沉降2.軟土路基的處理措施6-1軟土地區路基施工在軟土地基上7鐵路路基的地基條件不允許發生發生基底破壞,也不允許發生過大的工后沉降和沉降速率.以往只對基底強度作要求,不允許地基破壞,對地基變形未重視.提速后的鐵路路基病害,大部分為地基變形所致.客運專線鐵路路基的設計理念正由強度設計向變形控制設計轉變客運專線鐵路路基地基,強度和剛度要求并重.6-1軟土地區路基施工2.軟土路基的處理措施鐵路路基的地基條件6-1軟土地區路基施工2.軟土路基的處82.軟土路基的處理措施6-1軟土地區路基施工軟土地基路堤的加固技術:<一>改變路堤的結構型式優化設計反壓護道反壓護道是借在路堤兩側填筑一定寬度和一定高度的護道的反壓作用,以防止地基破壞,保證路基穩定的一種有效措施,如上圖所示.優點與缺點？2.軟土路基的處理措施6-1軟土地區路基施工軟土地基路堤92.軟土路基的處理措施6-1軟土地區路基施工軟土地基路堤的加固技術:<二>人工地基人工地基是在軟土地基內設置各種材料制成樁,構成復合地基,或將地表換成性能良好的土料,以保證路基穩定性的一種方法.處理方法：換填法、預壓法、強夯法、震沖法、深層攪拌法等.2.軟土路基的處理措施6-1軟土地區路基施工軟土地基路堤10鐵路系統常用的地基處理方法淺層處理：換填法,砂墊層法、土工合成材料〔土工格柵、土工格室〕墊層法.排水固結法：袋裝砂井、砂井、塑料排水板堆載預壓、真空預壓、井點降水復合地基：水泥攪拌樁、粉噴樁、旋噴樁、砂樁、碎石樁強夯：強夯置換2.軟土路基的處理措施軟土地基路堤的加固技術:6-1軟土地區路基施工鐵路系統常用的地基處理方法2.軟土路基的處理措施軟土地基路11地基處理方法的選擇軟土層厚度小于3米時,淺層處理.一般路基,軟土層較厚,排水固結法.路橋過渡段：復合地基松軟地基、液化地基：軟土地基厚,施工受地域影響,采用粉噴樁.6-1軟土地區路基施工地基處理方法的選擇6-1軟土地區路基施工126-1軟土地區路基施工<二>人工地基淺層處理法：1、換填〔換土〕法換填〔土〕是以人工、機械或爆破方法將地基軟土挖除、換填強度較高的粘性土或砂、礫石、碎石等滲水材料,因為徹底地改變了基底土的性質,故效果良好.它適用于軟土層較薄、上部無硬土覆蓋的情況.若軟土被水淹沒,施工時可在路堤兩側筑以圍堰,以便于施工,并使填土過程不受水的浸泡,保證填土質量.6-1軟土地區路基施工<二>人工地基13淺層處理法：1、換填法〔1〕加固原理：根據土中附加應力的分布規律、讓墊層承受上部較大的應力,軟弱土層承受較小的應力.〔2〕作用：提高持力層承載力；減少沉降量；加速軟土層的排水固結；防止凍脹；消除膨脹土的脹縮作用.〔3〕要求寬度；填料與壓實標準6-1軟土地區路基施工淺層處理法：6-1軟土地區路基施工14〔4〕檢驗方法：壓實系數、地基系數.2、拋石擠淤法當軟土的液性指數較大,水不易抽干時,可采用拋石擠淤的方法強迫換土.爆破排淤是當軟土埋藏較深,厚度不大,換土施工困難或路堤較高、工期緊迫的情況下,利用爆破法排除淤泥以加速施工的方法.6-1軟土地區路基施工〔4〕檢驗方法：壓實系數、地基系數.當軟土的液性153、砂墊層法〔含反濾層〕4、土工合成材料墊層法搭接問題；多層鋪設；砂墊層要求；壓實問題6-1軟土地區路基施工3、砂墊層法〔含反濾層〕6-1軟土地區路基施工16排水固結法：原理：孔隙水排出,孔隙體積減小,地基產生固結變形.目的：解決沉降與穩定問題組成：排水系統：水平排水體：砂墊層豎向排水體：砂井、袋裝砂井、塑料排水板加壓系統：堆載法、真空預壓法、降水法、電滲法、聯合法6-1軟土地區路基施工排水固結法：6-1軟土地區路基施工17設計方法堆載預壓設計分級加載：當前期荷載增加到足以承受下級荷載時.利用天然地基土抗剪強度計算第一級允許荷載P1計算第一級荷載下地基強度增長值Cu1計算P1作用下達到所需固結度所需時間t1根據Cu1計算施加的第二級荷載P2=5.52Cu1/K依此類推計算預壓荷載下地基的最終沉降量和預壓期間的沉降量,確定預壓時間.6-1軟土地區路基施工設計方法6-1軟土地區路基施工18砂井排水固結設計砂井設計直徑和間距；深度；排列方式；布置范圍；砂料砂井地基固結度設計太沙基一維固結理論地基穩定分析：瑞典條分法沉降計算：分層總和法6-1軟土地區路基施工砂井排水固結設計6-1軟土地區路基施工19施工方法袋裝砂井：設備：履帶式雙管砂井機；門架式袋裝砂井機；井架式袋裝砂井機材料：砂袋—聚乙烯、聚丙烯、聚酯施工順序：清理場地：開挖排水溝,清表填筑土拱坡：設計路幅寬度范圍內回填至高出原地面20cm,以4%橫坡形成拱,碾壓密實.填筑砂墊層：均勻、等厚6-1軟土地區路基施工施工方法6-1軟土地區路基施工20機具定位打設套管孔口檢查起吊,下砂袋壩套管檢查砂井入土深度質量控制：砂料質量及含泥量套管長度與直徑,樁尖活門開啟情況灌砂的飽滿度垂直度砂袋的外露長度6-1軟土地區路基施工機具定位6-1軟土地區路基施工212>操作要點<1>排水坡及排水砂墊層的設置①首先清除加固范圍內地表的草皮及其它雜物,再將地表構筑成坡度不少于3%的路拱,并滿足密實度要求.②嚴格把握砂子進料關,按設計要求鋪設均勻等厚的排水砂墊層.

6-1軟土地區路基施工2>操作要點6-1軟土地區路基施工22<2>主要材料選定①砂袋:采用透水性、耐水性、韌性強的聚丙烯編織布制作,長度比設計井深長200cm.②砂料:選用滲水率高的干燥中粗砂,含泥量<3%.<3>機具定位根據袋裝砂井布置范圍及間距,用竹板樁準確定位每個砂井位置,機具定位時保證樁錘中心與地面定位在同一個點上,并用經緯儀控制樁錘導向架垂直度.6-1軟土地區路基施工<2>主要材料選定6-1軟土地區路基施工23<4>安設套管及樁尖①套管選用根據砂井直徑而定,不可太小,也不可太大,并在套管上刻畫出控制標高的刻度線.②活瓣式樁尖固定在套管上作為一個整體,套管定位利用起吊設備將其吊起,上端送入樁帽內,下端用人扶住準確安插在定位點上.6-1軟土地區路基施工<4>安設套管及樁尖6-1軟土地區路基施工24<5>套管打入當套管吊起定位后即可開錘施打,開始時落錘要輕緩,防止套管突然傾斜,套管入土深度距設計深度2m時,控制錘擊頻率,防止超深.<6>運、下砂袋①砂袋運輸采用特制車輛,嚴禁在地上拖拉.②下砂袋將整個砂袋吊起,從端部放入套管口,緩慢順直放入,防止砂袋扭曲和砂袋破損.

6-1軟土地區路基施工<5>套管打入6-1軟土地區路基施工25<7>拔出套管拔管時應先啟動激振器,后提升套管,要連續緩慢進行,中途不得放松吊繩,防止因套管下墜損壞砂袋,當帶出長度大于0.5m時重新補打.<8>袋頭處理套管拔出后,砂袋應露出孔口50cm以上,并將其垂直埋入砂墊層中,若砂袋不滿,及時向袋內灌砂補到足夠為止.6-1軟土地區路基施工<7>拔出套管6-1軟土地區路基施工26施工中常見故障處理1>在打入套管成孔過程中,如連續出現打入深度超過設計深度時,要更換較輕振動錘.2>下砂袋時,必須保證砂袋到達套管底部,如出現砂袋下不去的情況,可能是管內進入雜物,要拔出套管,檢查樁尖活門,排除管內雜物.6-1軟土地區路基施工施工中常見故障處理6-1軟土地區路基施工27塑料排水板施工順序：裝靴——定位——插設——上拔——切斷——移位6-1軟土地區路基施工塑料排水板6-1軟土地區路基施工28復合地基1、定義由兩種剛度〔模量〕不同的材料〔樁體與樁間土〕所組成,在相對剛性基礎上兩者共同分擔上部荷載,并協調變形的地基.2、分類樁體按成樁采用的材料分為：散體土類樁：碎石樁、砂樁；水泥土類樁：水泥攪拌樁、粉噴樁、旋噴樁混凝土類樁：CFG樁復合地基1、定義29復合地基按成樁后樁體的強度分：柔性樁：散體土類樁半剛性樁：水泥土類樁剛性樁：混凝土類樁3、復合地基的作用機理樁體作用墊層作用：樁土復合地基墊層加速固結作用碎石樁,砂樁具有良好的透水性,加速地基固結.水泥土類樁與混凝土類樁也可加速地基固結.擠密作用砂樁、碎石樁施工過程中由于振動,擠壓,排土作用等原因,使樁間土起到一定的密實作用.復合地基按成樁后樁體的強度分：30復合地基加筋作用復合地基提高土體的抗剪強度,增加土坡的抗滑能力.4、復合地基的破壞模式刺入破壞——混凝土類樁鼓脹破壞——碎石樁整體剪切破壞滑動破壞5、應力特性、承載力與變形特性樁土應力比復合地基承載力復合地基復合地基加筋作用31復合地基6、粉噴樁6.1特點通過特殊裝置將壓縮空氣和粉體固化材料,經過高壓軟管和攪拌軸送到攪拌葉片的噴嘴噴出.借助葉片的旋轉,在葉片的背后產生孔隙,安裝在葉片背后的噴嘴將壓縮空氣連同粉體固化材料一起噴出,混合氣體在孔隙中壓力急劇降低,使固化材料黏附在旋轉產生孔隙的土中,轉到半周另一葉片將土和粉體固化材料攪拌混合在一起.復合地基6、粉噴樁32復合地基6.2施工工具攪拌主機,粉體固化材料供給機,空氣壓縮機,攪拌翼,動力部分.6.3施工工序開工鉆孔對位鉆孔至設計深度打開送料閥門,關閉送氣閥門,噴粉.確認粉到達樁底,提升鉆頭,繼續噴粉.提升至設計標高,停止噴粉.打開送氣閥,關閉送料閥,空壓機不停,攪拌鉆頭升至樁頂,停止提升,轉2min.在鉆至復攪深度,反鉆提升,復攪.提升至地面,停主電機,空壓機復合地基6.2施工工具33復合地基6.4操作要點試樁不少于2根,確定施工參數：鉆進速度,提升速度,攪拌速度,其流量,空氣壓力.必須鉆到設計深度.復攪時〔停止噴粉〕,重疊長度不小于1米.復合地基6.4操作要點34復合地基7、水泥攪拌樁7.1施工程序鉆機就位預攪下沉按設計確定的配合比,制備水泥漿提升、噴漿、攪拌重復上、下攪拌清洗移位復合地基7、水泥攪拌樁35復合地基7.2施工須知在頂端0.3～0.5m時,上覆壓力較小,攪拌質量較差,場地整平標高應比設計標高高出0.3～0.5m.制樁到地面,然后將上部0.3～0.5m差的樁段挖去.垂直度偏差<1%,樁徑不小于設計值.試樁,確定施工參數.漿液不得離析,泵送應連續.攪拌下沉不易水沖.因故停漿,攪拌機下沉至停漿點以下0.5m,恢復后噴漿提升.復合地基7.2施工須知36復合地基8、擠密砂樁將砂樁打入軟土地基,使密實的砂柱體擠密軟弱土層,形成復合地基.有外荷載作用時,應力向砂樁集中,使樁周圍土層承受的壓力減小,沉降也相應減小.根據我國在淤泥質粘土上打樁前后的荷載試驗,其沉降量可比天然地基減小20％～30％,因而適用于對沉降要求較嚴的工程.同時,砂樁與砂井一樣,在土中形成排水通路,能加速地基土固結沉降的速率,改善地基的整體穩定性,提高地基的承載力.

復合地基8、擠密砂樁37復合地基

擠密砂樁采用中、粗混合砂料,含泥量不得大于5％,也可用砂與角礫的混合料.設計規則規定,灌砂要密實,灌砂率不應小于90％．砂樁直徑根據置換率要求以及施工機械、成樁方法等綜合因素考慮,宜用較大直徑.我國目前常用30cm,最大50～70cm,國外多用60～80cm,最大可達150～200cm.樁在平面上布置成三角形或正方形；樁長不應小于危險滑弧的深度；對于厚度不大的軟土,樁長應穿透軟弱層.砂樁頂面應鋪以砂墊層以利排水.復合地基擠密砂樁采用中、粗混合砂料,含泥量不38砂樁適用于松散砂土、人工填土、粉土或雜填土等地基,可以提高地基的強度,減少地基的壓縮性,或提高地基的抗震能力,防止飽和軟弱土地基液化.砂樁適用于松散砂土、人工填土、粉土或雜填土等地基,可以提高地基的強度,減少地基的壓縮性,或提高地基的抗震能力,防止飽和軟弱土地基液化.成樁方法有振動沉管法和錘擊成樁法.振動沉管法是使用振動打樁機將樁管沉人土層中,并振動擠密砂填料.錘擊成樁法是使用蒸汽或柴油打樁機將樁管引入土層中,并用內管夯擊密實砂填料,實際上這也就是碎石樁的沉管法.砂樁適用于松散砂土、人工填土、粉土或雜填土等地基,可以提高地39<1>材料選擇 砂樁的填料宜用級配較好的中粗砂,也可用礫砂.對于飽和軟粘土,因為原地基較軟弱,側限不大,為了利于成樁應選用級配好、強度高的砂礫混合料；填料中最大顆粒尺寸由樁管直徑和樁尖的構造決定,以能順利出料為宜,但最大不應超過50cm.關于材料的含水量：在飽和土中施工時,砂的含水量宜采用飽和狀態；在非飽和且能形成直立樁孔孔壁的土層中用搗實法施工時,含水量采用7％~9％.<1>材料選擇40<2>施工順序施工時應注意打樁先后位置次序：為使砂樁進展順利,擠密砂樁宜從路之一側向另一側施打,或由中心向兩邊施打.從道路縱向而言,宜從道路一端向另一端施打,避免由兩端向中間施打,以減少擠密砂樁施工的困難.<3>施工機械砂樁機械通常包括樁機架、樁管及樁尖、提升裝置、擠密裝置<振動錘或沖擊錘>、上料設備及檢測裝置等.高能量的振動砂石樁機配有高壓空氣或水的噴射裝置,同時還配有自動記錄樁管貫人深度、提升量、壓人量、管內砂石位置及變化以及電機電流變化等的檢測裝置.<2>施工順序41一次拔管法施工工藝首先,用振動沉樁機將安有活瓣式或脫離式管靴的導管,在規定的樁孔位置垂直就位；然后,將樁管沉入軟土層中,并達到設計高程<略深一個樁靴的深度>；之后,用裝砂漏斗或采用空壓機將砂灌入導管；灌滿之后,封閉管口,通入壓縮空氣或者加入水,緩慢提起導管直到地面,再拔管的同時邊振動邊輸入壓縮空氣<或水>使活動瓣門開啟<或脫離式樁靴離開導管>,樁管中的砂通過壓縮空氣的力量或水的作用落人孔中,形成砂樁.一次拔管法施工工藝42逐次拔管法Ⅰ、施工工藝首先,將帶有樁靴的導管在規定的位置垂直就位；然后,將樁管沉入軟土到設計高程；之后,用料斗向導管內灌裝砂子；灌滿之后,在振動以及向導管輸送壓縮空氣的條件下,邊振動邊將導管拔起一定高度,停止拔管繼續振動若干秒,使落入孔中的砂密實；之后再拔起一定高度又繼續振動,如此反復進行,直到導管拔出地面.Ⅱ、質量控制根據工地試驗,每次拔起樁管0.5m,停拔繼振20s,可使砂樁的樁身相對密度達到0.8以上,樁間土相對密度達到0.7以上.逐次拔管法43重復壓拔管法首先,將樁管在設計位置垂直就位；然后,將樁管沉入土層中達到設計高程,如果樁管下沉速度很慢,可以利用樁管下端噴嘴射水口加快下沉速度；之后,用裝砂料斗向導管內灌砂；灌滿之后,在振動的條件下,將導管拔起到規定高度,同時向樁管內送入壓縮空氣使砂容易排出落入樁孔,樁管拔起后核定砂的排出情況；之后,用振動機將管按規定深度往已灌砂的孔中壓下,使樁徑擴大并振實；如此反復進行,直到導管拔出地面.對于樁管每次拔起和壓下的高度,應根據砂樁直徑要求通過試驗確定.重復壓拔管法44碎石樁碎石樁的結構與砂樁相同,樁身由碎石充填,其加固機理與砂樁不同的是它不是擠密而是置換.由于碎石樁的剛度大于地基中的軟粘土,地基應力重分布,荷載大部分由碎石樁承擔,樁土應力比值一般為3～5.碎石樁受荷后,產生徑向變形,且引起周圍土體產生被動抗力.如粘土強度過低,碎石樁得不到所需的徑向支持力,就不能達到加固的目的.因此天然地基的強度大小是形成復合地基的重要條件.根據經驗,天然地基的抗剪強度大于20kPa,碎石樁加固地基才有較好的效果.

復合地基碎石樁復合地基45碎石樁的直徑較大<常用80～90cm>,樁長設計方法與砂樁相同,當軟土較厚樁身不穿軟弱層時,復合地基可起墊層作用,將荷載擴散使應力分布均勻,提高地基的承載力并減小沉降及沉降差.選用碎石樁材料時若考慮級配,則形成的樁能起排水砂井的作用,因而它也能提高土的抗剪強度,增大路堤的穩定性.復合地基碎石樁的直徑較大<常用80～90cm>,樁長設計方法與砂樁相46復合地基8.1施工方法：振沖擠密法：沉管法,干振法振動成樁：沖擊成樁8.2加固機理：松散砂土擠密排水減壓砂基預震粘性土置換加速排水易發生鼓脹復合地基8.1施工方法：47§5.1軟土地區路基2、擠密砂樁軟土地基被打入砂樁后,土中的密實砂柱體擠密了軟弱土層,形成復合地基,當有外荷載作用時,應力向砂樁集中,使樁周圍土層承受的壓力減小,沉降也相應減小,根據我國在淤泥質粘土上打樁前后的荷載試驗,其沉降量可比天然地基減小20一30%,因而適用于對沉降要求嚴格的工程.同時,砂樁與砂井一樣,在土中形成排水通路,加速了地基土固結沉降的速率,改善了地基的整體穩定性,地基承載力也得以提高.§5.1軟土地區路基2、擠密砂樁486-1軟土地區路基施工3．碎石樁

碎石樁的結構與砂樁相同,樁身由碎石充填,其加固機理與砂樁不同的是它不是擠密<軟土>,而是置換.由于碎石樁的剛度大于地基中的粘性土,地基應力重分布,所以荷載大部分由碎石樁承擔,樁土應力比值一般為3—5.碎石樁受荷后,產生徑向變形,且引起周圍的粘土產生被動抗力.如粘土強度過低,碎石樁得不到所需的徑向支持力,就不能達到加固的目的.因此天然地基的強度大小是形成復合地基的重要條件,根據經驗,天然地基的抗剪強度大于20kPa,碎石校加固地基才有較好的效果.6-1軟土地區路基施工3．碎石樁494．生石灰樁生石灰樁是用2—5cm的生石灰塊填入軟土孔眼中,形成生石灰樁地基,樁的平面布置與砂井相同.樁徑通常為20一40cm,樁距為樁徑的3倍左右,樁長視軟土層的厚度而定,一般不宜很長,常在10m以內.生石灰樁加強軟土地基的加固機理是生石灰遇水反應成熟石灰,在這一過程中,生石灰要吸收占其重量32%的水,并且體積膨脹一倍,同時放出大量的熱,使樁周土體含水量降低．體積又得以擠實；生石灰與土之間的離子交換和膠凝反應使土的性質和結構都得以改善,從而提高了土的強度.6-1軟土地區路基施工4．生石灰樁6-1軟土地區路基施工505、鋪設土工織物

在路堤與基底間鋪設一層或多層的土工聚合物,可以起到柔性支撐和濾墊作用.土工織物的主要材料是聚脂、聚丙烯、聚酰胺等高分子化合物的合成纖維．統稱為土工織物或土工布,分為有紡與無紡兩大類.根據工程要求可選用不同強度和不同外形、厚度的織物,其功能有以下四個方面：<1>滲透排水作用；<2>加固作用；<3>隔離作用,對路基道床與基床用無紡土上織物隔離,防止翻漿冒泥;<4>反濾作用,在土坡滲流出口處鋪以無紡上工織物,可以起到反濾層作用．防止土坡修流處發生管涌現象.6-1軟土地區路基施工5、鋪設土工織物6-1軟土地區路基施516-2黃土地區路基施工中國黃土西起新疆伊犁,東至山東膠東,北起吉林、內蒙,南至云南、西藏,約70萬平方公里,北緯33——47度之間,干旱半干旱地區,年平均降雨量250——500毫米,約占國土面積的7%.覆蓋廣：厚度大：

5-10米〔低階地〕,20,50—180,200米〔高階地,蘭州西津村400米〕分布連續：平原,丘陵,高原,山地烏梢嶺以東,太行山以西,長城以南,秦嶺以北的黃河中游地區,28萬平方公里6-2黃土地區路基施工中國黃土西起新疆伊犁,東至山52性質