探析公路工程路基加固技术

建材发展导向２０１２年Ｏ２月　交通路桥　探析公路工程路基加固技术　戴斌　（江苏省无锡市２１４０００）　摘要：随着当前高速公路建设的迅速发展，地基处理问题越来越受到有关单位的重视。本文论述了传统的路基加固技术，对诸如施工中的加固机理　施工方法，需要注意的问题进行了分析。　关键词：路基加固：加固机理：施工方法；排水；防护　１前言　面太干时，洒水湿润，使其含水量达到最佳，以保证上下土层结合良好。　近几年来，随着高速公路的发展，对地基的承载能力要求越来越高，　在路基边缘处，碾压机无法碾压之处应采用人工夯实并注意其质量控　天然的软土地基远远不能满足这些高档次的构造物对地基承载力的要　制。　求，我国对路基的处理按时间顺序分为几个不同的阶段，在２０世纪７Ｏ　２ｌ２强夯法　年代前，受技术发展不成熟、经济条件贫乏的限制，大多是在设计中有意　强夯法又称动力固结法（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｅｄ）或动力压实　识地避开软土地段进行建设，以免加大工程投资，又给公路的使用带来　法，该方法是由法国Ｍｅｎａｒｄ技术公司首创的一种土体加固方法。我国于　不良后果；　２Ｏ世纪８Ｏ年代开始，在天津新港、河北、山西等地进行了强夯法的试验　２路基的加固方法　研究，并取得了较好的加固效果，此后在全国推广使用。　２．１机械碾压法　２．２．１加固机理　机械碾压法是最常见的一种路基压实加固方法。该方法是用压路　早些的理论认为，由于强夯时巨大的冲击能量，使土体产生强烈的　机、推土机、平碾、羊足碾或其他碾压机械在路基表面来回开动，利用机　震动和应力，从而导致土中孔隙压缩，土体局部液化，夯击点周围产生裂　械自重把松散的路基土压实加固，以充分发挥路基土的强度，减少路基　隙，形成良好的排水通道，孔隙水顺利逐出，土体迅速固结以达到减少沉　在行车荷载作用下产生的沉降，增大路基土的不透水性，提高路基的强　降提高承载能力的目的。目前，除了该理论对强夯机理作了解释外，还有　度稳定性。这种压实方法常用于地下水位以上大面积填土的路基压实以　振动波理论。振动波理论认为：强夯的特点是将机械能转换为势能，再变　及一般非饱和粘性土和杂填土地基的浅层处理。　为动能作用于土体。在重锤作用于地基一瞬间，使土体产生强烈震动，类　２．１．１碾压机理　似了地震的震源，在地基土中产生震动波，从震源向四周传播。又因地基　在泥土中，在一定的压实动能下，当含水量很小时，土颗粒表面仅存　为一弹塑性材料，在巨大的冲击能作用下，质点在连续介质内振动，其振　在结合水膜，土颗粒间的引力很大，土颗粒间的相对移动困难，土的干密　动的能量可以传递给周围介质，而引起周围介质的振动。振动在介质内　度较小。随着含水量的增加，土颗粒表面水膜逐渐增厚，颗粒间引力逐渐　的传播过程可根据其作用、性质和特点的不同，分为体波和面波两种。　减小，土颗粒相互间在外力作用下容易发生相对移动，达到更密实的程　２．２．２强夯法加固路基施工工艺　度，干密度随之增加。但当含水量继续增加，超过最佳含水量以后，土颗　（１）施工要求：大面积夯实前需要试夯，由试夯对设计参数进行验　粒孔隙中几乎充满了自由水，虽然土颗粒易于移动，但多余的水不易排　证，若有不符之处需再调整，以便设计更合理；最终成型布置图，便于施　出，在外力作用下，孔隙水压增加，抵消了冲击作用，阻止土粒的移动，土　工；如夯击过程中出现弹簧等不利现象，应立即停止施工，改进方案；强　体反而得不到压实，干密度下降。由此可见，只有在一定的含水量范围内　夯的目的是加固土体，因此强夯结束后必须达到设计要求，否则需补夯。　压实，才能得到较好的效果。　（２）施工过程：先对场地平整，然后按照最终成型布置图确定夯击点　２．１．２施工方法　位；起重机就位，使夯锤对准夯击点位置，并测量夯点锤顶高程；将夯锤　公路填方应从最低处开始，由下向上整个路基宽度水平分层碾压。　起吊到预定高度，待夯锤脱钩下落后放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因　为了提高碾压效率，在碾压机械碾压之前用推土机铺土、推平，低速预压　坑底倾斜而造成夯锤歪斜，应及时将坑底整平；重复上述步骤３，按设计　４～５遍，以保证表面平实。然后用压路机采用“薄填、慢驶、多次”的方法　规定的次数夯击标准完成一个点的夯击；换夯点，重复上述步骤，直到完　碾压，填土厚度不得超过３Ｏｃｍ；碾压方向从两边逐渐压向中间，碾轮每　成第一遍全部夯点；用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；在全部夯点　次碾压与前次碾压后轮轮迹重叠一半左右；碾压时要控制行使速度，压　完成后，若无弹簧现象，可以进行第二遍夯击。　实遍数不少于６遍。每碾压完一层后（以轮子下沉量不超过２ｃｍ为度），　２－３注浆法　用人工或推土机拉毛，以保证层间的接合，然后继续填土碾压。当土层表　注浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀　●・４）－Ｉ・●・◆　◆　◆…◆　●Ｉｉｉ◆一ｌｉｔ●◆】ｌ¨￣１１１◆◆…ｒ●◆Ｉ¨●Ｉｌ●　◆●－’◆　●◆　●　◆’◆　●１，１ｉ●ｔｌ，◆　（１）结构系统的可靠度分析。对于结构系统可靠度分析的非常复杂　造成，而往往是设计、施工、使用等环节中人为差错造成的，这方面事例　的研究课题，许多学者对此从不同角度进行了研究，提出了一些概念和　很多，已成为目前研究热点之一。　方法。如结构可靠度分析的一阶矩概念及荷载为Ｆｅｒｒｙ　Ｂｏｒｇｅｓ　Ｃａｓｔａｎｈｅｔａ　（５）在役结构的可靠性评估与维修决策问题。对在役建筑结构的可　组合情况下的计算方法问题；利用系统系数，针对结构各种破坏水平所　靠性评估与维修决策正成为建筑结构学的边缘学科，它不仅涉及结构力　对应的极限状态不同，计算系统可靠度并进行结构设计的方法；利用蒙　学、断裂力学、建筑材料科学、工程地质学等基础理论，而且，与施工技　特卡洛（Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ）法采用重要抽样技术计算结构系统的可靠度等，同　术、检验手段、建筑物的维修使用状况等有密切的关系。同时，经典的结　时，一些学者还研究了系统可靠度界限的问题。总之，系统可靠度分析研　构可靠性理论，在在役结构的可靠性评估中也必将得到相应的发展。　究内容丰富，难度较大。　５结束语　（２）对结构极限状态分析的改进，除考虑强度极限状态外，还应考虑　桥梁工程问题的解决总是理论与工程经验的结合，掌握的知识越　结构的正常使用极状态、破坏安全极限状态，以及地震和其他特殊情况　多，桥梁结构的设计越合理，这也正是桥梁工程技术研究追求的目标。桥　下考虑能量耗损极限状态等　梁结构可靠度理论研究是内容极其丰富且复杂的重大研究课题，不仅仅　（３）目标可靠度的量化问题。虽然校准法已经部分解决了这个问题，　在理论上有许多重大问题需要解决，而且，将其应用到桥梁结构设计、评　但与实际情况相比，这方面的问题还远远没有解决。　估及维修决策之中尚有许多细致的工作要做。　（４）人为差错的分析。许多结构的失效并非由荷载、强度的不确定性　・２１１・　交通路桥　建材发展导向２０１２年Ｏ２月　钻孔灌注桩施工工艺流程及施工方法分析　谭荆　（中国武警交通第一总队第三支队）　摘要：由我单位承建的大广高速公路衡大段ｌＱ８合同段中干渠大桥，起讫桩号为Ｋ５１＋４３０．５～Ｋ５１＋６１１．５，路线全长１８１ｍ，桩基础共计６０根，桥墩桩　基桩径为１．５ｍ，桥台桩基桩径１．２ｍ。根据施工图纸提供的地质水文资料和施工现场调查分析，所有桩基的设计桩底未进入弱风化岩层，均为摩擦桩，且桩基　孔深范围内含有砂层，为了保证施工质量，我项目部拟采用反循环回转钻机施工。　关键词：钻孔工艺流程；施工方法；钻孔桩质量通病分析　１钻孔工艺流程及施工方法　１．１工艺流程　反循环钻机是利用泥浆泵将带有钻屑的泥浆从孔底由钻杆中心排到　泥浆池内，进而形成桩孑Ｌ。反循环钻机成孔灌注桩施工工艺流程图如图１。　１．２施工方法　（１）钻机就位稳固，开钻前检查护筒位置，桩基钻孔过程中每间隔１～　（３）钻孔检查　２ｈ，检查钻机位置及钻孔质量。钻机转盘中心同护筒中心偏差不得大　钻孔工作结束后，施工单位会同监理工程师进行钻孔检查。钻孔要　２ｃｍ，就位合格后，开始冲孔，起初稍提钻杆，在护筒内打浆，开始泥浆泵　符合下列允许偏差：　进行循环，待泥浆均匀后开始钻进。要适当控制进尺速度，在护筒底角处　平面位置：单排桩不大于５０ｍｍ；钻孔直径：不小于１５００ｍｍ；倾斜率：　低档慢速钻进，钻至底角下ｌｍ以后按正常速度钻进并经常检查泥浆指　直桩不大于１％；深度：符合设计要求。　标。采用反循环钻孔应采用减压钻进，即钻机的主吊钩始终要承受部分　（４）成孔后的清孔　钻具的重力，而孑Ｌ底承受的钻压不超过钻具重力之和（扣除浮力）的　钻孔深度达到设计标高后，对孔深、孔径进行检查，符合要求方可进　８０％。开孔的孔位必须准确，开始均匀慢速钻进，待钻头全部进入地层　◆Ｉｌ◆‘●－…◆・◆　◆…◆◆　◆一”●　ｌ¨◆　◆　●Ｉ　ｌ后，方可加速钻进。钻进时当地质情况为粉砂土时应改用正循环钻进并　视情况调整泥浆指标。对其它桩的钻孑Ｌ和开挖，需待在５ｍ范围内的混凝　土灌注桩完成２４ｈ后才能开始，以避免干扰邻桩混凝土的凝固。　（２）钻孔时及时填写钻孔记录，及时捞取渣样，并保存以判明土层，　钻机记录单不应涂改，并保存好备查，以便于地质资料相核对，如发现与　其不符，及时与监理工程师或设计单位联系，以便妥善处理。　地注入地层中，浆液以充填、渗透和挤密等方式赶走土颗粒间或岩石裂　隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来　松散的土料或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能　高和化学元素稳定性好的“结石体”。注浆方法目前常用的有四种，分别　为渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆、喷射注浆。　２＿３．１注浆法的加固机理　２．４桩基加固法　．　桩基加固是利用制孔机械设备在软土路基中钻孔，填入加固料制成　桩，桩和软土构成复合地基。加固料和土体共同作用，增加地基承载力。　根据填入孔中加固料不同而分为碎石桩、生石灰桩、挤密砂桩等。　２．４．１碎石桩　碎石桩根据成桩方式不同分锤击式碎石桩、预配式碎石桩和振冲碎　石桩等。振冲碎石桩与前两种桩相比具有操作简单、施工方便、成桩效率　高等特点，被广泛采用。碎石桩加固软土地基的机理是软土和碎石桩组　成复合地基，一般桩体应力要比土体应力高３～５倍。碎石桩的直径一般　为８Ｏ～９０ｅｍ，桩长视软土层厚度而定，一般桩长为６－８ｍ，间距按要求的　承载力通过计算确定，常按梅花或方形排列。粒径小于８ｃｍ的碎石、卵　石、砾石、矿碴等均可作为桩体填料。碎石桩顶部铺以Ｏ．５～１．０ｍ厚的碎石　垫层，一方面均布基底应力，另兼作横向排水通道。　２．４．２挤密砂桩　挤密砂桩是在软土地基制成的孔中灌入中、粗混合砂料或砂与角砾　２．３．２注浆法加固路基施工工艺　的混合料，以振动或冲击方式挤密形成砂桩。密实的砂桩挤密了软土层　（１）注浆次序：在设计注浆孔的排列时，一般原则是从外围进行围、　形成复合地基。挤密砂桩施工若置换率很大时应避免产生地面隆起和侧　堵、截，内部进行填、压，即先将注浆区圈围住，再在中间插孑Ｌ注浆挤密，　向挤出，这种情况一般发生在砂桩设置于约束力很小的超软土层中。遇　最后逐序压实，这样易于保证注浆质量。所以，注浆的施工次序必须遵循　此情况：①采用砂和角砾摩擦力较大的回填材料；②采用间隔挤密的方　逐渐加密的原则。先钻、注第一次序孔，而后开始第二次序孔的钻进和注　法。　浆，依次类推。这样还可以随着各次序孔的推进，及时地检查注浆效果。　２．４－３生石灰桩　为使浆液渗透均匀，注浆段长不宜太长。　生石灰桩是用２—５ｃｍ大小的生石灰块填入预先在软土层中冲好的　目前，关于注浆法的加固机理有以下三类理论：①渗入性注浆理论：　在注浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸　浆量及浆液扩散距离就越大。②劈裂注浆：在注浆压力作用下，浆液克服　地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土体结构的破坏和扰动，使地　层中原有的孔隙或裂隙扩张，或形成新的孔隙或裂隙，从而使低透水性　地层的可注性和浆液扩散距离增大。③压密注浆：通过钻孔向土层中压　入浓浆，随着土体的压密和浆液的挤入，浆液在压浆点周围形成灯泡形　空间，并因浆液的挤压作用而产生辐射状上抬力，从而引起地层局部隆　起。　（２）注浆施工中的技术管理：①注浆压力的管理：注浆压力是了解浆　孔眼中，形成石灰桩地基。生石灰桩加固软土地基的机理是生石灰遇土　液在地基中渗透情况的重要线索，是注浆施工中最基本的管理内容　根　据注浆压力的变化情况可以进行浆液流量、凝胶时间的调控，也可通过　注浆压力的变化来判断注浆情况。在向充填后的暗穴注浆时，所使用的　浆液主要是水泥浆。开始注浆时，采用的注浆压力较小（当有承压水时，　注浆压力应高于动水压力）。随着浆液的流动，水泥颗粒逐渐沉淀增加了　浆液流动阻力，这时需较高的注浆压力才能使浆液继续流动，最后达到　最终注浆压力。②浆液流量的管理在注浆施工中，对于充填后的暗穴采　用较小的浆液流量。由于其强度低，为避免采用过大的注浆压力，往往采　用较小的浆液流量。浆液流量一般调节在８　３０Ｕｍｉｎ范围内。实际上，由　于注浆设备的性能及经济性等原因，设备对流量的调节能力是有一定限　度的。因此，首先应决定浆液流量，然后据此来选用注浆设备。　体中孔隙水发生反应，在这一过程中生石灰吸收大量的水，使桩周围软　土中含水量降低，同时体积膨胀并放出大量热，土体被挤密；生石灰与土　体通过离子交换和胶凝作用，使土的物理、力学性能和结构都得到改善，　从而提高了土体的强度。增加软土地基承载力。生石灰桩加固后的软土　地基沉降量大为减小，因而在沉降要求严格的情况下采用。　３结束语　我国公路的发展方向是高速、重载线路，从设计标准、施工质量、对路　基沉降和强度都提出了更高要求。因此，要达到这种要求，就要从路基施工　准备阶段就开始重视，所有施工工序，都要严格管理，狠抓质量，才能从源　头上、根本上建设出社会效益和质量得到保证的工程，为人民造福。　・２１２・