软土膨胀土冻土地基土整治案例与分析.docx

1、软土膨胀土冻土地基土整治案例与分析软土、膨胀土、冻土地基土整治案例与分析12 特殊地基土整治 软土处理案例12.1.1案例一：1工程概况及地质条件xx高速公路合同段全长5.12公里，路面宽24.5米，其中软土地基29645平方米，插设塑料排水板75332延米，铺设砂砾垫层17787立方米，超载预压35574立方米。该段软基属“山地型”软土，表层为1-2米深的淤泥，下部为低液限粘土，软基最深处达到23m，含水量大，承载力小。其成因主要是由于泥质页岩风化产物和地表的有机物质经水流搬运，沉积于原始地形的低洼处，长期饱水软化，间有微生物作用形成。2加固原理简介塑料排水板的内部为聚乙烯或聚丙烯加工而成的

2、多孔道板带，外包土工织物滤套，具有隔离土颗粒和渗透功能。根据地基固结理论，粘性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比，施工时，通过插板机在软土地层中打入塑料排水板，可以改变原有地基的边界条件，增加孔隙水的有效排出途径，缩短排水距离。在上部荷载的作用下，地基中的水分能够通过塑料排水板的竖向孔道和砂垫层快速排出，从而加快地基固结和沉降的速率。3工法特点及适用范围相比袋装砂井等其它软基处理方法，该工法具有成本低、工效高、排水效果好的特点，因此广泛用于公路、铁路、机场、码头、堆放场、堤坝及房屋等软土地基的加固。4塑料排水板超载预压设计（1）排水板型号采用SPB-A型，宽度100，厚度4，纵向通水量 2

3、5cm3/s，复合体抗拉强度10cm。（2）井径由于塑料排水板与砂井的加固原理相同，设计使用日本构尾新一郎的算式，将塑料排水板的断面换算成相当直径的袋装砂井。设塑料排水板宽度为b，厚度为，则换算相当圆的直径为：dp=6（cm）换算系数，由试验求得，取（3）排水板的布置方式采用等边三角形布置。（4）排水板间距采用细而密的原则选择塑料排水板的直径和间距，井径比n取20。则据n=de/dw影响圆的直径为：de=ndw=206=120（cm） 根据de=反算出塑料排水板间距：L=110cm（5）排水板插设深度根据实际地质情况，塑料排水板的插设深度应到达软土层底部。（6）砂砾层和盲沟设计采用天然级配的砂

4、砾作为横向排水通道，砂砾层厚度为80cm.。为了让砂砾中的水能尽快排出路基之外，在砂砾层下设置片石盲沟，沟深60 cm，沟底宽60cm，沟顶宽120cm。（7）预压层厚度采用50cm。5施工工艺（1）工工艺流程塑料排水板的施工工艺流程见施工工艺流程图。（2）作业过程备工作先施工盲沟，并铺设一层40-50cm砂砾，用压路机碾压密实，从而为插板机提供足够的承载力，然后放出塑料排水板处理边界线和插板点位，配置其它插板用小型工具。板机就位施工采用门式轨道插板机。插板机组装调试完毕后，可在待处理地段端部的场地上进行试打，检验机器的性能、地质情况及工艺，如果一切正常，即可铺设枕木、轨道，将机器移入场内，准

5、备插板。打排水板将排水板装入卷筒，并通过门架上的滑轮将排水板引入套管中。将排水板从套管端头引出、折回，夹上短钢筋(桩位放样时插在桩位上)，用订板机订好（见钢筋锚固图）。钢筋锚固图拉紧排水板，将套管对准桩位。松开卷扬机，启动振动锤将套管压入地基。到达设计深度(预先在套管用红漆划上标志)后，启动卷扬机将套管拔出。则排水板被短钢筋锚固于孔底。在砂垫层以上50cm处将排水板剪断，用人工将其弯折，使其平贴于砂砾垫层并用砂砾覆盖，防止机械移动时污损，影响排水效果。将插板机移至下一点位施打排水板。填板孔，摊铺上层砂砾垫层插入塑料排水板后，在孔洞收缩之前，用中粗砂及时回填，防止泥土等杂物掉入孔内。所有插板完成

6、后，摊铺上层30-40cm厚的砂砾，防止塑料插板长期在空气中暴露引起老化。筑路基，超载预压填筑路基至设计标高，摊铺超载预压土层。（3）质量控制道延路线方向铺设，并使同一断面保持水平，以保证施打时垂直度%。打从护坡道向路中心推进，每排可打设59根，打完一排再向前移动门架，直至软基处理讫点。然后横移门架，返回施打下一幅。 拔套管时带出的淤泥，不得弃于砂垫层上，以免堵塞排水通道。 水板一般不允许接长。如果要接长时应剥开滤膜使芯板接平(搭接长度20cm)然后包好滤膜，再用订板机订牢。接长的根数不宜超过打设根数的5%，一般最多只允许接长一次。接长的板宜调整到护坡道位置打设。 构物两侧的沉降过渡段必须严格

7、按照长度、间距、过渡的起讫范围进行打设。桥台前锥坡2/3H(填筑高度)范围内也同样处理。工时应加强检查，保证板距、垂直度、板长、跟带长度等符合规范要求，否则应予重打，重打的桩位与原桩位置不大于板距的15%。 于施工段地表的硬壳(一般约在1.0m)，当套管拔起后所留孔洞，不能用粘土块或其他材料堵塞，必须用中粗砂灌满，以防堵塞排水通道使处理失败。工时逐桩做好施工记录。6路基沉降与稳定观测（1）沉降观测为了既能保证软土地基上路基在施工中的安全和稳定，又能保证正确预测后沉降，使工后控制在设计范围之内，因此在填筑过程中必须进行沉降和稳定观测，以严格控制填筑速率，避免加载过快出现路基剪滑破坏。设计使用沉降

8、仪观测路基沉降，菘构造如下图所示。沉降仪的埋设及构造在排水板插完后，开始埋设沉降观测仪，观测断面间距根据地质变化情况而定，一般每200-300米设一个，每个断面埋设5组，具体埋设位置如图所示。降观测的频次和技术要求：填土开始至填土终止后一个月内，每天观测一次，满载期间每周观测一次。水准基点、工作基点的高程控制，按工程测量规范中三等水准的要求执行。水准基点、工作基点在填土期间每周联测一次，满载期间每月联测一次。水准基点每段设两个，点位选在稳定、不易破坏的地方，工作基点沿线路方向适当布置，以方便施工为原则，距线路中心线100140米。沉降观测时，每测站的前后视应大致相等，黑红面所测高差不大于3mm

9、。（2）观测使用测斜仪和变位桩来观测变位情况，设置情况如图所示。面变位观测：观测断面每15米设一个，于两侧坡脚外2米、10米处设观测桩，采用木桩。采用光电测距仪观测，观测频次同沉降观测。中变位观测：观测断面设置同地面变位观测，每个断面埋设测斜仪4组。观测频次为每周一次。观测时应注意测斜仪的感应力方向与线路方向垂直，第一次测读后将测头提至管口处旋转180度，再测一次，测读时要等指示器读数稳定后再读取。再次测读时要保证在同一位置进行。将每次的实测值如实记录，每月绘制一次深层位移曲线，分析水平位移发展趋势。位测试和室内土工试验：路基加固前和预压稳定后，分别进行土体的物理力学性能试验、静力触探试验及十

10、字剪切试验。试验断面视工程和地质变化情况而定。7加固效果检验在开工前和超载预压后，选择四个断面分别进行现场十字板强度试验、室内试验和静力触探试验等，成果见土层物理力学指标对比表：土层物理力学指标对比表断面含水量(%)容重(Kn/ m3)压缩指数Cc视先期固结压力Pc(kPa)十字板强度Cu(kPa)开工前预压后开工前预压后开工前预压后开工前预压后开工前预压后K98+00079152K98+50085164K98+700116206K99+200110178可见，淤泥质粘土层主要物理力学指标在超载预压后均有较大改善，说明采用塑料排水板处理的地基经超载预压后，能改变土的结构，提高土的强度。8结束语

11、通过在xx高速公路X合同段的施工实践，可以得出这样的结论：（1）经处理后，土的含水量比加固前下降%，土的容重提高%，压缩指数降低40%，视前期固结压力提高%，十字板强度提高100%，地基承载力明显提高，塑料排水板结合超载预压法加固23m深的超深软基是切实可行的。（2）塑料排水板打入后要在加载情况下才能逐渐发挥固结排水功能，地基沉降时间长、强度增长缓慢，对于工期较紧的工程，建议结合反压护道、采用轻材料等方法进行处理。12.1.2案例二山岭重丘区的高速公路在平纵面设计时为使其达到相应的设计等级，难以避免高填或深挖现象。对于深挖的土质路堑，其路床往往由于地下水或毛细水的影响，使得其弯沉和压实度等技术

12、指标难以达到设计和规范的要求，换填法是此类路堑常用的方法之一。以xx高速公路深挖路堑为例，简单介绍一种快捷的换填法。1工程概况xx高速公路xx段位于广东省佛冈县境内，地处山岭重丘地带，沿线路基出现较多的高填深挖现象。由于受到地下水位及地质条件等因素的影响，开挖后的路堑特别是深挖的土质路堑若不进行特殊处理，其弯沉及压实度往往是难以达到设计及规范要求的。该线路中 K214+550K214+840 段就是众多深挖土质路堑的一个典型路段。该段路基宽 33.5m，按 6 车道测设。由于路基施工过程中需考虑整个标段乃至相邻标段土石方的填挖平衡和合理调配，加上前期不良天气的影响，该段施工到设计路床标高时，在

13、基底碾压方法处理达不到要求而多次返工。经现场调查，决定采用换填法处理。2工程地质情况K214+550K214+840 段为全断面开挖路堑，最高开挖高度达 47m，呈右高左低现象。两侧边坡外侧为农田、耕地，开挖到路床标高附近时，可见土层中有地下水渗出。现场取土样试验得其各项物理性质指标：土质为粉土质砂，其液限为 % ，塑限为 % ，塑性指数为，最大干密度为 1.84kg/cm3 ，最佳含水量为 % ，现场测得其天然含水量最小为 % ，最大为 % 。单从土工试验的土质指标来看，除含水量过高外，该路段土方是满足路基上路床（95 区）的使用要求的。但要面临的问题是如何将 0.8m 范围内的土层含水量降

14、低到最佳含水量，采用传统的翻晒及排水处理，在短期内明显是难以达到设计要求的。3处理方案从土工试验的结果可看出，该路堑路床土质的主要问题是由于地下水的影响，造成土层过湿，而无法采取超挖碾压（原设计方案）的方法进行处理，同时其地下水若不进行处理，必将影响今后的路基乃至路面的稳定。要解决此问题，需从三方面入手解决：首先是要降低地下水位，以免路基特别是上路床顶下 0.8m 范围内由于地下水的影响而失稳；其次是要隔断毛细水的上升，以保证路床填料保持其水稳状态；再次是选择强度及水稳性好的填料来换填部分路床的填土。根据上述分析，综合工期、经济、施工环境、施工工艺的可行性等诸多因素考虑，提出如下方案： （1）

15、将原纵向渗沟加深至 1.3m（原设计为0.8m），其断面为上宽0.8m，下宽0.6m的梯形，设置在路堑边沟内侧下沿；并增设横向渗沟，其断面尺寸为上宽 0.6m，下宽0.5m，深 0.5m 的梯形，其间隔为 15m 1 道，渗沟内纵横向PVC 塑料管相互联结，纵向渗沟的坡率同路面纵坡，横向渗沟的纵坡则同路面横坡（中间高，两侧低）。（2）换填路床顶面以下 0.6cm 的土层，换填料为底下 0.4m 碎石统料，顶上 0.2m 为水泥含量 4% 的底基层混合料（见图1）。 图1换填断面示意图 4施工程序及质量控制（1）基槽开挖采用 2 台中型挖掘机并列开挖，先左幅后右幅，先南段后北段，由于土层较湿，一

16、般的自卸汽车难以行走，故采用双后轴大型自卸汽车运载弃土。在开挖过程中若发现淤泥质土或特别湿软的地带，则在局部加深换填厚度。（2）渗沟施工采用特小型挖掘机或人工进行，先纵向渗沟，后横向渗沟。采用的碎石级配为 2040mm 或稍大粒径的碎石，泥或石粉的含量应满足混凝土使用的规范要求，注意横纵向的 PVC 塑料管相互联结牢固和保证排水顺畅。（3）基底碾压在渗沟敷设完毕后，采用推土机对基底进行整平，并采用小型压路机对基底进行碾压，以免地面松土与回填的统料混合。考虑到工期紧迫，在完成部分横向渗沟的敷设后便进行基底的整平碾压。局部超挖地带，先采用碎石土填平后碾压。 （4）回填碾压第一层碎石统料回填第一层碎

17、石统料应在渗沟施工完毕且完成基底碾压后进行。该层碎石统料起隔离地下水和渗透地表水的作用，要求填料的石粉含量尽量少，回填的厚度控制在0.2m 左右，采用推土机摊铺、大致找平，用 18t 振动压路机碾压 35 遍，表面无明显下沉现象为止。（5）回填碾压第二层统料回填第二层统料时，需严格控制其顶面标高，以保证其上层即水泥混合料层的厚度。因此在回填前应设好高程控制点，该层统料的石粉含量可适量增加，以利整平压实，整平后的松铺高度应比实际高 3050mm，以免压实后其高度偏低而造成水泥混合料层过厚而增加换填的成本。碾压遍数一般控制在 46 遍，直到碾压时表面无明显松软或下陷现象为止。由于上一层回填的水泥混

18、合料，一经压实后返工起来较为困难，因而当统料层回填完毕并经压实后，为检验其压实效果，可采用重型运输车辆在其上来回行驶，若表面没有出现明显的车轮下陷、坑洼松散、填料起弹簧的现象，则认为换填的统料层是满足要求的。（6）回填水泥混合料在统料回填完毕并经检验合格后，若标高偏差较大，则尚需进行修整，以保证水泥混合料层的回填厚度。回填水泥混合料层的施工方法同路面底基层的施工方法大致相同。（7）施工质量检测在水泥混合料层施工完毕 24h 后，经自检该段 12 个点位的压实度，最大值为 % ，最小值为 % ，代表值为 % ，完全满足路基上路床的要求。弯沉共检测80 个点，其中最大值为 56mm/100，最小值

19、为 18mm/100，评定代表值为 36.4mm/100，符合设计规定值 279.4mm/100要求。可见换填后该段路堑的压实度及弯沉均满足设计及规范的要求。 冻土处理案例12.2.1案例一1工程概况及地质条件四川境内xx公路工程多年平均气温，最冷月多年平均气温，该地区为季节性冻土区，冻土深度一2.0m。现有道路大部分地段老路基均存在不同程度的冻融翻浆现象，其严重程度同路基填料和地形条件密切相关，冰冻期从每年月开始，冬季产生强烈冻胀，使路基出现强烈变形，路面凹凸不平，至次年月中旬才能完全解冻，月以后原有路基开始软化和融沉，经汽车碾压成为泥泞的翻浆路，行车条件极差，断道现象经常发生。经实地勘探，

20、沿线表层一般有5.0 m左右的有机质、淤泥、腐殖土，下部为深厚的粉质粘土、粉土或砂砾石土，全线需处理的季节性冻土路基约。2病害分析影响公路翻浆的主要因素有土质、温度、水、路面与行车荷载等，其中土质、温度、水是形成翻浆的个自然因素，三者同时作用，才能形成翻浆。（）土质粉质土是最容易翻浆的土，这种土的毛细水上升较高且快，在负温度作用下，水分聚流严重，而且土中水分增多时强度降低很快，容易丧失稳定。粘性土毛细水上升虽高，但上升速度慢，因此，只有在水源供给充足，并且在土基冻结速度缓慢的情况下，才能形成比较严重的翻浆。粉质土和粘性土含有大量腐殖质和易融岩时，则更易形成翻浆。砂土在一般情况下不会形成翻浆，这

21、种土毛细水上升高度小，在冻结过程中水分聚流现象很轻，同时，这种土即使含有大量的水分，也能保持一定的高度。（）温度一定的冻结深度和一定的冷量（冬季各月负气温的总和）是形成翻浆的重要条件。在同样的冻结深度和冷量的条件下，冬季负气温作用的特点和冻结速度的大小对形成翻浆的影响也是很大的。例如，当初冻的时候气温较高或冷暖交替出现，温度在一一之间停留时间较长，冻结线长期停留在路面下较浅处，就会使大量水分聚流到距路面很近的地方，产生严重翻浆。反之，如冬季一开始就很冷，冻结线很快下降到距路面较深的地方，则土基上部聚冰少就不容易出现翻浆。除此之外，春天气温的特点和化冻速度对翻浆也是有影响的，如春季化冻时，天气骤

22、暖，土基急速融化，则会加重翻浆的程度。（）水翻浆的过程，就是水在路基中的迁移、变化的过程。路基附近的地表积水及浅的地下水，能提供充足的水源，是形成翻浆的重要条件。秋季及灌溉会使路基土的含水量增加，使地下水位升高，所以也会影响翻浆的发生。（）路面公路翻浆是通过路面的变形破坏而表现出来并按路面的变形破坏程度来划分等级的，因此，翻浆和路面是密切相关的。路面结构对翻浆有一定的影响，例如，在比较潮湿的土基上铺筑黑色路面后，由予黑色面层透气性较差，路基中的水分不能通畅地从表面蒸发，就可能导致路面变形，以致出现翻浆。这就是为什么有些砂石路面原来不翻浆，铺筑黑色路面后反而出现翻浆的常见原因.（）行车荷载公路翻

23、浆是通过行车荷载的作用，最后形成和暴露出来的。当其他条件相同时，在翻浆季节，交通量越大，车辆越重，则翻浆也会越多、越严重。3翻浆的防治（1）翻浆防治的设计原则翻浆地区的路基设计，要贯彻以防为主，防治结合的原则。路线应尽量设置在干燥地段，当路线必须通过水文及水文地质条件不良地段时，就要采取措施，预防翻浆。防治翻浆应根据地区特点、翻浆类型和程度，按照因地制宜、就地取材和路基路面综合设计的原则，提出合理防治方案。翻浆地区路基设计，在一般情况下，应注意对地下水及地面水的处理，并注意满足路基最小填土高度的要求。对于高级和次高级路面，除按强度进行结构层设计外，还需允许冻胀的要求进行复核。（2）翻浆防治的基

24、本途径提高路基，加强排水根据实际情况加高路基，使路基上部土层远离地下或地表水面。路基加高的数值，应根据当地冻土深度，路基土质和水文情况，以路基最小填土高度及临界高度确定，一般应保证路基处于干燥状态。良好的路面路基排水可防止地面水或地下水侵人路基，使路基土体保持干燥，从而减轻冻结时水分聚流的来源，这是预防和处理翻浆的重要措施。修隔温层在路面下铺一层炉渣、矿渣、碎砖等材料。因其小孔隙多，传热能力小，可使它下面的土层不冻结或减小冻结深度，起到预防翻浆的作用。隔温层的厚度一般为一，其宽度要比路面每边多。铺设隔离层当地下水位或地面积水位较高，路基处于潮湿或过湿状态，且又不宜提高路基时，可铺设隔离层。隔离

25、层铺设在路基顶面以下.处，目的在于隔断毛细管水上升进人路基上部，防止在负温差时的水分积聚，以保持路基上部处于千燥状态。隔离层按使用材料的不同，可分为透水和不透水两种。透水的隔离层是采用碎石、砾石、粗砂、无纺布等材料铺成的，厚度为.一.。不透水的隔离层可用沥青土（厚.一.）、喷洒沥青材料（一）或者铺油毛毯、塑料薄膜等做成。降低地下水位为了不让地下水大量上升到路基上部土层，可设法降低地下水，常用以下两种方法：设置渗沟，当地下水位较高时，可在边沟底下设置排水渗沟，以降低地下水位；路肩盲沟，为排除春融期路基中的自由水，达到疏干路基上部土体的目的，可在路肩上设置横向盲沟，盲沟应用渗水性良好的碎砾石填充，

26、沟底宜做成一的坡度，盲沟出水口应高出边沟水面。改善路面结构铺设砂砾垫层砂砾垫层采用砂砾、粗砂或中砂铺成，具有较大的空隙，能隔断毛细管水的上升；化冻时能蓄水，排水；冻融过程中体积变化小，可减小路面的冻胀和沉陷；具有一定的强度，能将荷载进一步扩散，从而减小路基的应力和应变。铺设石灰土、煤渣石灰土垫层石灰土的水稳性和冻稳性较好，能减轻路基的冻胀和翻浆。但在重冰冻地区潮湿路段不宜直接采用，需与其他措施配合应用，如石灰土下铺设砂垫层。煤渣石灰土防治路基翻浆的作用与石灰土大致相同，但水稳性比石灰土好。4该公路冻胀与翻浆的处治措施（1）、原则本路段处于季节性冻土地区，季节性冻土路基的防冻层采用砾石或碎石，隔

27、离层采用透水性土工布和砂砾石，其厚度根据沿线不同的地质条件和路基高度作了调整。（2）、处理方式路基高度（包括路面厚度）.，路基毛细水上升不到上路床，可不作处理；路基高度（包括路面厚度）.，且路基两侧排水条件较好路段，直接在路面底基层以下做的砂砾石或碎石防冻层；当路基两侧排水条件不好的路段，在底基层以下作厚的砂隔离层，隔离层上下铺单向无纺土工布；路基高度.，在路面底基层以下做的砂砾石或碎石防冻层；在零填及挖方地段，在路面底基层以下做的砂砾石或碎石防冻层。（3）、冻土处理的材料要求砂砾石隔离层选用粗砂和砾石材料，砾石粒径为5-40，且含泥量小于；隔离层上下铺设的土工布为单向有孔无纺土工布，单位质量

28、为g/m2。纵向抗拉强度，横向抗拉强度，纵、横向伸长率%；碎石隔离层（防冻层），选用碎石材料，其粒径要求为-，且含泥量小于。12.2.2案例二1工程概况及地质条件国道xx线（yy公路）zz段约，是yy公路的卡脖子路段，平均海拔5000以上，其中最高处界山达坂海拔为6700，该段土质基本上是粘土，且含有大量的易溶盐。主要公路病害为路基冻融翻浆。冻融翻浆带达40以上，过往车辆往往被困于此，给司机的生命健康带来了极大的威胁。2病害分析由于该段海拔极高，气温低，冬季路基开始冻结，不断向深处发展，上下层形成了温度坡差，土中温度高处的水分向上移动，从而造成大量水分积聚在土基上层，逐渐形成聚冰层。随着气候的

29、变化，零度等温线不断下移，形成多次聚冰层，土基中水分冻结，土体膨胀。夏季气温逐渐回升，土基开始解冻，路中溶解速度较两侧快，水分不易向下及两侧排除，路基上层含水量达到饱和或过饱和，加上该段公路只有路基没有路面，土基承载力极低，在重车荷载的反复作用下，路基就会出现翻浆现象，严重的地段甚至出现了陷车现象。根据调查，造成路基翻浆的因素主要有：（1）气候：该段海拔极高，属典型的寒带高原季风气候。冬长夏短。冬季平均气温为-21.9，夏季伟（5一9月）月平均气温在3.4-13.5。由于气候的反复变化，使冬季冻土聚集，春夏积雪融化，这是造成公路翻浆的重要因素之一。（2）土质：该段土质基本上是粘土，且含有大量的

30、易溶盐，毛细水上升高，在冻结过程中水分聚流现象严重。春融后土壤吸水能力强，吸水膨胀，土基承载力下降，这也是造成公路翻浆的主要原因之一。（3）水：本段路线主要从两山开阔地带的中部地势最低处穿过，沿线大部分区段为汽车碾压形成的自然便道，有路无基（路面与原地面平齐），排水设施少，路基排水困难，路线经过处由于多年冻土聚集，融雪水容易侵蚀路基，使道路整体抗灾能力差。（4）车辆超载：由于历史原因，xx公路投资少，设计标准荷载等级都较低，而阿里地区及沿途边防哨所所需物资基本上是从新疆叶城远运运距为1000KM以上），为降低运输成本，运输车辆基本上是大型车且严重超载（实际载重约为15一35）。在重车荷载的反复作用下，公路翻浆更加严重。（5）缺乏养护：由于路线多穿越人迹罕至的雪山、戈壁，沿线车流量少，道路等级低，地方重视程度差，养护投人少，路基积水不能及时排除，积雪不能及时清除，翻浆、雪害等公路病害不能及时治理，也加剧了公路翻浆的程度。3整治措施（1）改线原路线基本上穿越于两山之中的开阔谷地，不少路线设在地势最低处。每到春融季节，除路基本身冻土融化水无法排除外，两边雪山融水