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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流湿陷性黄土地区路基加固措施及机理分析.精品文档.湿陷性黄土地区路基加固措施及机理分析XXX（XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX）摘要：湿陷性黄土浸水后在土自重或外荷载作用下会发生下沉现象，强度也会降低。黄土湿陷具有很大的危害性，道路工程中要对路基进行处理。常用的地基处理方法有：土或灰土垫层、土桩或灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等。本文先从湿陷的机理、影响因素入手，分别对以上处理方法进行了概述。关键词： 黄土 湿陷性 路基加固黄土指的是在干燥气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄色粉性土，是砂粒、黏土和少量方
2、解石的混合物，浅黄或黄褐色，内部空隙较大，用手搓捻容易成粉末。土质肥沃。我国西北部是世界有名的黄土地带，土层厚度可达二三百米。湿陷性黄土是指在覆盖土层的自重应力或自重应和其它附加力综合作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉，其强度也随着迅速降低的黄土。由于覆盖土层的自重应力而引起的湿陷称为自重湿陷，由于自重应力和其它附加应力综合作用而引起的湿陷称为非自重湿陷。1.黄土湿陷性的机理黄土湿陷现象是一个非常复杂的物理、化学变化过程。对黄土湿陷机理的分析有多种理论和观点，其中最为著名的是欠压密理论，由于黄土是在干燥气候条件下形成的多也性的土，由于蒸发而使土体中的钙、镁等胶结物对土粒形
3、成加固黏聚力，土体湿度不大的情况下，上覆土层对下层的压力小于这个黏聚力，土的状态就处于欠压密状态。当含水量增加时，胶结物和水作用，从而失去了黏聚力，产生湿陷。2.黄土湿陷性的影响因素2.1黄土的结构特征结构特征取决于黄土颗粒的胶结方式：接触胶结，胶结物含量很少，分布于土颗粒相互接触的地方，结构较松散，湿陷性强；基底胶接，土颗粒彼此不相接触呈漂浮或游离状分散在胶结物内，这种结构较紧密，湿陷性相对较弱；接触基底胶结，微观结构处于接触胶结和基底胶结之间，湿陷性也介于两者之间。2.2黄土的物理性质在其它条件相同的条件下，黄土的天然孔隙比越大，大孔隙占总孔隙的体积比率越高，湿陷性越强；对于含水量，当天然
4、含水量超过25%时，黄土不再具有湿陷性；液限也对湿陷性的影响也很重要，液限超过30%时，湿陷性较弱且多表现为非自重性湿陷。小于30%时，湿陷性较强。3.湿陷性对路基的影响3.1路基承载力和稳定性问题在路基静荷载和动力荷载作用下，当路基的承载力不能满足要求时，路基会产生局部或者整体剪切破坏，这将直接影响道路的正常使用，更为严重的会直接导致道路的破坏。路基边坡的稳定性也可以归纳到这类路基问题中。3.2沉降、水平位移及不均匀沉降问题在常年的静荷载和动荷载双重作用下，路基均会产生变形。它的变形有沉降、水平位移、不均匀沉降超过相应的最大允许值时，这将对道路的正常使用，更严重可能引起道路破坏。当路基的压实
5、度不够时，含水率超过规定允许最大值时，路基就会产生不均匀沉降，这往往对道路危害较大。湿陷性黄土遇水发生剧烈的变形就可包括在这一类路基问题中。3.3渗流问题路基的渗流量或水力比降超过其允许值时，会发生较大水量损失，或因潜蚀其它原因使路基失稳而导致路面破坏造成工程事故。4.湿陷性黄土地基的处理土木工程师在工程设计中，遇到上述问题时，需要采用各种路基处理措施，保证其安全与正常使用。在确定路基的处理措施时，应将路基以及路面其它一些结构看作整体，一起考虑它的共同作用。随着我国现代化建设事业的发展，越来越多的土木工程需要对天然路基进行处理，采用人工路基以满足道路对路基的要求。路基施工首先根据道路对路基的各
6、种要求和天然地质情况确定需要进行路基施工的天然地层范围以及路基处理要求。然后根据天然地层的条件、路基处理的具体要求、路基处理方法的原理、过去应用的经验和机具设备、材料条件，进行路基处理方案可行性研究，提出多种可行方案。最后，对提出各种方案进行技术、经济、进度等方面的比较分析，考虑环境保护的要求，确定采用一种或几种路基处理方法。初步确定路基处理方案后，可视需要进行小型现场试验或进行补充调查，根据实验成果进行施工设计，然后进行施工。施工过程中通过监测、检验以及分析，如果需要还可以对设计进行修改、补充。湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力。常用的地基处理方法有：土或灰
7、土垫层、土桩或灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等。各类地基的处理方法都应因地制宜，通过技术比较后合理选用。4.1土或灰土垫层这是在我国已应用了两千多年的传统方法，黄土规范对湿陷性黄土地区的勘察、设计、施工等均有了明确标准。垫层法包括素土垫层和灰土垫层，要求消除基底下湿陷性黄土的湿陷量时，宜采用素土垫层进行处理；要求提高垫层土的承载力及增强水稳性时，宜采用灰土垫层进行处理。土或灰土垫层的作用及机理是：1)提高地基承载力，浅基础的地基承载力与基础下土层的抗剪强度有关，用抗剪强度较的高灰土材料代替抗剪强度较低的湿陷性黄土，可以提高地基的承载力，避免地基破坏。2)减少地基沉降量，在总沉降量
8、中，一般地基浅层部分的沉降量所占的比例是比较大的，以条形地基为例，在相当于基础宽度的深度范围内，其沉降量占总沉降量的50左右，以素土和灰土垫层代替湿陷性黄土层，就可以减少这部分的沉降量，灰土垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧层土上的压应力减小，这样也会相应减少下卧层的沉降量。4.2土桩或灰土桩这是一种比较常用的地基加固措施，它主要是利用消解后的熟石灰与粘性土作为灰土桩料，其化学反应式为：Ca(OH)2+CO2CaC03,Ca(OH)2+SiO2)CaSiO3灰土体积比为37，将三七灰土拌和均匀经过筛分后石灰粒径不大于5mm，土粒径不大于15mm，方可使用。大量工程实践证明，保证加固效果最主要一
9、条是控制三七灰土含水量。灰土桩料按照前述方法拌和均匀，达到最优含水量时即进行夯实，也就是首先保证夯实效果，尔后未熟化的生石灰吸收水分，使土层中的含水量降低，增大土层土粒间的凝结效果，同时生石灰在吸水过程中放出热量，使土层含水量进一步蒸发，能使桩周围形成一种硬壳，达到加固地基的目的。灰土桩加固过程中应注意的问题：1)应重视灰土桩施工过程控制。用灰土桩处理特殊路基的质量好坏，直接取决于灰土桩施工质量的好坏，因此必须加大灰土桩施工质量的过程控制，尤其是像本项目这种大面积采用灰土桩进行地基处理的情况。同时应严格按照规范及相关技术要求及时对完成的灰土桩进行检测。2)严格控制灰土的含水量。实践告诉我们，灰
10、土是否容易夯实，很大程度上要求灰土的含水量达到最佳含水量，这样才能保证桩身压实度达到要求。3)灰土回填夯击次数是桩身压实度达到设计要求的条件之一，在施工过程中，由于方方面面的原因，少部分可能次数达不到要求，这就要求现场加强管理，加大处罚。4.3强夯法强夯法是法国Louis M ellard 技术公司于1 9 6 9年首创的一种地基加固方法，该法又称为动力固结法或动力压密法，这种方法是将一定重量的重锤以一定的落距给予地基以冲击和振动，从而达到提高土的强度，增大密实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。用强夯法处理湿陷性黄土地基是近几年大量推广的新技术，它具有造价低；施工方法简便
11、，施工速度快，加固效果好等显著优点。强夯法使地基土的孔隙比大为降低，是消除其湿陷性地有效的处理方法，对消除工后沉降极为有利，也是一种比较经济的处理方法。强夯法应注意的问题:1)强夯前，应根据地基土的性质与工程技术要求，选择有代表性的地段，进行试夯。2)施工前必须对施工机械设备进行安装与调试。检测夯锤的重量及锤底的面积，检测场地的平整情况，对需夯击处理范围内的地基原状土取样，分别进行物理力学性能的分析；3)夯击时，夯击点中心位移偏差应小于150mm4)如果地表层较湿或含水量较大时，在夯击前应在该段铺垫l 0cm一20cm厚的碎石，然后进行夯击5)夯击完后，应检测夯坑深度、夯点间距及处理宽度合格后
12、方可填平。6)满夯后，对场地进行平整和压实，应达到规范要求的原地面的各项指标，并测量高程，填写地面标高变化7)满夯结束7天后，在夯击处理范围内，每隔一米的深度范围取样， 分别进行物理力学性能的分析。总之，强夯法在某种程度上比其他处理方法应用得更为广泛，更为有效和更为经济， 已成为我国最常用的地基处理方法。4.4重锤夯实法重锤夯实法是利用重锤从高空自由下落时产生的冲击能，使地面下一定深度内土层达到密实状态的地基处理方法。有效夯实深度取决于锤重、锤底直径、落距和土类。重锤夯实法可以提高地基承载力、消除湿陷性地基的湿陷现象。重锤夯实法可分为表层夯实法和强力夯实法。表层夯实法又称重锤表面夯实法。锤重一
13、般为2040kN，落距35m。锤重与锤底面积的关系应符合锤底面上的静压力为1520kPa的要求。适用于夯实厚度小于3m、地下水位以上08m左右的稍湿杂填土、粘性土、砂性土、湿陷性黄土地基。由于锤体较轻、锤底直径和落距较小，产生的冲击能也较小，故有效夯实深度不大，一般为锤底直径的一倍左右。夯实机具：主要有起重机和夯锤。起重机使用带有摩擦式卷筒的起重机或其他起重设备将锤吊起。锤的形状为截头圆锥体，使用钢筋混凝土制作，其底部为钢板，锤体内充填废铁以使重心降低。夯实宽度：基坑夯实宽度应大于基础底面尺寸。基坑每边应比设计宽度加宽不小于03m进行夯实。预留土层厚度：夯实前，基坑底面标高应高出设计标高(预留
14、夯实土层)。预留夯实土层厚度等于试夯时的总下沉量加510cm。最佳含水量：夯实应在最佳含水量条件下进行，最佳含水量由室内击实试验求得。当土的天然含水量小于最佳含水量的2以上时，应向基坑加水至最佳含水量，基坑浸水一昼夜后方可夯实。当土石含水量过大时，可在其上铺设顺水材料如干土、生石灰、碎砖等或换土。夯实标准：通过试夯确定夯击遍数。当最后两遍的平均夯沉量不超过以下数值时停夯：粘性土和湿陷性黄土1020cm；砂性土0510cm。分层夯实填土时，每层虚铺土厚度应通过试夯确定，一般相当于锤底直径。夯实顺序：在条形基坑和大面积基坑内夯击时，按一夯挨一夯顺序进行。在独立柱基基坑内夯实时，一般采用先周边后中间
15、或先外后里的顺序进行。强力夯实法是当锤重为80300kN，落距为625m，单次夯击能量大于800kNm，用于处理杂填土、碎石土、砂性土和稍湿的粘性土时的夯实法，简称“强夯法”；用于处理饱和粘性土时称为“动力固结法”。强力夯实法可大幅度提高地基强度，降低地基可压缩性，改善地基抵抗振动液化的能力和消除湿陷性地基的湿陷现象。由于锤重和落距较大，产生的冲击能也较大，故有效夯实深度亦大，最大已达10余米。夯击参数：包括单点夯击能和最佳夯击能。(1)单点夯击能。等于锤重落距。按公式H=(Qh/10)1/2计算。式中H为夯击土层厚度，m；Q为锤重，kN；h为落距，m；为修正系数，一般取0506。(2)最佳夯
16、击能。在夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力时为最佳夯击能。最佳夯击能的确定，对于粘性土，根据孔隙水压力的叠加值确定；对于砂性土，根据最大孔隙水压力增量与夯击能的关系曲线确定(孔隙水压力增量随夯击能增加而逐渐趋于定值时)。夯实机具：主要包括夯锤、起重机和脱钩装置。1)夯锤。锤重根据处理土层的厚度、锤底面积和落距确定。夯锤可用铸钢制成，也可用钢壳内填混凝土作成，形状为方形或圆形，底面尺寸根据土类确定：砂性土和碎石土采用24m2；粘性土采用34m2。2)起重机。使用履带式的。国外制作出专用的三角架和轮胎式强夯机，可吊400kN夯锤，落距可达40m。当锤重不超过起重机的卷扬机起吊能力
17、时，夯击工艺可采用单缆锤击法。3)脱钩装置。当锤重超过起重机的卷扬机起吊能力时，不能采用单缆锤击法施工，这时可利用滑轮组和借助脱钩装置来起落夯锤。将夯锤挂在脱钩装置上，起重机将夯锤吊到规定高度，利用脱钩器使夯锤自由下落。夯击施工：主要包括夯击范围、夯点布置、夯击遍数和间歇时间。1)夯击范围。一般略大于建筑物的范围，通常宽出尺寸为(0510)H(H为所需夯实土层的厚度)。2)夯点布置。夯点之间必须保持一定距离。饱和软粘土必须多遍夯击，前几遍是间隔夯，最后一遍是低能量满夯，其落距为24m。3)夯击遍数。一般为18遍。粗颗粒土夯击遍数可少些，细颗粒土夯击遍数可多些。国内常用23遍。4)间歇时间。强夯
18、饱和粘性土时必须等待孔隙水压力消散后，方可进行下一遍夯击作业。由于饱和粘性土中孔隙水压力消散需要时间比较长，故间歇时间不能小于4周。5)夯击效果检验。可采用旁压试验、静力触探、标准贯入试验等原位测试方法检验夯实效果。4.5桩基础桩基础是将上部荷载通过桩穿过较软土层传递给下部坚硬土层的基础形式。桩基础是目前各类建筑最常用的基础形式，能承受复杂荷载，并能良好地适应各种地质条件尤其是软弱地基。这些作用同样适用于道路的路基。用桩基础处理湿陷性的黄土路基也是比较广泛采用的一种方式。可以采用的桩有多种形式：1)锤击预制桩该桩特点是：不受气候条件限制，可随时施工，工艺简单，承载力大。20世纪90年代以来，为
19、数不少的中、高层建筑采用这桩型处理地基。采用该技术的工程在工期、投资、承载力方面都达到了预期的效果。2)预制钢筋混凝土桩不需考虑噪音污染和震动影响的环境；持力层上覆盖为松软地层般有坚硬夹层的地区；持力层顶面起伏变化不大船长易于控制的工程；水下桩基工程；大面积打桩工程(由于打入桩设备和工序简单，工效高，在桩数较多的情况下，可抵消预制桩价格较高的缺点)；建筑物等级较高的工程。对于湿陷性黄土地区宜于使用。3)振动沉管灌注桩可以穿越湿陷性黄土、黏性土、粉土、淤泥、松散中密的砂土及人工填土等土层，不宜用于持力层上的黄土层中夹杂有橡皮土、密实砂土、碎石土的地区。当地基中存在承压水，或有厚度较大、含水量和灵
20、敏度高的软土层时更应谨慎使用。4)扩孔桩，以普通直径钻孔扩底灌注桩的静载试验结果显示，与相同桩身直径的桩相比，前者极限荷载为后者的17倍40倍，扩底桩与普通桩相比具有承载力高，桩径小，承台面积小等显著优点在国内外得到广泛应用。扩孔的成型工艺除钻扩外还有夯扩、压扩、注扩、挤扩等多种类型。5)人工挖孔灌注桩宜在持力层在地下水位以上及土层较薄的地区施工，邻近建筑物密集或桩数较少时尤为适用。有松砂、流砂层，连续极软弱土层，地下水涌量多且难以抽水的地层孑L内氧气缺乏或有有害气体时则不能选用。6)泥浆护壁机械钻孔灌注桩对于湿陷性黄土地区的各种地层情况基本都适用，尤其是水下桩基施工有其突出的优势。需要注意的
21、问题：1)以荷载为主要依据：即上部结构传递给基础的荷载大小是桩型设计的主要因素。2)以土层为主要依据：即根据建筑物场地地下的工程地质条件，地下水位状况和桩端持力层深度等，选择桩的类型。3)以施工环境为主要依据：即考虑施工对周围环境的影响，如与建筑周围或市区繁华地区，打入式预制桩，对周围与建筑及振动、噪声等对周围环境的影响等。4)以工程总价为主要依据：即采用的桩型造价应比较低廉。5)以工期为主要依据：当工期紧迫时，应考虑施工速度快的施工工艺，如预制桩等。4.6预浸水法利用黄土浸水产生湿陷的特点，在基坑施工前进行场地大面积浸水，使土体产生自重湿陷，消除深层黄土地基湿陷现象的方法。预浸水法适用于处理
22、湿陷性土层厚度大于10m、自重湿陷量等于或大于50cm的建筑场地。它能消除地表57m以下土层的湿陷性，如再配合表层处理，便能达到消除全部土层的湿陷现象。此法在施工前宜通过现场试坑浸水试验确定浸水时间、耗水量和湿陷量等参数。施工时先挖深度05m、宽度(边长或直径)不小于湿陷土层厚度的浸水坑，然后往坑内浸水。当浸水面积过大时，可分段进行浸水。还可在浸水坑内设置渗水孔，以加快水的渗透。浸水坑内水位保持在30cm左右，经过连续浸水23个月，湿陷变形达到稳定为止(稳定标准为最后5天内平均日湿陷量小于5mm)。每m2场地的耗水量大约为1015m3。浸水完毕后，在基础施工前应进行补充勘察工作，重新评定地基的湿陷性，并采用垫层法或夯实法处理上部湿陷性土层。预浸水法的优点是施工简便和费用低廉，但工期长和耗水量大。浸水影响范围可达30m左右，在影响范围内地表下陷开裂。因此，此法宜用于新建区；在已建区内使用时，要有足够的安全距离，以防止由于浸水影响附近建筑物和场地边坡的稳定性。结论：黄土的湿陷性对工程具有很大的负面影响，工程中必需对其进行处理，常用的地基处理方法有：土或灰土垫层、土桩或灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等。各类地基的处理方法都应因地制宜，通过技术比较后合理选用。