黄土路基病害的综合防治

显然,单靠土工合成材料不能从根本上解决问题,必须辅之以其他综合防治措施。

多年来,为了防治黄土在不利条件下造成的危害,在设计施工方法和改善处理途径方面已经积累了丰富的经验,由早期的大开挖到后来的垫层(灰土或沙石)、强夯(表面强夯、深孔强夯、置换强夯)、挤密(灰土桩、饱和土时的振冲碎石柱)、沉桩(预制打入桩、钻孔灌注桩、大径扩底底注桩、水泥搅拌桩)、化学加固(碱液法、加气硅化法)和防水(基本防水、检测防水、严格防水及施工防水)等均做了一系列的研究工作,在工程实践中发挥了重要作用。

目前,处治湿陷性黄土路基的方法很多,通常采用的有密实法、置换法、复合地基法等,再配合排水措施,形成一个体系。这些方法的特点是技术可靠、经济适用、施工简单、有较好的处理效果,便于掌握及推广应用。

1.密实法

密实法是对非饱和湿陷性黄土在动载冲击荷载作用下,使土体的孔隙减少,密实度提高,地基土的承载力增加,压缩性降低,目前主要有强夯法和冲击压实法等。

(1)强夯法

强夯法是用重量为80-400kN的重锤,落距6-40m冲击地基,使地基土压密和振密,以加固地基土,达到提高强度、降低压缩性的目的。强夯所产生的冲击能打破土颗粒间的连续性,破坏原来的土体结构,改变土体中各类孔隙的分布状态及它们之间的相对含量,使土颗粒重新排列成更密实的漩涡状结构。随着土的触变性能的恢复,处于更密实状态中的黏粒、胶粒和结晶盐等胶结物由于颗粒间距离的缩小,更好地发挥了它们的胶结作用,提高了土体的抗变形能力和剪切强度。

强夯法处理湿陷性黄土是一种很好的方法,简单实用,易于施工,效果良好,适用于要求消除的湿陷性土层厚度为3-6m。施工前,应按设计要求在现场选点进行试夯。当地质条件相同时,可在一处试夯,若有差异时,应按地段分别进行选点试夯。用试夯的办法确定单击夯击能、单位面积夯击能、夯击遍数及夯点间距,以此数据确定是否达到了设计要求的承载力、模量、有效加固影响深度。若达不到时,可调整夯锤质量,落距或夯点间距等,也可修改设计方案。

对于要夯实的湿陷性黄土,其含水量宜低于塑限含水量1%-3%,当其含水量低于10%时,宜加水至塑限含水量,当含水量大于塑限含水量3%时,应采取措施降低含水量至塑限含水量。

(2)冲击压实法

冲击压实法采用冲击压实机处理湿陷性黄土地基。冲击压实机由牵引车拖动,靠凸轮瓣对土进行冲击压实,压实次数宜选择20-40次为宜,其击实能可达2 000-3 000kJ,有效压实深度为2m。冲击压实机对土击实后,土的密度超出了常规压路机的压实效果,且使天然土在压实过程中完成了沉降要求,具有压实和击实两种功效,适用于处理浅层湿陷性黄土。

2.置换法

置换法是将基础地面下一定范围内的湿陷性黄土挖除,然后分层换填强度和模量相对较高的沙石、碎石、灰土、素土等,并夯实至要求的密度,形成一个较好的持力层,以达到提高承载力和减少变形的目的。置换法主要适用于浅层湿陷性黄土,一般厚度不大于3m,具体方法有灰土垫层、土垫层等。

灰土垫层是将基础地面下一定范围内的湿陷性黄土挖去,按一定体积配比将灰土拌和均匀,并控制灰土含水量在最佳含水量附近,分层回填夯实或压实,可以消除被置换部分土的湿陷性,同时也可防止地表水渗透到地下湿陷性黄土层中,造成地基过大的沉降。

土垫层是指采用黏性素土制作的垫层。在湿陷性黄土地区为消除浅层地基的湿陷性,施工时应使土的含水量接近于最佳含水量,土垫层要分层填筑,每层厚度应根据夯实机具有的能量决定,一般每层厚度为20-25cm,土料要求过筛,有机质含量不得超过5%。

3.复合地基法

复合地基法是在天然地基中设置一定比例的增强体(桩体),使桩土共同承担荷载,并具有密实法和置换法的效应,具体方法有高压旋喷法、粉喷桩法、灰土挤密桩等。

高压旋喷法注浆,是利用钻机将带有喷嘴的灌浆管钻进至土层预定深度后,以20-40MPa的压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来,形成喷射流冲击破坏土层。当能量大、速度快、脉动状的射流动压力大于土层结构强度时,土颗粒便从土层中剥落下来,一部分细颗粒随浆液或水冒出地面,其余土颗粒在射流的冲击力、离心力和重力等作用下,与浆液搅拌混合,并按一定的浆土比例和质量大小有规律地重新排列。浆液凝固后,便在土层中形成一个固体,固体与土体共同承担荷载,形成复合地基,可达到提高地基的抗剪强度,改善土的变形性质,使土体在上部附加应力的作用下,不产生破坏或过大的变形。高压旋喷所采用的硬化剂一般为水泥浆,也是最便宜的注浆材料,其固结性能良好,质量较好,来源容易。用高压旋喷法处理湿陷性黄土,在选定注浆管类型及喷射参数和筑浆材料时,要根据工程目的而定,布孔间距及布孔方式也是如此,高压旋喷处理湿陷性黄土不仅能提高地基土的承载力,也能减少沉降量,施工方法简单快捷,也可处理深层湿陷性黄土。

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