砂石垫层在软弱土路基中的应用及施工

发表时间:2016/9/23   来源:《工程建设标准化》2016年8月总第213期   作者:张允
[导读] 施工过程中,应严格按照砂石垫层的施工顺序,选择合适的铺设方式,充分发挥其增加承载力、加速排水固结的作用。

(成武泰兴公路工程有限公司,山东,成武,274200)
  【摘  要】公路作为社会经济发展必不可少的基础设施。然而,在北方修建公路时,经常会遇到一些软弱土层,这些软弱土层由于其自身含水量大、压缩系数过大等特点,导致在软弱土层上面修建的路基容易产生不同程度的塌陷。为了解决这一问题,可以对软弱土路基进行加固。本文着重介绍了砂石垫层的适用范围、应用的必要性以及施工要点。
  【关键词】砂石垫层;软弱土路基;技术应用;施工措施
  1.砂石垫层的适用范围
  砂石垫层是在软弱土地基的底部铺一层比较薄的砂层(含泥量应在百分之五以内),这相当于在软土表面构建一个排水面,可有效将软土中渗出的水排出,加快软土地基的固结速度,增加软土地基的稳定性以及抗压能力。
  砂石垫层适用于中型或者小型建筑工程的沟或者塘等局部建筑进行处理;其同样适用于饱和或者没有饱和的软弱土以及水下黄土地基的加固处理。但是,砂石垫层的使用也具有一定的限制,如其不适合用于地下水位比较高、水流速度比较快并且水流量比较大的地基加固处理;同时,也不适用于动力基础以及大面积堆载的软土地基加固处理。
  2.在软弱土路基中运用砂石垫层的必要性
  2.1软弱土路基的特点
  软弱土通常是指颜色偏灰的、抵抗外力破坏能力差、土壤可压缩系数过大的软弱土层,一般情况下淤泥、黏土、泥炭等土壤都可称为软土。
  软弱土的特征具体表现为:首先,土壤中含有大量水分,含水量在百分之三十四到百分之七十二之间;其次,土壤的颗粒之间孔隙比较大,其孔隙比在一点零与一点九之间;再次,土壤的渗透能力较差,由于软弱土层中含有一些薄层砂土,所以,软弱土在水平方向的渗透能力比垂直方向的渗透能力强;土壤的压缩系数大,容易在公路的重力作用下,发生变形,并具有变形较大且不均匀的特点;最后,软弱土具有较为明显的触变性。
  2.2砂石垫层在软土路基处理中所起作用
  (1)增加地面的承载力。软弱土地基的剪切破坏一般是从路基底部开始的,当软弱土地基所承受的压力增加时,其路基底部所承受的压力也大幅增加,同时,剪切力的破坏范围也由下往上、逐渐向路基内部扩展,这不利于路基的稳定。所以,如果用砂石将软弱土路基底部容易受到剪切破坏的浅层软弱土替换后,可以在一定程度上提高软弱土路基的承载力。
  (2)减少路基的沉降量。经过长时间的观察以及研究,发现软弱土路基的基础下浅层的沉降量与路基的其他几个部分相比比较多。同时,因软弱土体变形导致的路基沉降也是浅层所占的比例大。因此,使用砂石垫层替代软弱土表层,有助于减少浅层的沉降量。
  (3)加快排水固结的速度。砂石为颗粒状,透水性能好,用其充当垫层的主要材料,可以在软弱土路基底部构建一个排水通道,能够消除基础下面、软弱土中的水分,避免软弱土路基的变形,同时,可以在一定程度上加快软弱土层的固结速度。
  (4)能够使膨胀土的膨胀作用消除。因为砂石的颗粒较大,故砂石垫层的砂石之间的孔隙比较大,对于膨胀土的膨胀作用有一定的缓解或者消除作用。
  3.砂石垫层的施工要点
  3.1施工材料选取的注意事项
  (1)在选择砂石垫层的填料时,首先选择质地较为坚硬的砂石,不能在砂石中混入容易遭受风蚀的粒料或者混有有机杂物的、软岩破碎的砂石料;
  (2)其次,砂石材料中的含泥量(即颗粒直径小于零点一毫米的物质的含量)应在百分之五以内,同时,碎的鹅卵石的直径不能超过七十毫米。


当砂石材料在路基中起排水固结的作用时,其含泥量应在百分之三以内,碎砂石的颗粒直径应在五十毫米以内;
  (3)在采买砂石材料时,不能因追求经济利益,过分节约生产成本,而购买劣质砂石材料,这不能充分发挥砂石垫层的作用。因此,在购买时,应选择质量好的、天然级配砂石材料,其颗粒不均匀的系数应大于十,曲率系数应在一和三之间。如果使用人工搭配的混合石料时,首先应采用相对密度试验法,对不同密度的砂、石进行比例混合测试,寻找最佳的搭配比例,使其混合后的密度达到最大值,换句话说,就是让粗砂石与细砂石之间的空隙变小,使其能够共同承担、分散路基的压力;
  (4)最后,砂石垫层中的砂最好使用粗砂,避免使用细砂,这样有助于砂石垫层排水作用的发挥。
  3.2对于砂石垫层的构造要求
  砂石垫层的构造不仅要满足软弱土地基防止变形以及增强稳定性的要求,同时,还应遵循经济、可行、合理的原则。其构造应考虑垫层的厚度以及宽度。如果砂石垫层施工目的中不包含排水,其只需要使用一定厚度的砂石来替换那些可能遭受剪切破坏的软弱土层以及一定的宽度来防止垫层从两边挤出去;如果砂石垫层的施工目的中包含排水,除了考虑垫层的厚度以及宽度以外,还需要用砂石构建一个排水面,加快软弱土的固结速度,增加路基的稳定性。
  3.3具体的施工要求
  (1)在铺垫层之前,应先进行验槽,即在基础挖到设计的标高后,有施工人员以及监理人员对基础下部的土质进行检查,观看其是否与设计方案中要求的地质条件相符。同时,还应将基础底部软弱土表面的淤泥、杂物、垃圾等清理干净,并且在路基两侧应设计一定的坡度,这样有助于防止路基坍塌。如果在检查中发现基础底部有孔洞或者沟之类的,应先把它们用石头或者土填实后,再铺垫层;
  (2)当垫层底部各部分的高度不同时,可以将软弱土挖成阶梯状或者斜坡。在施工时,必须按照先铺深处再铺浅处的施工顺序,在阶梯的搭接处应采用一定的措施使其变得紧实。如果采用分层铺实法时,应把接头作为阶梯搭接,每一层砂石垫层应错开零点五米到一米的距离,同时要注意把接头捣实。;
  (3)对于人工搭配的砂石材料,在施工之前,应进行充分的搅拌,使其混合均匀,然后在进行铺设砂石垫层以及砂石垫层的压实工作;
  (4)对砂石垫层进行压实操作时,可以选用一些机械设备,例如振动碾和振动压实机。为了充分发挥该机械的作用,必须根据施工现场地质条件以及施工方法来确定分层铺设的厚度、需要碾压的次数以及土壤中的最佳含水量等。在确定分层铺设的厚度时,可以采用样桩控制法来进行确定。通常情况下,砂石垫层的厚度在二百毫米到三百毫米之间。当然,在施工时,下层的砂石垫层必须检验合格后才能继续铺设上层;
  (5)当软弱土地基中的地下水超过基础底面时,可以采取相应的排水、降低水位的措施,同时,应保证边坡的稳定,避免边坡上的土落入砂石垫层中,影响砂石垫层的排水固结、增加承载力的作用的发挥。
  3.4质量检查
  当砂石垫层施工过程中,必须对其进行质量检验,一般采用环刀取样法以及贯入测定法。其中,环刀取样法是指将容积大于二百立方厘米的环刀挤压到砂石垫层每一层的每三分之二处进行抽样,检测砂石垫层的干密度。如果为砂石地基,可以在地基中设置纯砂检测点,在同样的检测条件下,用环刀对每一层砂石垫层进行抽样检测;贯入测定法是将砂石垫层表面的砂弄去三十毫米左右后,使用贯入仪或者钢筋来定性测量其质量的方法。钢筋贯入法一般使用长度为一点二五米的钢筋进行检测。
  4.结束语
  软弱土路基存在路面下沉、路基不稳等性质,如果不采取一定的手段对其进行加固,很容易发生安全事故。因此,对于软弱土层较浅的地段,可以采用砂石垫层加固法。在施工之前,必须严把砂石质量关。施工过程中,应严格按照砂石垫层的施工顺序,选择合适的铺设方式,充分发挥其增加承载力、加速排水固结的作用。
  参考文献:
  [1]赵洪林;软弱地基砂石垫层换填处理的设计与施工[J];科技创新与应用; 2014(18): 208-209.
  [2]闫帅;试论碎石土垫层的压实机理及其应用[J];科技视界; 2015(27):158-158.

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