浅谈高速公路软基处治及其检测方法—-毕业论文设计(2)

第2章 高速公路软基处治及检测方法

2.1概述

软土主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。对淤泥的解释是，在静水或缓慢的流水环境中沉积并含有机质的细粒土，其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.5；当天然孔隙比小于1.5而大于1.0时称为淤泥质土。对于泥碳的解释是，喜水植物遗体在缺氧条件下，经缓慢分解而形成的泥沼覆盖层。其特点是持水性大，密度较小。

因此，在公路路基的施工过程中应足够的重视路基性质。软土路基的处理的目的是提高该段公路路基的稳定性和承载能力，使其在不同环境中能达到行驶和使用要求。

2.2 软土的组成和状态特征

软土泛指淤泥及淤泥质土，是第四纪后期于沿海地区的滨海相、泻湖相、三角洲相和溺谷相，内陆平原或山区的湖相和冲击洪积沼泽相等静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。软土的组成和状态特征是由其生成环境决定的。由于它形成于上述水流不通畅、饱和缺氧的静水盆地，这类土主要由粘粒和粉粒等细小颗粒组成。淤泥的粘粒含量较高，一般达30％～60％。粘粒的粘土矿物成分以水云母和蒙德石为主，含大量的有机质。有机质含量一般达5％～15％，最大达17％～25％。这些粘土矿物和有机质颗粒表面带有大量负电荷，与水分子作用非常强烈，因而在其颗粒外围形成很厚的结合水膜，且在沉积过程中由于粒间静电荷引力和分子引力作用，形成絮状和蜂窝状结构。所以，软土含大量的结合水，并由于存在一定强度的粒间连结而具有显著的结构性。

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由于软土的生成环境及粒度、矿物组成和结构特征，结构性显著且处于形成初期，呈饱和状态，这都使软土在其自重作用下难于压密，而且来不及压密。因此，不仅使之必然具有高孔隙性和高含水量，而且使淤泥一般呈欠压密状态，以致其孔隙比和天然含水量随埋藏深度很小变化，因而土质特别松软。淤泥质土一般则呈稍欠压密或正常压密状态，其强度有所增大。

淤泥和淤泥质土一般呈软塑状态，但当其结构一经扰动破坏，就会使其强度剧烈降低甚至呈流动状态。因此，淤泥和淤泥质土的稠度实际上通常处于潜流状态。

2.3软土的物理力学特性

2.3.1 高含水量和高孔隙性

软土的天然含水量一般为50％～70％，最大甚至超过200％。液限一般为40％～60％，天然含水量随液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1～2之间，最大达3～4。其饱和度一般大于95％，因而天然含水量与其天然孔隙比呈直线变化关系。软土的如此高含水量和高孔隙性特征是决定其压缩性和抗剪强度的重要因素。

2.3.2 渗透性弱

软土的渗透系数一般在i×10-4～i×10-8cm/s之间，而大部分滨海相和三角洲相软土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉、细砂、粉土等，故在水平方向的渗透性较垂直方向要大得多。

由于该类土渗透系数小、含水量大且饱和状态，这不但延缓其土体的固结过程，而且在加荷初期，常易出现较高的孔隙水压力，对地基强度有显著影响。

2.3.3 压缩性高

软土均属高压缩性土，其压缩系数a0.1～0.2一般为0.7～1.5MPa-1,最大达4.5MPa－1（例如渤海海淤），它随着土的液限和天然含水量的增大而增高。由于土质本身的因素而言，该类土的建筑荷载作用下的变形有如下特征：

（1） 变形大而不均匀 （2） 变形稳定历时长 （3） 抗剪强度低

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土的抗剪强度可以认为是由颗粒间的内摩阻力及胶结物束缚水分子引力所形成的粘聚力所组成。因而抗剪强度与土的结构、密度、含水量有着密切的关系。含水量对软土抗剪强度指标的影响表现为随含水量的增加抗剪强度降低，即软土的内摩擦角和粘聚力都会逐渐减小。根据嘉兴市水电设计院土工试验室近几年对嘉兴地区软土快剪试验的数据来看，内摩擦角一般在5°～10°，最小可到2°左右，而粘聚力一般在8kpa左右；固结快剪试验的数据稍大，内摩擦角10°以上，粘聚力一般在13kpa左右。反映在工程上即容易形成滑坡、塌方等现象。

2.3.5 较显著的触变性和蠕变形

即软土具备触变特征，在原状土受到振动或破坏后，软土的强度显著降低，使土体呈稀释流动状态，容易产生侧向滑动、沉降及向基底两侧挤出等现象。触变性用灵敏度st来表示，软土的st值一般在2～5，大的可达10以上。因而容易引起地基失效，特别是受到地震或桩基础施工等外力作用情况。

2.4 软土的鉴别

软土路基的确定，是一项比较容易引起争议的工作，正因为如此，才有必要对软基的研究进一步加强，用比较量化的试验指标来控制。在确定软土时要查明软土及与之相存在的一般土层的成因及类别、范围、物理力学性质及必要的水理化学性质。 然而对软土的鉴别由于各省区各公路工程的软土成因不尽相同，故而其性质也应区别对待。

2.4.1建设部标准《软土地区工程地质勘查规范》（JGJ83-91）规定凡符合以下项特征即为软土：

（1）外观以灰色为主的细粒土； （2）天然含水量大于或等于液限； （3）天然孔隙比大于或等于1.01。

2.4.2 交通部标准《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ017-96）中规定软土鉴别

（1）天然含水量的测定

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天然含水量是土的基本物理性指标之一，在软土地基上修筑路基，若不加处理往往会发生路基失稳或过量沉陷，导致公路破坏或不能正常使用。软土的特性主要表现为天然含水量高、孔隙比较大。（含水量在34％～72％之间，孔隙比在1.0～1．9之间，饱和度一般大于95％，液限一般为35％～60％，塑性指数为13～30。）它反映的土的状态，含水量的变化将使得土的稠度、饱和程度、结构强度随之而变化，其测定可采用公路土工试验规程规定试验方法测定，并将试验数据与35％、液限进行比较。 （2）天然孔隙比

孔隙比，是土中孔隙体积与土粒体积之比，天然状态下土的孔隙比称之为天然孔隙比，是一个重要的物理性指标，可用来评价天然土层的密实程度。其测定方法可测定土粒比重、土的干密度、土的天然密度、土的含水量等指标通过计算而得。

（3）十字板剪切强度

十字板剪切试验是原位测试技术中一种发展较早、技术比较成熟得方法。试验时将十字板头插入土中，以规定的旋转速率对侧头施加扭力，直到将土剪损，测出十字板旋转时所形成的圆柱体表面处土的抵抗扭矩，从而可算出土对十字板的不排水抗剪强度。

2.5、软基处理的常用材料与质量要求

2.5.1 砂砾料

用作垫层的砂砾料应具有良好的透水性，不含有机质、粘土块和其它有害物质。砂砾的最大粒径不得大于53mm，含泥量不得大于5％。

2.5.2 砂及砂袋

袋装砂井所用砂，应采用渗水率较高的中、粗砂、大于0.5mm的砂料含量应占总重量的50％以上，含泥量应小于3％，渗透系数应大于5×10－2mm/s，砂袋采用聚丙烯、聚乙烯、聚酯等编制布制作，应具有足够的抗拉强度，使能够承受袋内砂自重及弯曲所产生的拉力，具有较好的抗老化性能和耐环境水腐蚀性能，其抗渗系数应不小于所用砂的渗透系数。

2.5.3 碎石

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碎石由岩石和砾石轧制而成，应洁净、干燥，并具有足够的强度和耐磨耗性，其颗粒形状应具有棱角，不得掺有软质石和其它杂质，粒径宜为20～50mm，含泥量不应大于10％。

2.5.4 土工合成材料

土工合成材料具有多方面的功能，一种土工合成材料往往就兼有数种功能。随着土工复合材料的发展，所兼有的功能就更多。总的说来，土工合成材料的主要能可归纳为六类即: (一)反滤功能 (二)排水功能 (三)隔离功能 (四)防渗功能 (五)防护功能 (六)加筋和加固功能

施工过程中土工合成材料的选用还应符合《公路土工合成材料应用技术规范》的规定。应具有足够的抗拉强度，土工织物还应具有较高的刺破强度和握持强度等。土工合成材料试验项目和试验方法应符合《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》和《公路土工合成试验规程》的规定。

2.5.5 塑料排水板

塑料排水板是由芯体和包围芯体的合成纤维透水膜构成的复合体，应具有较好的耐腐蚀性和足够的柔度，其性能指标应符合《塑料排水板施工规程》的规定。

竖向塑料排水板处理软地基，是用塑料排水板将地基中的水排除，以增加作用于土颗粒的有效应力来加速地基固结沉降，达到提高强度的目的。

这种方法的优点是：排水板是工厂生产的，质量容易控制，成本较低；在施工过程中没有排水孔断面不均匀和受堵塞的情况；断面小，对地基扰动小；打设机械轻，可用于较软的基地。

沪宁高速公路丹阳段部分路段位于软土地基上，采用竖向塑料排水板与砂垫层组合进行地基处理。原设计工程量为261688m，后因变更设计减少为92591m。

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