淺談如何處理高速公路液化地基

羅汝興

(保定申成路橋有限責(zé)任公司)

淺談如何處理高速公路液化地基

羅汝興

(保定申成路橋有限責(zé)任公司)

高速公路工程項(xiàng)目特殊，其工程區(qū)域跨度大，需要應(yīng)對(duì)的地基情況復(fù)雜，尤其是液化地基對(duì)公路的基礎(chǔ)造成的負(fù)面影響較大。因此在采用處理措施的時(shí)候應(yīng)從形成的機(jī)理與條件分析，利用有效的措施降低其含水量、強(qiáng)度等，這樣才能保證其技術(shù)效果。

高速公路;液化地基;處理措施;實(shí)用性

1 液化地基形成的機(jī)理與產(chǎn)生條件

1.1 液化地基的形成機(jī)理

通常松散的砂土與粉狀土在地下水的作用下，其含水量達(dá)到了飽和狀態(tài)。此時(shí)如果土體受到了外界的影響如震動(dòng)，土體就會(huì)向更加緊密的趨勢(shì)，此種趨于緊密的動(dòng)作，這樣土體空隙壓力增加，而在震動(dòng)的影響下，上升的孔隙水壓力不能消散，這就讓原有狀態(tài)的壓力減小，當(dāng)壓力消散后土層就會(huì)完全喪失抗剪切的能力，就像液體一樣，這就是地基出現(xiàn)液化的機(jī)理。此情況多發(fā)生在松散砂土、粉土等，主要的誘因就是震動(dòng)與水。

1.2 形成液化的基本條件

地質(zhì)因素:如黃淮區(qū)域形成的沖擊平原，是黃河泛濫所產(chǎn)生的，其土層結(jié)構(gòu)十分的松散，在此條件下土體的貫入度較低，形成了沿線液化土層的基礎(chǔ)條件。這就是地質(zhì)因素的影響。

水的因素:砂土或者粉土只有在飽和的狀態(tài)下才有可能成為液化土，而松散的砂土與粉土如果沒有水的影響是不能引起液化的，所以地下水的作用與其水位的高低是影響液化的重要因素。

地震因素:據(jù)研究在地震烈度7和地下水超過6 m的時(shí)候，地震就會(huì)引發(fā)土體的液化，這個(gè)因素也是影響土體穩(wěn)定與液化的一個(gè)條件。

外力因素:飽和的砂土與粉土在外界影響下，如外力與地震等，就會(huì)出現(xiàn)剪切強(qiáng)度下降甚至消失的情況。在地震的時(shí)候，土體受到強(qiáng)烈的振動(dòng)，空隙水壓力急劇增加，當(dāng)壓力與剪切面上外力作用下的法向應(yīng)力相等就會(huì)使其強(qiáng)度降低為零，因此地震等級(jí)越高其產(chǎn)生液化效果越大。

2 高速公路液化地基的處理

高速公路的建設(shè)是一種特殊的工程項(xiàng)目，其突出的特點(diǎn)就是區(qū)域跨度大，地質(zhì)因素的影響更加突出。公路施工為線型工程，施工寬度小需要處理的路段長(zhǎng)，所以高速公路施工中需要處理的液化地基的工程量較大。在國家規(guī)范中，指出液化土層上進(jìn)行道路施工，應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)勘測(cè)，應(yīng)采用常規(guī)措施對(duì)地基進(jìn)行處理，如換土、反壓護(hù)道、取土坑或者路邊溝應(yīng)遠(yuǎn)離路基、盡量保護(hù)植被等。如果不能達(dá)到工程需求的時(shí)候，就必須對(duì)液化地基進(jìn)行加固，以保證公路的安全。加固的措施有:砂樁、碎石樁、石灰樁、強(qiáng)夯等。在此還應(yīng)考慮高速公路的特點(diǎn)是其基礎(chǔ)類型多樣，擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等都會(huì)出現(xiàn)在公路建設(shè)中。一般的路段路堤高程變化大，對(duì)地基處理的措施也不能完全采用一種措施就可以應(yīng)付復(fù)雜的地質(zhì)情況，因此液化地基的處理必須突出針對(duì)性。高等級(jí)公路在處理液化地基的時(shí)候應(yīng)盡量將多種因素綜合起來考慮與設(shè)計(jì)，既起到處理效果也可以節(jié)約投資，此時(shí)就需要根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)資料，判斷液化土層的深度、厚度、液化程度等，并測(cè)試其對(duì)公路地基的影響程度，然后設(shè)計(jì)處理措施。高速公路往往需要穿過多個(gè)地質(zhì)區(qū)域，土層變化頻繁，及時(shí)采用一種處理方法進(jìn)行處理也應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)處理參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化處理的效果，具體的處理方法如下。

(1)換土回填法。此種方法對(duì)處理液化土地基是對(duì)淺層液化土進(jìn)行清理，或者替換，換填的是強(qiáng)度較高的砂礫、碎石等，并配合相應(yīng)的夯實(shí)。如果采用全部替換的方式，其適應(yīng)的范圍是小于3 m的可液化地基，可以從根本上改善地基強(qiáng)度，是消除液化最為徹底的措施。

(2)擠密樁技術(shù)。是利用沖擊或者振動(dòng)的方式，在松散的砂土或者填土地基中成孔并填入沙料進(jìn)入土中，形成了砂石樁，與樁間的土體形成復(fù)合地基。其主要的目標(biāo)就是提高承載能力，改變液化土帶來的變形與液化趨勢(shì)。在加固地基抗液化方面的作用原理是，通過成樁過程樁管本身對(duì)周圍液化土產(chǎn)生橫向擠壓，使得周圍的土體空隙比變小，增加密實(shí)度;通過在樁孔內(nèi)填入粗砂材料，在地基中形成一種透水性好的豎向減壓排水通道，有效的降低空隙水壓力，控制液化加劇，加快排水固結(jié);通過成孔施工中的振動(dòng)讓填入的材料與地基實(shí)現(xiàn)擠密效果，增加砂土的抗液化能力。

(3)碎石樁技術(shù)。利用振動(dòng)與沖擊或者水沖的技術(shù)，對(duì)軟土地基上成孔，隨后利用碎石等粗骨料擠壓到成孔中，形成一個(gè)由碎石砂礫等構(gòu)成的密實(shí)的樁結(jié)構(gòu)。在成孔與碎石擠密的同時(shí)原有的地基在水平振動(dòng)的影響下會(huì)產(chǎn)生徑向的位移而對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，改變了密實(shí)程度，空隙比降低，液化指數(shù)也隨之降低，從而形成一種高強(qiáng)度復(fù)合地基，消除液化的發(fā)展。此種施工的措施包括了濕法、干法兩種，即水振沖、沉管法。濕法技術(shù)是在地基的十字板剪切檢測(cè)強(qiáng)度大于15 kPa，而干法強(qiáng)度則大于10 kPa。不同的地質(zhì)條件中樁和樁之間的承載能力、液化指數(shù)下降的效果是不能通過計(jì)算得出的，只有通過實(shí)地檢測(cè)才能獲得。所以碎石樁和其他加固方式都只能在特定的工程條件下采用，其加固的施工工藝與參數(shù)(填料量、成孔速度、振動(dòng)時(shí)間等)，都必須通過實(shí)際試驗(yàn)來測(cè)定。

(4)強(qiáng)夯技術(shù)。此技術(shù)是利用重錘在一定高度上自由落下而產(chǎn)生的沖擊力對(duì)土體施加沖擊能量，對(duì)地基進(jìn)行振動(dòng)與沖擊，此種能量可以轉(zhuǎn)換為振動(dòng)波，使得土體得到強(qiáng)制的壓縮、排水、振密等，達(dá)到排水預(yù)壓的效果，從而提高地基的強(qiáng)度，讓土粒之間達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，降低液化指數(shù)，最終加固了地基。目前，強(qiáng)夯法是應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)之一，但是其也因?yàn)榈刭|(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性而不能通過計(jì)算獲得指導(dǎo)施工的參數(shù)。通常參照的都是經(jīng)驗(yàn)，利用相似的工程來確定強(qiáng)夯的參數(shù)。在強(qiáng)夯之前應(yīng)對(duì)具有代表性的地段進(jìn)行試夯，確定其施工的參數(shù)。強(qiáng)夯的主要參數(shù)有錘重、高度、墊層厚度、墊層材料、加固深度、夯擊遍數(shù)、間隔時(shí)間、處理范圍等。

3 結(jié)束語

從實(shí)際的應(yīng)用來看，強(qiáng)夯法是一種廣泛采用，來應(yīng)對(duì)液化地基的技術(shù)措施，加固的效果理想，費(fèi)用低。碎石樁、擠密砂樁也有一定的應(yīng)用空間，但是因?yàn)楣こ藤M(fèi)用限制，其通常是在構(gòu)造物施工中采用。而且在實(shí)際的應(yīng)用中具體的項(xiàng)目，各種加固措施之間也互有長(zhǎng)短。如在某公路項(xiàng)目中，振動(dòng)碎石樁的加固效果較好，擠密樁次之，但是從施工成本上看擠密樁更加具有優(yōu)勢(shì)，所以擠密樁最終成為了對(duì)該路段液化地基處理的主要方式。我國的高速公路建設(shè)不斷發(fā)展，在不斷的施工實(shí)踐積累中，對(duì)于液化地基的處理措施，從理論到實(shí)踐都獲得了豐富的成果經(jīng)驗(yàn)。高速公路施工對(duì)液化地基的處理方法也基本上采用的是規(guī)范總結(jié)并推薦的措施。但是從前面的分析中可知，公路施工是較為復(fù)雜的過程，尤其是自然地質(zhì)的復(fù)雜性對(duì)施工影響較大，因此對(duì)地基的處理應(yīng)建立在對(duì)地基的充分勘測(cè)與分析的基礎(chǔ)上，選擇方法因地制宜，多方考慮其施工條件、加固效果、經(jīng)濟(jì)性等因素，這樣才能保證施工優(yōu)化。

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U416.1

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1008-3383(2012)03-0041-01

2011-11-01

羅汝興(1985-)，男，湖南省瀏陽市人，助理工程師，研究方向?yàn)楣窐蛄菏┕ぁ?/p>