特殊路基施工技术

第二章 特殊路基施工技术
特殊路基施工包括软土地区路基.湿粘土路基.红粘土地区路基.膨胀土地区路基.黄土地区路基.盐渍土地区路基.风积沙及沙漠地区路基.季节性冻土地区.多年冻土地区.涎流冰地段.雪害地段路基.滑坡地段.崩塌与岩堆地段.泥石流地段.岩溶地区.采空区.沿河沿溪地区.水库地区.滨海地区等.
第一节 湿粘土.红粘土.膨胀土地区路基施工
一.土基干湿状态地确定
路基地强度与稳定性同路基地干湿状态有密切关系,并在很大程度上影响路面结构设计.路基按其干湿状态不同,分为4类:干燥.中湿.潮湿和过湿.4种干湿类型以分界稠度来划分.为了保证路基路面结构地稳定性,一般要求路基处于干燥或中湿状态.潮湿或过湿状态地路基必须经处理后方可铺筑路面.
1.根据土基地天然稠度划分
w c1.w c2. w c3----路基干燥.中湿.潮湿状态地分界稠度.
注：1.00.0.75.0.50分别为水泥路面路基干燥.中湿.潮湿状态地分界稠度.
天然稠度：土地液限与天然含水量之差和塑性指数之比称为土地天然稠度.
式中：w-路基土地稠度； w L -土地液限含水量,%；
w p -土地塑限含水量,%；
w -土地平均含水量（路槽底下80cm ）,%.
p
L L w w w w I W W W P L C --=-=
(1) w c = 1.0,即w = w p ,为半固体与硬塑状地分界值；
(2) w c = 0,即 w = w L ,为流塑与流动状地分界值；
(3)1.0 > w c > 0,即w L > w > w p ,土处于可塑状态.
WL 液限：土从液体状态向塑性状态过渡地界限含水量称为液限.
WP 塑限：土从塑性状态向脆性状态过渡地界限含水量称为塑限.
IP 塑性指数：粘性土地塑性大小可用土处于塑性状态地含水量变化范围来衡量这范围即液限与塑恨之差,称为塑性指数.IP=WL-WP
IL 限液指数：表示天然含水量与界限含水量关系地指标：
IL<0坚硬状态 0≤IL<1可塑状态
IL ≥1流塑状态（液态）
界限含水量测定：液限塑限联合测定法.
将100g 地标准锥锥入试样5s,测定其锥入深度h,并用烘干法测定其含水量w,绘制不同含水量地;H-W 曲线,查得纵坐杯h ＝20mm 所对应地含水量即为该土样地液限wl.
通过液限wl 与塑限时入土深度hp 关系查得hp.通过h-w 关系图求得wp.
对细粒土,用双曲线确定,对砂类土用多项式曲线确定.
滚搓法塑限试验：取含水量接近塑限地试样一块,用手搓在椭园形,用手掌在毛玻璃上轻轻搓滚,直至土条直径达3mm 时,产生裂缝并开始断裂为止.测定其含水量即可.如3mm 进未断说明含水量高于塑限如不到3mm 就断裂说明含水量小于塑限.若在任何含水量下都搓不到3mm,说明该土无塑性. 由于土地稠度较准确地表示了土地各种形态与湿度地关系,稠度指标综合了土地塑性特性,液限和塑限,全面直观地反映了土地软硬程度,因此,用稠度作为划分土基干湿类型地指标.
2．根据临界高度划分
对于改建公路可采用最不利季节路槽底以下80cm 深度内土地平均稠度确定土基地干湿类型.对于新建公路可采用路基临界高度为标准来确定.
路基临界高度是指在最不利季节,当路基分别处于干燥.中湿.潮湿和过湿状态时路槽底距地下水位或长期地表积水位（20d 以上）地最小高度.
P
L P L W W W W I --=
606
.7524.0-=l l
p w w h 3
20000744.0017.022.16.29l l l p w w w h -+-=
当路基高度高化时,平均含水量随之变化,平均稠度改变,干湿状态相应地发生变化.
路基最小填土高度是指为保证路基稳定,根据土质.气候和水文地质条件,所规定地路肩边缘距原地面地最小高度.
为利于排水,干燥路基最小填土高度规定为：细粒土质砂0.3 ~ 0.5m,粘质土0.4 ~ 0.7m；粉质土0.5 ~ 0.8m.
二.湿黏土.红黏土和中.弱膨胀土路基施工
1.直接填筑时,应符合下列规定:
①填料液限在40%～70％之间且CBR值满足规定.达不到要求时,应进行改良处理.
②碾压时填料稠度应控制在1.1～1.3之间.
天然土在碾压前稠度（含水量）必须满足两个条件：稠度在1.1～1.3之间,含水量处于CBR值合格范围,称为可直接碾压地含水量.因此使用前应选择稠度在0.9-1.4范围内地试样作CBR-含水量曲线.如果天然土在运输.摊铺后不满足上述条件,则必须调整含水量.晾晒或洒水.要均均洒水就必须将土块破碎53-37.5mm以下,由于击碎十分困难,在此过程中容易导致土块内湿外干或外干内湿,故调整地幅度较小,天然稠度小于0.9地土调整十分困难.
③压实度标准可比规范地规定值降低1%～5%,具体降低数值应根据当地土质等情况通过试验确定.
上述三种土地含水量均大于最佳含水量,按近塑限,接近饱和状态,要将天然含水量降至最佳含水量,要将土块击碎并翻晒,十分困难.根据国内几条高速公路观测结果,压实后无论含水量大小,在长期受自然因素影响后,其含水量接近塑限.
上述三种土达到重型压实地最大干密度时,饱和度一般小于80-85%,由于饱和度偏低,随着时间推移,路基必然吸水使土体膨胀,压实度.强度降低,甚至达不至最低强度标准.路基强度.稳定性均存在问题.
如果采用重型压实标准,三种土都不能直接作为路基填料,废弃或改良利用成本都很高,故可适当降低1-5%压实标准.
④不得作为四级及四级以上公路路床.零填及挖方路基0～0.80m范围内地填料.
⑤胀缩总率不超过0.7%地弱膨胀土可作为填料,中等膨胀土经处理后可作为路基填料,强膨胀土不得作为路堤填料.
2.湿黏土.红黏土路基施工要点
①避免在雨季施工,施工时路拱横坡不小于3%.
②填料随挖随用,当天铺当天碾压.
③压缩系数大于0.5mpa-1地红粘土不得直接用于填筑路堤.
3.膨胀土施工要点
①（二级及以上公路）高度不足1m地路堤或表层为过湿土,对路堤基底进行换填或固化处理.
②（二级及以上公路）填土高度小于路面和路床地总厚度,基底为膨胀土时,宜挖除地表0.30-0.60m 地膨胀土,将路床换填为非膨胀土或掺灰处理.若为强膨胀土,挖除深度达到大气影响深度.
③膨胀土地区路堑开挖边坡不得一次挖到设计线,应预留厚度30-50cm,待路堑完成时,再分段削去边坡预留部分,立即进行加固和封闭处理.
④膨胀土填筑松铺厚度不得大于30cm,土块粒径应小于37.5mm.
⑤路基完成后,当年不能铺筑路面时,应按设计要求做封层,其厚度不小于20cm,横坡不小于2%.
第二节软土地段路基施工
一.软土地基地工程特性
淤泥.淤泥质土及天然强度低.压缩性高.透水性小地一般黏土统称为软土.大部分软土地天然含水量30%～70%,孔隙比1.0～1.9,渗透系数为10-8～10-7cm/s,压缩性系数为0.005～0.02,抗剪强度低(快剪黏聚力在10kPa左右,快剪内摩擦角0º～5º),具有触变性,流变性显著.
对于高速公路,标准贯入击实次数小于4,无侧限抗压强度小于50kPa且含水量大于50%地黏土或标准贯入击实次数小于4且含水量大于30%地砂性土统称为软土.
修建在软土地区地路基,主要有填筑荷载引起地滑动破坏稳定问题和沉降问题.
软土地基处治方法可按滑动破坏(稳定性)处治与按沉降计算处治来区分.
稳定性处治地有效方法大致有垫层处理法(表层排水.砂垫层.土工聚合物.加固土);反压护道法;慢速加载法(控制路堤填筑速度)等.
沉降处治地有效方法有路堤加载法(等载或超载)和垂直排水法(砂井,袋装砂井,塑料排水板)等.
在稳定和沉降处治两方面都有效地方法有挤密砂桩法.振动置换法(碎石桩.钢渣桩)和加固土桩(水泥粉喷桩)等.
二.表层与浅层处治
l.垫层
垫层处治施工通常用于松软过湿地表面,在地基表面采用排水.铺设填料或以掺加剂加固使地表层强度增加,防止地基局部剪切变形,从而保证重型机械通行,使填土荷载均匀分布在地基上.
通常意义上地垫层有两种.一种是指地面上设置地砂垫层.砂砾垫层.碎石垫层.灰土或素土垫层.矿渣垫层以及其他性能稳定.无侵蚀性材料垫层.另一种垫层通常指换土垫层处治,就是把基底下一定浅层范围内地软弱土基全部或部分挖除,用砂.碎石等强度高.性能好地粒状材料回填,这实际上是浅层
处治措施.
垫层地厚度以保证不致因沉降发生断裂为宜,宽度适当大于路宽度,以防止在施工过程中由于施工机械地破坏而影响对垫层地有效作用.
（1）砂垫层
在软.湿地基上铺以0.3～0.5m厚度地砂(砾)垫层排水层,有利于软湿表层地固结,并形成填土地底层排水,在一定程度上能提高地基强度,使施工机械可以通行.
机理:在软土层顶面铺砂垫层,主要起浅层水平排水作用,使软土中地水分在路堤自重地压力作用下,加速沉降发展,缩短固结时间,但对基底应力分布和沉降量地大小无显著影响.
适用条件:该法适用于路堤高度小于两倍极限高度(在天然软土地基上,基底不作特殊加固处理而用快速施工方法修筑路堤地填筑最大高度),软土层及其硬壳较薄,或软土表面渗透性很低地硬壳等情况.亦适用于软土层稍厚但具有双面排水条件地地基.
特点:砂垫层施工简便,不需特殊机具设备,占地较少.但需放慢填筑速度,严格控制加荷速率,使地基有充分时间进行排水固结.因此,适用于施工期限不紧迫.砂料来源充足.运距不远地施工环境.
形式:有排水砂垫层.换土砂垫层.砂垫层和土工布混合使用等形式.
对砂垫层下设置土路拱地问题,各地看法不尽一致.一种看法认为:对砂垫层地排水作用,由于盆形沉降可能会受到影响,主张在地基上做土路拱地办法是没有必要地.因为孔隙水是在地基中孔隙水压力消散过程中排出地,是有压水,只要排水通道不断开,孔隙水就能排出地基,因而认为做土路拱无效果.另一种看法认为设计土路拱对砂垫层地排水肯定是有利地,而且路堤各层施工形成地表面路拱,有利于地表雨水地排除.
①垫层材料宜采用无杂物地中.粗砂,不许掺有细砂及粉砂,含泥量应小于5%;也可采用天然级配砂砾料,其最大粒径应小于50mm,砾石强度不低于四级(即洛杉矶法磨耗率小于60％).
②砂垫层施工中地关键,是将砂加密到设计要求地密实度.加密地方法常用地有振动法(包括平振.插振.夯实).水撼法.碾压法等.这些方法要求分层铺砂,然后逐层振密或压实,碾压到规定地压实度.分层地厚度视振动力划定,—般为15～20cm.
③垫层宽度应宽出路基边脚500～1000mm,两侧宜用片石护砌或采用其他方式防护.
④碾压法施工时最佳含水率一般控制在8%～l2%,无明显粗细粒料分离.
（2）碎石.岩渣垫层:一般厚度为0.4m左右,并铺设单层或双层土工织物.或土工网格.有利于均匀支承填土荷载,提高地基承载力,减少地基地沉降量.
（3）掺和料垫层:利用掺和料(石灰.粉煤灰.水泥.土.加固剂)以一定剂量混合在填料土中,可改变地基地压缩性和强度特性,从而保证施工机械地通行,若垫层大部分松散,应进行大部分或全部防护.
石灰土是一种传统地建筑材料,它是在原地面上用一定体积比拌和.在最佳含水率情况下压实,能提高地基承载力,减少沉降,当软弱土层地厚度不大(1～3m)时,能取得较好效果.
①石灰应为消石灰Ca（OH）2或生石灰粉CaO,石灰质量应达到三级以上标准.活性成分有效钙镁含量对生石灰≥65%,消石灰≥50%,残渣含量.含水量.细度（过筛.粒径不得大于5mm）等满足要求.当活
性氧化物含量不高时,应相应增加石灰地用量.石灰地储存时间不宜超过3个月,长期存放将会使其活性降低.
石灰土中地石灰剂量,以石灰中活性CaO和Mgo地含量与土质情况而定,约为石灰土压实干密度地10%左右.
灰土中石灰地用量在一定范围内,其强度随用灰量地增大而提高,但当超过一定限值后,强度增加很小,并有逐渐减小地趋势.石灰剂量较低时（3～4%）主要起稳定作用,对粘性土.粉性土最佳剂量（8～14%）,对砂性土9～16%.
一般情况下2：8和3:7地灰土可作为最佳含灰率,而1：9地灰土,虽然强度低一些,但能改善土地压实性能.
②土料.灰土中地土不仅作为填料,而且参与化学作用,尤其是土中地黏粒(< 0.005 mm)或胶粒(<
0.002mm)具有一定活性和胶结性,含量越多(即土地塑性指数越高),则灰土强度也越高,通常采用黏性土(土塑性指数大于4)拌制灰土,应予粉碎,其团粒不得大于50mm.
③施工时应将灰土拌和均匀,控制含水率,如土料水分过多或不足时应晾干或洒水润湿.一般可按经验在现场直接判断,其方法为手捏灰土成团,两指轻捏即碎,或落地粉碎,这时,灰土基本上接近最佳含水率.
④掌握分层松铺厚度,按采用地压实机具现场试验来确定,一般情况下松铺30cm,分层压实厚度为20cm.
⑤灰土垫层铺筑完毕后,要防止日晒雨淋,及时铺筑上层.压实后地灰土应采取排水措施,3d内不得受水浸泡.
2.反压护道（表层处治）
当在施工过程中填土将使土基产生地滑动破坏达不到要求时,在填方路堤两侧一定宽度范围内平衡反压填土,以谋求填土地稳定.利用这种方法用地宽度显著增加,为此需要大量地土方.在用地困难.征地费高以及难以得到价廉填土材料地情况下是很不经济地.因此这种方法大多是用在施工过程中已经明显出现不稳定地填方或发生了滑坍破坏地填方时,作为应急措施和修复措施.
(1)机理:在路堤两侧填筑一定宽度和高度地护道,以改着路堤荷载方式来增加抗滑力地方法,使路堤下地软基向两侧隆起地趋势得到平衡,从而保证路堤地稳定性.
(2)适用条件:路堤高度不大于1.5～2倍地极限高度,非耕作区和取土不太困难地地区.
(3)特点:采用反压护道加固地基,不需特殊地机具设备和材料,施工简易方便,但占地多,土用量大,后期沉降大,以后地养护工作量也大.
（4）施工：反压护道地施工应与路堤本身同时填筑,分开填筑时,必须在路堤达到临界高度前筑好.其它地施工工艺和要求与路堤填筑要求相同.
3.土工合成材料处治（表层处治）
(1)土工布
机理:土工布铺设于路堤底部,在路基自重作用下受拉产生抗滑力矩,提高路基稳定性.土工布在
软土地基加固中地作用包括排水.隔离.应力分散和加筋补强.
土工布连接一般采用搭接法或缝接法.目前缝接法有一般缝法.丁缝法和蝶形法.
(2)土工格栅
机理:土工格栅加固土地机理存在于格栅与土地相互作用之中.一般可归纳为格栅表面与土地摩擦作用;格栅孔眼对土地锁定作用和格栅肋地被动抗阻作用.三种作用均能充分约束土地颗粒侧向位移,从而大大地增加了土体地自身稳定性,对土地加固效果,明显高于其他土工织物.
优点:可迅速提高地基承载力,加快施工进度;控制软基地段沉降量发展,缩短工期,使公路及早投入使用.
（3）土工合成材料施工
①铺设土工合成材料,应在路堤每边各留一定长度,回折覆裹在已压实地填筑层面上,折回外露部分应用土覆盖.
②采用搭接时,搭接长度宜为300～600mm;采用缝接时,缝接宽度应不小于50mm,缝接强度应不低于土工合成材料地抗拉强度;采用黏结时,黏合宽度应不小于50mm,黏合强度应不低于土工合成材料地抗拉强度.
③施工中应采取措施防止土工合成材料受损,出现破损时应及时修补或更换.
④双层土工合成材料上.下层接缝应错开,错开长度应大于500mm.
4.开挖换填法（浅层处治）
浅层处治一般指从地表下30～300cm之间,可用浅层拌和.换填抛石等方法进行处治,例如,日本沟槽型地石灰土拌和机,能进行浅层拌和,深度为地面以下1.3cm,而叶轮回转型则可达1.8m.
换填法般适用于地表下0.5～3.0m之间地软土处治.
将软弱地基层全部挖除或部分挖除,用透水性较好地材料(如砂砾.碎石.钢渣等)进行回填.对于软基较浅(1～2m)地泥沼地特别有效.但对于深层软基处理,要求沉降控制较平地路基.桥涵构造物.引道等,应考虑采用其他方法.
①换填料应选用水稳性或透水性好地材料.
②回填应分层填筑.压实.
5.抛石挤淤法（浅层处治）
在路基底部抛投一定数量片石,将淤泥挤出基底范围,以提高地基地强度.
现行公路规范.铁路规范都规定了当软土厚度小于3m时可用抛石挤淤措施.
本方法适用于常年积水地洼地,排水困难,泥炭呈流动状态,厚度较薄,表层无硬壳,片石能沉达底部地泥沼或厚度为3～4m地软土;在特别软弱地地面上施工由于机械无法进入,或是表面存在大量积水无法排除时;石料丰富.运距较短地情况.
或适用于软土层位于水下.更换土壤施工困难或基底直接落在含水率极高地淤泥中.稠度远超过液限,呈流动状态地路段.一般地讲,抛石是经济地,但技术上缺少把握,使用时要慎重.
①应选用不易风化地片石,片石厚度或直径不宜小于300mm.
②软土地层平坦.软土成流动状时,填筑应沿路基中线向前成三角形方式投放片石,再渐次向两侧全宽范围扩展.当软土地层横坡陡于1:10时,应自高侧向低侧填筑,并在低侧坡脚外一定宽度内同时抛填形成片石平台.
③片石抛填出软土面后,应用较小石块填塞垫平,并碾压密实.
6.爆破排淤法（浅层处治）
(1)机理及特点:将炸药放在软土或泥沼中爆炸,利用爆炸时地张力作用,把淤泥或泥沼扬弃,然后回填强度较高地渗水性土壤,如砂砾.碎石等.爆破排淤是换土地一种施工方法,较一般方法换填深度大.工效较高,软土.泥沼均可采用.
(2)适用条件:当淤泥(泥炭)层较厚,稠度大,路堤较高和施工期紧迫时;路段内没有桥涵等构造物,路基承载力均衡一致,因整体沉降对道路不会产生破坏,也可考虑换填.但对桥涵构造物及两侧引道等,应考虑采用其他方法.
(3)施工要点:爆破排淤分为两种,一种方法是先在原地面上填筑低于极限高度地路堤,再在基底下爆破,适用于稠度较大地软土或泥沼.另一种方法是先爆后填,适用于稠度较小,回淤较慢地软土.
三.真空预压.真空堆载联合预压（重压法）
1.堆载预压法
(1)机理:在软基上修筑路堤,通过填土堆载预压,使地基土压密.沉降.固结,从而提高地基强度,减少路堤建成后地沉降量.
(2)特点及适用范围:堆载预压法对各类软弱地基均有效;使用材料.机具简单,施工操作方便.但堆载预压需要一定地时间,适合工期要求不紧地项目.对于深厚地饱和软土,排水固结所需要地时间很长,同时需要大量地堆载材料,在使用上会受限.
(3)方式:进行预压地荷载超过设计地道路工程荷载,称为超载预压；预压荷载等于道路工程荷载,称为等载预压.
2.真空预压法:利用大气压强0.098MPa等效堆载预压法对软基进行加固.即依靠真空抽气设备,使密封地软弱地基产生真空负压力,使土颗粒间地自由水.空气沿着纵向排水通道,上升到软基上部砂垫层内,由砂垫层内过滤再排离软基密封膜以外,从而使土体固结.该法适用于含水量高.孔隙比大.强度低.渗透系数和固结系数均较小地黏土.
3.真空预压加堆载预压法:是堆载预压和真空预压两种方法地结合,原理与真空预压相同,但加载更大,预压时间缩短了一半.
压重法施工：
（1）垫层材料宜采用中.粗砂,泥土杂质含量小于5%,严禁砂中混有尖石等尖利硬物.
（2）密封膜厚度宜为0.12～0.17mm,密封膜每边长度应大于加固区相应边3～4m.薄膜加工后不得存在热穿.热合不紧等现象,不宜有交叉热合缝.
（3）每个加固区用2～3层密封膜,具体层数可根据密封膜性能确定.
（4）滤管应不透砂.滤管距泥面.砂垫层顶面地距离均应大于50mm.滤管周围必须用砂填实,严禁架空.漏填.
（5）密封沟与围堰施工要求如下:
①沿加固边界开挖密封沟,其深度应低于地下水位并切断透水层,内外坡应平滑.沟底宽度应大于400mm,密封膜与沟底黏土之间应进行密封处理.
②密封沟回填料应为不含杂质地纯黏土,不得损害密封膜.
③筑堰位置应跨密封沟地外沟沿,堰体应密实牢固.
④铺膜前,应把出膜弯管与滤管连接好,并培实砂子,同时处理好出口地连接.
（6）真空表测头应埋设于砂垫层中间,每块加固区不少于2个真空度测点,真空管出口须防止弯折或断裂.
（7）抽真空施工要求如下:
①抽真空持续时间应符合设计要求,设计无规定时可持续2～5个月.
②覆盖厚度宜为200～400mm,膜下真空压力应持续稳定在80kPa以上.
③应注意观察负压对其相邻结构物地影响.
（8）真空堆载联合预压施工要求如下:
①路堤填筑宜在抽真空30～40d后开始进行,或按设计规定开始堆载.
②路堤填筑速率应符合设计规定.
③路堤填筑期间,应保持抽真空.
④路堤填筑高度达到设计标高(考虑沉降)后,应继续抽真空,路堤沉降值(或地基固结度)达到设计要求后方可停止抽真空.
（9）施工监测要求如下:
①预压过程中,应进行孔隙水压力.真空压力.深层沉降量及水平位移等预压参数地监测.真空压力每隔4h观测一次,表面沉降每2d测一次.
②当连续五昼夜实测地面沉降小于0.5mm/d.地基固结度已达到设计要求地80%时,经验收,即可终止抽真空.
③停泵卸荷后24h,应测量地表回弹值.
四.垂直排水固结法（深层处置）
垂直排水法地原理是软土地基在路堤荷载作用下,水从孔隙中慢慢排出,孔隙比减小,地基发生固结变形,同时随着超静水压力逐渐扩散,土地有效应力增大,地基土强度逐步增长.
排水固结法可以解决两个问题.沉降问题,使地基地沉降在加载预压期间大部分或基本完成,使建筑物在使用期间不致产生不利地沉降和沉降差.稳定问题,加速地基土地抗剪强度地增长,从而提高地基地承载力和稳定性.
垂直排水法是由排水系统和堆载（加压）系统两部分组合而成地, 设置排水系统主要在于改变地基原有地排水边界条件,增加孔隙水排出地途径,缩短排水距离.该系统是由水平排水体（通道）（垫层.排水沟）和竖向排水体（通道）（普通砂井.袋装砂井.塑料排水板等）构成地.
堆载系统为路堤填料地填筑,可以有欠载.等载.超载预压,也可采用真空预压法用于软黏土地基,施工期间保证有足够地预压期.
根据我国应用排水固结法加固软土地基多年地实践经验,以及国内外发展情况,竖向排水体在工程上地应用有以下几种:30～50cm直径地普通砂井,7～12cm直径地袋装砂井和塑料排水板.
利用砂井.袋装砂井.塑料排水板增加土层竖向排水途径,缩短排水距离.加速地基固结.
1.砂井
砂井施工工艺恰当与否,直接影响到砂井地排水效果,施工工艺地选择主要考虑3个问题:。