路塹與高路堤的邊溝出口布置圖:
(2)截水溝
又稱天溝,一般設置在挖方路基邊坡坡頂以外,或山坡路堤上方的适當地點,用以攔截并排除路基上方流向路基的地面徑流,減輕邊溝的水流負擔,保證挖方邊坡和填方坡腳不受水流沖刷。
挖方路段(路塹)截水溝示意圖 :
填方路段上的截水溝示意圖
1—土台;2—截水溝
(3)排水溝
主要用于把來自邊溝、截水溝或其他水源的水流(如邊溝、截水溝、取土坑、邊坡和路基附近積水)引至橋涵或路基範圍以外的指定地點。排水溝一般為梯形斷面,底寬不小于0.5m,深度不宜小于0.5m。
排水溝與水道的銜接:
(4)跌水與急流槽
用于陡坡地段排水,溝底縱坡可達45。在陡坡或深溝地段設置的溝底為階梯,水流呈瀑布跌落式通過的溝槽稱為跌水,其作用是在較短的距離内,降低水流流速,消減水流能量。
在陡坡或深溝地段設置的坡度較陡,水流不離開槽底的溝槽稱為急流槽,其作用是将上下遊水位差較大的水流引至橋涵進口或路基下方。
(5)蒸發池
氣候幹旱、路線穿越平坦地形地面排水困難地段,無法把地面水排走時,可在距離路基适當的地方設置蒸發池,引水入池,依靠自然蒸發或下滲将水排除。
三、地下排水設施施工
攔截、彙集和排除地下水,或降低地下水位,使路基免遭破壞的結構物,稱為地下排水設施:暗溝;滲溝;滲井。
(1)暗溝
相對于地面排水的明溝而言,暗溝又稱盲溝,是指設在地面以下引導水流的溝渠,它本身不起滲水和彙水作用,其主要作用是利用其透水性将路基範圍内的泉水或滲溝彙集的水流彙集到溝内,并沿溝排至指定地點,使不緻在土中擴散,其水力特性屬于紊流。
(2)滲溝
常見的一種地下排水溝渠。當路基土含水過多時,可用它來吸收降低、彙集和排除地下水。亦可以用以攔截流向路基的地下水,采用滲透方式将地下水彙集于溝内,并通過溝底通道将水排至指定地點,這種地下排水設施統稱滲溝。它的作用是降低地下水位或攔截地下水,其水力特性是紊流,但構造與簡易暗溝有所不同。
在施工中,需注意以下問題
1)滲溝的布置應盡可能與地下水向互相垂直。
2)滲溝的橫寬一般視埋藏深度、排水要求、施工和維修便利而定。
3)彙集水流時,為防止含水層中砂土擠入滲溝,應設反濾層。
4)滲溝的施工宜由下遊向上遊施工。
5)為了核查維修方便,宜設置檢查井。
(3)滲井:
當地下存在多層含水層,其中影響路基的上部含水層較薄,排水量不大,且平式滲溝難以布置,采用立式(豎向)排水,設置滲井,穿過不透水層,将路基範圍内的上層地下水,引入更深的含水層中去,以降低上層的地下水位或全部予以排除。
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軟土地基施工
軟土是具有含水量高、孔隙比大、滲透性小、壓縮性高、抗剪強度低和靈敏度高等工程性質的土體。我國的軟土主要分布于渤海灣、長江三角洲、珠江三角洲以及浙、閩沿海地區等地。
一、概述
(1)軟土分類
包括淤泥、淤泥質粘性土、淤泥質粉土、泥炭、泥炭質土等
《公路軟土地基路堤設計與施工技術規範》的定義簡單明了,工程設計人員可以以此作為軟基的定義:濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。
(2)天然軟土的特征
1、天然含水量高、孔隙比大
軟土孔隙比及含水量都大,渤海灣地區軟土含水量一般在40~60%之間,孔隙比在1.0~1.3之間;長江三角洲地區軟土含水量一般在35~55%之間,孔隙比在1.1~1.5之間;珠江三角洲地區軟土含水量一般在50~90%之間,一般大于液限,高的可達200%,孔隙比在1.4~2.1之間。各地軟土含水量一般大于40%,孔隙比大于1.1。
2、透水性弱
3、壓縮性高
珠江三角洲地區軟土壓縮系數通常大于1.0MPa-1,壓縮模量Es多在1.0~2.0MPa,其他地區軟土壓縮系數通常小于1.0MPa-1,壓縮模量Es多大于2.0MPa。長江三角洲地區5米的填土沉降量為1.5~2.0米,渤海灣地區5米的填土沉降量為1.0~1.5米,珠江三角洲5米的填土沉降量為2.0~3.0米。
4、抗剪強度低
5、觸變性和蠕變性
軟土結構未破壞前,具有一定的結構強度,但一經擾動,結構被破壞,強度則迅速降低,但随靜置曆時的增長,其強度将逐漸恢複。
軟土在受荷載作用或載荷變化過程中,将發生持久而緩慢的變化,這種在剪應力作用下的剪切變形現象稱為土的蠕變性。
6、抗陷強度低
(三)軟土地基
指壓縮層主要由淤泥質土、吹填土、雜填土或其他高壓縮性土層組成的地基。施工中存在以下問題
1、地基承載力和穩定性問題
在道路荷載(靜力和動力荷載)作用下,地基承載力不能滿足要求時,地基會産生局部或整體剪切破壞,影響道路的正常使用,引起道路破壞或邊坡失穩。
2、沉降、水平位移及不均勻沉降問題
在荷載作用下(靜力和動力荷載),地基産生變形。當道路沉降或水平位移,或不均勻沉降超過相應的允許值時,将會影響道路的正常使用,甚至可能引起破壞。
二、軟土地基的加固措施與施工
軟土地基處理的目的是利用置換、夯實、排水、膠結、加筋和化學處理等方法對地基進行加固,以改善地基土的強度、壓縮性、滲透性、動力特性等。
處理方法有—砂墊層法、排水固結法、換填法、反壓護道法、灰土擠密樁、土工合成材料加固、碾壓夯實法、化學加固法等。
地基處理問題核心:沉降與穩定性問題。
地基處理問題關鍵:治水與固結。
(1) 砂墊層法
在軟土地基上鋪設厚度為0.5~1.2m的砂層,以保證所需的排水能力
下圖:已完成的斜坡砂墊層
(2)排水固結法
排水固結法就是先在地基中設置砂井或塑料排水闆等豎向排水體,然後利用建(構)築物本身重量分級逐漸加載;或是在建(構)築物建造以前,在場地先行加載預壓(或者真空預壓),使土體中的孔隙水排出,逐漸固結,地基發生沉降,同時強度提高的方法。
1、塑料排水闆法
利用插闆機械在軟土地基中插設具有良好透水性的塑料排水闆,從而在軟土地基中形成豎向的排水通道,在上部輔加荷載(如預壓堆載、砂墊層,或者真空預壓等)的作用下,在軟土地基中産生附加應力。軟土地基中的孔隙水應力和附加應力引起的超孔隙水應力随着孔隙水通過塑料排水闆和砂墊層排出而降低,地基的孔隙水含水量也随之降低,從而增加了土體密實度。
2、砂井排水法
在軟土層上設置垂直排水井,有鋼管砂井、袋裝砂井等。
(3)換填法
換填法是淺層軟土地基的處理方法.是将基礎底面以下不太深的處理範圍内的軟弱土層挖去,然後以質地堅硬,強度較高,性能穩定好,具有抗侵蝕性的砂,卵石,素土等去分層換填,同時用人工或機械方法進行表層壓,夯,振動等處理土工合成材料至滿足工程要求的全過程.
1.開挖換填
适用于軟弱土層位于地表,換挖深度不超過3m的場合
2.抛石擠淤
适用于排水困難的窪地,而軟弱土層易于滑動,厚度又較薄,表層無硬殼,石料來源充分
3.爆破擠淤
适用于換填深度超過3m,需要快速施工且允許爆破的場合。對于稠度較大的軟土采用先爆後填,對于稠度小的軟土,可以先填後爆破。
(4)反壓護道法
該法是指在道路主路堤兩側,填築一定寬度和高度的護道,使路堤下的淤泥向兩側隆起的趨勢得到平衡;同時加寬了荷載的分布寬度,減少了路堤的基底壓力,從而保證了路堤的穩定。這種方法處理軟土地基,對解決路基穩定是有效的。
反壓護道法:
适用于:
a.非耕作區和取土不困難的地區;
b.路堤高度不大于5/3~2倍極限高度;
c.主要用于處理軟土,對泥沼有時也可以采用。
(5)灰土擠密樁
灰土擠密樁法是在基礎底面形成若幹個樁孔,然後将灰土填入并分層夯實,以提高地基的承載力或水穩性。灰土擠密樁法适用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,處理深度宜為5~15m。
擠密樁——用沖擊或振動方法,将砂或碎石等粒料擠入軟土地基内,形成直徑較大的樁體,并同原地基一起形成複合地基。
作用:
1)使樁周圍的土體變密實;
2)支承路堤很大一部分重量;
3)加速周圍軟土的固結;
4)防止液化(砂土地基時)。
擠密樁法和加固土樁施工現場:
(6)土工合成材料加固
淺層的軟土路基可采用先在地表鋪築土工布,再填築路堤,土工布起分隔、過濾、排水和加速固結的作用。
(7)碾壓夯實法
采用壓實功能較大的振動壓實方法,對非粘性土及地标松散土,予以碾壓,可以提高其地基強度,降低壓縮性,振動時間越長,效果越好。
夯實法:1、重錘夯實;2、強夯
(8)化學固結法--利用化學溶液或膠結劑,采用壓力灌注或攪拌混合等措施,使土顆粒膠結起來,達到對土基加固的目的。
目前采用的化學溶液有:
1)以水玻璃溶液為主的漿液
2)以丙烯酸氨為主的漿液
3)水泥漿液
4)以紙漿溶液為主的漿液
工藝有:注漿法--利用機械壓力将漿液通過注入管,均勻注入地層,漿液以填充和滲透方式,排擠土粒間或石隙中的水分和空氣,占據其位置,一定時間後,漿液凝固,可使原土層或縫隙固結成整體;旋噴法和深層攪拌法
其它特殊地區的路基施工
1、水稻田及多雨潮濕地區施工
水稻田地區路堤施工,包括排水、原地面處理、路堤填築、邊坡及排水系統處理等。
2.黃土地區路基施工
黃土是一種特殊的粘性土,主要分布在昆侖山、秦嶺、山東半島以北的幹旱和半幹旱地區。其中以黃土高原的黃土沉積最為典型。黃土地區的路堤填築與一般地區路堤基本相同。但由于黃土地區的地形及黃土的特殊工程性質,跨越黃土沖溝的方法,除高填土外,還有土橋及填式路堤等特殊路堤。
(1)土橋的填築:土橋是黃土地區跨越沖溝的一種特殊高填土路堤。
(2)基底處理要符合要求
土橋基底的情況,對土橋的穩定性極為重要。若基底為非濕陷性黃土,且無地下水活動時,可按一般粘性土地基進行基底處理,同時做好兩側的施工排水、防水措施。若地基為濕陷性黃土,應采取攔截、排除地表水的措施,防止地表水下滲,減少地基土層濕陷性下沉。
(3)填料的選擇應符合要求
築橋用土應不含砂、石、樹根、草根等雜質,其天然含水量以接近最佳含水量為宜,各地自然條件不同,所選用的土質亦有所不同。但一般要求粘粒與砂粒的含量應有一定的限度。粘粒含量多,可以提高土體的粘聚力,增強土橋的穩定性,但粘粒含量過大,則會産生較大的收縮與膨脹,對土橋的穩定性是不利的。
3.膨脹土路基施工
膨脹土是指粘粒成份主要由強親水性礦物組成,并具有顯著脹縮性的粘性土。在黃河流域及其以南地區分布較廣泛。這種土有吸水膨脹、失水收縮并往複變形的性質,對路基及人工構造物等都有破壞作用,并且不易修複。
(1)鋪築試驗路段
膨脹土地區路堤施工前,應按規定做試驗路段,為路堤的正式施工提供數據資料和經驗。
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