第三章路基工程施工6講第一頁，共62頁。3.5特殊路基施工

特殊路基施工主要包括軟土、多年凍土、滑坡、泥石流、黃土和鹽漬土等地區(qū)（或地段）的路基施工。3.5.1軟土地區(qū)路基施工1.軟土的分類（1）以孔隙比、有機質(zhì)含量為主，結(jié)合其它指標，軟土可劃分為軟粘性土、淤泥質(zhì)土、淤泥、泥炭質(zhì)土和泥炭五種類型。習慣上把淤泥、淤泥質(zhì)土、軟粘性土總稱為軟土；而把有機質(zhì)含量很高的泥炭、泥炭質(zhì)土總稱為泥沼。第二頁，共62頁。3.5特殊路基施工（2）按其成因，軟土可劃分為海洋沿岸沉積和內(nèi)陸湖沉積兩大類。（3）按其沉積環(huán)境和特征，軟土可劃分為瀉湖相沉積、溺谷相沉積、濱海相沉積、三角洲相沉積、湖相沉積、河漫灘相沉積、丘陵谷地相沉積七種。第三頁，共62頁。3.5特殊路基施工2.軟土的特點（1）天然含水量高，孔隙比大（2）透水性差（3）壓縮性高（4）粘聚力?。?）具有觸變性（6）抗剪強度低。第四頁，共62頁。3.5特殊路基施工3.軟土地基的加固措施及其施工第五頁，共62頁。由兩種剛度不同材料組成共同承受上部荷載并協(xié)調(diào)變形的人工地基。（一）、復合地基變形協(xié)調(diào)指樁和土變形一致共同變形。按材料分類散體樁復合地基柔性樁復合地基剛性樁復合地基砂樁碎石樁土樁灰土樁石灰樁粉噴樁旋噴樁樹根樁CFG樁第六頁，共62頁。（二）、排水固結(jié)法

1、定義：在建筑物建造前，對天然地基或?qū)σ栽O置豎向排水體的地基加載預壓，使土體固結(jié)沉降基本完成或完成大部分，從而提高地基土強度的一種方法。砂井塑料排水板豎向排水體水平排水體：砂墊層排水系統(tǒng)加壓系統(tǒng)堆載法真空法降水法電滲法2、對象：軟粘土、吹填土、松散粉土、新近沉積土

3、工程應用：路堤、倉庫、罐體、飛機跑道、輕型建筑第七頁，共62頁。排水固結(jié)法就是其應用。建造建筑物前預先對地基施加荷載，使地基完成大部分沉降，抗剪強度也得到提高；卸荷后，再建建筑物，地基在建筑物荷載作用下產(chǎn)生沉降將大大減少。排水固結(jié)法關鍵在于排出孔隙水，使孔隙減少及有效應力增加，從而產(chǎn)生固結(jié)沉降。粘性土固結(jié)所需的時間為時間因數(shù)固結(jié)系數(shù)第八頁，共62頁。3.5特殊路基施工3.軟土地基的加固措施及其施工（1）塑料排水板法塑料排水板是帶有孔道的板狀物體，插入土中形成豎向排水通道，改善了地基的排水條件、縮短了排水途徑。第九頁，共62頁。3.5特殊路基施工（2）砂井是利用打樁機具擊入鋼管，或利用高壓射水、爆破等方法在地基中獲得按一定規(guī)律排列的孔眼，再向孔中灌入中、粗砂，形成砂柱的加固形式。1）砂井的特點在軟弱地基層中，設置砂井作為豎向排水體，在堆土加載的情況下，使土體中的水沿豎向排水體排出，從而加速了土壤固結(jié)和地基沉降，提高了地基的強度。第十頁，共62頁。3.5特殊路基施工2）砂井施工的方法主要有套管法、射水法和螺旋成孔法三種。套管法砂井的施工過程第十一頁，共62頁。3.5特殊路基施工（3）袋裝砂井是普通砂井的發(fā)展與提高，為了既縮小砂井的直徑，又能保證施工的順利實施，利用透水性良好的網(wǎng)狀織物制作的袋子（其直徑一般為7～12cm），向袋中裝滿砂子，沉入井內(nèi)的軟土地基加固方法。袋裝砂井的施工方法根據(jù)裝砂的順序不同有兩種：一種方法是裝有空袋（底部裝有20～30cm的砂）的導管，按設計的井位就位，然后灌砂。另一種方法是將灌好干砂的砂袋，在沉管前全部裝入管中。第十二頁，共62頁。3.5特殊路基施工袋裝砂井（后裝砂法）施工工藝流程圖

第十三頁，共62頁。四、砂井設計1、直徑及間距砂井有效排水范圍內(nèi)等效直徑，30-50cm砂井直徑井徑比普通砂井取6～8袋裝砂井或塑料排水板取15～202、深度：壓縮層不厚時，砂井應貫穿壓縮土層壓縮層深厚時，由附加壓力和自重應力之比為0.1～0.2處定。第十四頁，共62頁。3、砂井排列正方形：正三角形：4、砂井布置范圍及砂墊層砂井布置范圍一般比建筑物基礎外擴大2～4m或更大，并在砂頂面鋪設砂墊層，形成一個連續(xù)的有一定厚度的砂墊層，厚度可達0.3～0.5m；水下施工時，可取0.8～1.0m。一、水平排水墊層的施工1、墊層材料：砂墊層砂料宜用中粗砂，滲透系數(shù)不低于1×10-3cm/s，含泥量小于5%，無雜質(zhì)，無有機質(zhì)；砂料中可混有少量粒徑小于50mm的石粒。不宜用粉砂或細砂；砂墊層的干密度應大于1.5t/m3

第十五頁，共62頁。2、水平排水系統(tǒng)的設置在水平墊層預壓區(qū)應設置與砂墊層相連的盲溝，盲溝可平行布置，并與集水井相連。若砂粒來源較困難，可用網(wǎng)狀布置的砂溝代替整片砂墊層，并與集水井相連。砂溝的寬度為2～3倍砂井直徑，一般深度40～60cm。3、墊層厚度：30～50cm。明溝盲溝二、豎向排水體的施工1、砂井材料第十六頁，共62頁。采用中粗砂，其滲透系數(shù)宜大于1×10-2cm/s，砂料應干凈，含泥量不超過3%。2、施工順序砂井的作用是為地基土提供良好的排水通道，盡量減小對周圍土體的擠壓擾動，施工順序應“先中間后周邊”。3、施工工藝砂井施工一般是先成孔，再灌砂形成砂井。砂井成孔的方法：套管法、射水法、螺旋鉆成孔法和爆破法1、砂井材料第十七頁，共62頁。3.5特殊路基施工袋裝砂井（先裝砂法）施工現(xiàn)場

第十八頁，共62頁。3.5特殊路基施工（4）排水砂墊層這種方法只是在路堤底部的地面上鋪設一層較薄的砂層。其作用是在軟土頂面增加一個橫向排水面，在填土過程中，荷載逐漸增加，促使軟土地基排水固結(jié)，滲出的水就可以從砂墊層中排走。（5）土工織物土工織物大多是由丙綸（聚丙烯）、滌綸（聚脂）、玻璃纖維為主要材料加工而成的。土工織物的作用是具有反濾、排水、隔離及加固補強等功能。第十九頁，共62頁。3.5特殊路基施工（6）預壓預壓法簡單易行，但是需要較長的固結(jié)時間。并且常常需要配合采用砂墊層、砂井等排水措施。第二十頁，共62頁。第二十一頁，共62頁。第二十二頁，共62頁。砂樁基本概念1、定義：砂樁指用振動或沖擊荷載在軟弱地基中成孔后，再將砂擠壓入土中形成的大直徑密實柱體。2、適用范圍：松散砂土、人工填土、粉土和雜填土地基。3、作用：提高地基強度、降低壓縮性，或消除地基液化性。建筑物以變形為控制條件，則砂樁處理后的軟弱地基需經(jīng)預壓，消除沉降后可作建筑物地基。4、工程應用：中小型工業(yè)與民用建筑、散料堆場、碼頭、路堤、油罐等工程的地基加固。第二十三頁，共62頁。砂樁的施工一、材料砂樁填料宜采用級配較好的中粗砂，也可用礫砂。飽和軟粘土地基應選用級配好、強度高的砂礫混合料。二、施工順序砂性土地基施工從外圍或兩側(cè)向中間進行，以擠密為主的砂樁宜間隔施工；第二十四頁，共62頁。粘性土地基中砂樁從中間向外圍或隔排施工三、振動成樁法在振動機作用下，把帶有底蓋的套管打入到規(guī)定深度，然后投入砂料，排砂入土，并振動密實成樁。對樁位打樁投砂排砂振密再投料成樁第二十五頁，共62頁。四、錘擊成樁法（一）單管法樁管就位將樁管用蒸氣打樁機和柴油機打樁機打到設計深度灌砂按規(guī)定速度拔出樁管第二十六頁，共62頁。（7）擠密砂樁是以沖擊或振動的方法，強力將砂、石等材料擠入軟土地基中，形成直徑較大的密實柱體，提高軟土地基的整體抗剪強度，減少沉降的軟土加固方法。砂樁的直徑一般為0.3～0.7m，對于軟弱粘性土地基宜采用直徑較大的砂樁。3.5特殊路基施工第二十七頁，共62頁。真空預壓法施工現(xiàn)場第二十八頁，共62頁。3.5特殊路基施工（8）生石灰樁在軟弱的粘性土壤中可以摻入生石灰，形成石灰樁，利用生石灰吸收軟土中的水分，在生成消石灰時，體積急劇膨脹，并散發(fā)出大量的熱量，促使軟土中的水分蒸發(fā)，同時還能發(fā)生火山灰反應，生成的硅酸鈣和鋁酸鈣等水合物，在水及空氣中逐漸硬化，與土顆粒粘結(jié)在一起，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善土的物理力學性質(zhì)，使得處治后的軟土強度提高，地基沉降減小，從而增加了路基的穩(wěn)定性。生石灰樁的孔徑多為20～40cm，樁長多在12m以內(nèi)，用打入或鉆進的方法成孔，再填入粒徑為2～5cm的生石灰塊。第二十九頁，共62頁。3.5特殊路基施工（9）加固土樁利用工程鉆機，將旋噴注漿管置入預定的地基加固深度，通過鉆桿旋轉(zhuǎn)，徐徐上升，并將預先配置好的漿液，以一定的壓力從噴嘴噴出，沖擊土體，使土和漿液攪拌成混合體，形成具有一定強度的人工復合地基。

加固土樁可以根據(jù)不同的施工對象、用途，調(diào)整灌入材料的用量、濃度，使加固土體滿足工程需要的強度。所使用的固化材料主要有：水泥、生石灰、粉煤灰等。第三十頁，共62頁。3.5特殊路基施工1）施工方法與施工工藝。加固土樁的施工可分為粉噴法（干法）和深層攪拌法（濕法）兩種。深層攪拌施工工藝流程圖

粉噴法加固樁施工

第三十一頁，共62頁。3.5特殊路基施工（10）換土采用人工或機械挖除路堤下的全部軟土，換填強度較高的粘性土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料。該法工作量大，卻從根本上改善了地基，處理效果較好。

1）人工或機械開挖、換土法

2）拋石擠淤法

3）爆破擠淤法第三十二頁，共62頁。換填法將基礎底面以下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后分層填入強度較大的砂、碎石、素土、灰土及其它性能穩(wěn)定和無侵蝕性的材料，并夯實至要求的密實度。換填法在古今應用都十分廣泛。長城的城墻基礎的地基用灰土處理。換填材料砂墊層碎石墊層素土墊層干渣墊層粉煤灰墊層施工機械碾壓法重錘夯實法振動壓實法（10）換填法第三十三頁，共62頁。一、原理1、作用:淺層的地基處理（1）提高地基承載力將基礎以下的軟弱土挖去，換填為好土，滿足上部結(jié)構(gòu)荷載要求。（2）降低變形：地基沉降計算深度范圍內(nèi)的土層數(shù)第層土的壓縮模量第層土的厚度將軟弱土換填，剛度提高，相應的地基沉降減小第三十四頁，共62頁。2、對象軟土（淤泥和淤泥質(zhì)土）、濕陷性黃土、雜填土、素填土（3）防止凍脹粗顆粒的墊層材料孔隙大，不易產(chǎn)生毛細現(xiàn)象，因此可以防止在寒冷地區(qū)土中結(jié)冰造成的凍脹。（4）對濕陷性黃土、膨脹土等特殊土，處理的目的是為了消除或部分消除地基土的濕陷性。第三十五頁，共62頁。施工方法換填材料類別壓實系數(shù)λc承載力標準值碾壓或振密碎石、卵石0.94～0.97200～300砂夾石200～250土夾石150～200中砂、粗砂、礫砂150～200粘性土和粉土（8<Ip<14)）130～180灰土0.93～0.95200～250重錘夯實

土或灰土0.93～0.95150～200各種墊層的承載力第三十六頁，共62頁。（二）施工1、施工機械方法（1）機械碾壓法：推土機、壓路機、羊角碾（2）重錘夯實法：錘重大于2噸，落距大于4m（3）振動壓實法：振動壓實機。2、施工要素素填土：平碾或羊角碾砂石：振動碾和振動壓實機重錘：有效夯實深度內(nèi)的土的飽和度小于等于0.6墊層施工應分層鋪填，一般每層厚度取200～300mm第三十七頁，共62頁。3.5特殊路基施工（11）反壓護道反壓護道是運用力學平衡來保持路基的穩(wěn)定，在路堤的兩側(cè)填筑一定寬度和高度的護道，使得路堤下的軟土層所承受的壓力作用，因反壓壓力而適當減弱，因此而提高了地基的穩(wěn)定性。該法簡單易行，但占地面積大、填料多，而且反壓護道只解決了軟土地基的穩(wěn)定，卻對沉降無益。反壓護道宜與路堤同時施工，也可以在路堤施工完成、并經(jīng)過一定的預壓之后再施工。第三十八頁，共62頁。（12）強夯法定義：強夯法又名動力固結(jié)法（Dynamicconsolidation）強夯法處理地基是19世紀60年代由法國梅那公司首創(chuàng)。將10～40噸重的錘起吊到高6～30米的空中讓其自由下落，給地基以沖擊和振動，以提高土體強度，降低其壓縮性，改善土的振動液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性。碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。對于高飽和度的粉土與粘性土地基，尤其是淤泥和淤泥質(zhì)土，處理效果較差。機場、倉庫、油罐、公路、和鐵路處理對象工程應用加固地基的優(yōu)點第三十九頁，共62頁。第四十頁，共62頁。第四十一頁，共62頁。應用范圍廣泛加固效果顯著有效加固深度大8000KN.M高能級強夯處理深度達12米；一般能量夯能處理深度6～8米施工機具簡單

強夯機具主要為履帶式起重機，當起吊能力有限時鋪龍門式起落或其他設備，加上自動脫鉤裝置。當機械設備困難時，還可因地制宜采用打樁機、龍門架、桅桿等簡易設備。節(jié)省材料

強夯法處理地基，無需添加建筑材料。對于飽和低滲透性土，可以鋪以砂井、擠密碎石樁配合強夯施工，其加固效果比單一工藝高出許多，材料亦比單一砂井、擠密碎石樁方案節(jié)省，費用較低。第四十二頁，共62頁。降低工程造價

強夯處理價格低廉。北京乙稀工程，擠密碎石樁方案造價200元/m2，強夯僅為25元/m2；茂名三十萬噸乙稀工程，回填地基，原來用分層碾壓法處理，沒有達到應有的加固效果，如果采用擠密碎石樁，加固費用增加250元/m2以上，強夯處理僅需30～50元/m2，且加固效果好，工期短。施工快捷

施工工期短，特別是粗顆粒非飽和土的強夯，周期更短。

二、加固機理

第四十三頁，共62頁。瑞利波（表面波）以夯坑為中心沿地表向四周傳播，使表層土體松動形成松弛區(qū)域。體波對地基起加固作用，縱波（壓縮波

）使土體受拉壓作用，使孔隙水壓力增加，導致土骨架解體；橫波（剪切波）使解體的土顆粒處于更密實的狀態(tài)。第四十四頁，共62頁。（三）夯點布置及間距1、夯點布置：2、夯擊點間距：3、夯擊點布置范圍：4、夯擊遍數(shù)

砂土1～3遍，粘土2～4遍，最后滿夯。夯擊點的平面位置可根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)類型進行布置。滿堂基礎，三角形或正方形布置夯點。墻下條基沿承重墻布置夯點。柱下獨基按柱網(wǎng)布置夯點。地基土的性質(zhì)和加固深度確定。夯擊點間距可取5～9米。基礎的應力擴散作用，夯擊點的范圍應大于建筑物的范圍。一般，每邊超出基礎外緣的寬度宜為設計加固深度的1/2-2/3，且不應大于3m。指兩遍夯之間的時間間隔。砂土3～4分鐘，粘土3～4周。第四十五頁，共62頁。3.5特殊路基施工3.5.2多年凍土地區(qū)路基施工

凡溫度為負溫或零溫、并且含有冰的各種土被稱為凍土，凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)三年以上的凍土層則稱之為多年凍土。在多年凍土地區(qū)，地表以下的一定深度范圍內(nèi)，每年夏季熔化，冬季凍結(jié)，該層稱為季節(jié)凍融層，同時這一深度被稱作季節(jié)凍融層底板或多年凍土上限。在該深度以下一定厚度的土則終年處于凍結(jié)狀態(tài)，即所謂的多年凍土層。第四十六頁，共62頁。3.5特殊路基施工1.多年凍土的分類按含冰量的不同，多年凍土可分為少冰凍土、多冰凍土、富冰凍土、飽冰凍土和含土冰層五種類型。2.多年凍土地區(qū)公路路基的主要病害多年凍土地區(qū)的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要有冰丘、冰錐、地下冰和凍土沼澤等，將對公路工程建設產(chǎn)生極為不良的影響。第四十七頁，共62頁。3.5特殊路基施工多年凍土地區(qū)公路路基的病害主要有：（1）融沉（2）凍脹（3）冰害3.多年凍土地區(qū)公路路基施工要點（1）施工前應查清沿線凍土的分布情況、類型、凍土的上下限、地下水，以及有無其它如熱融（湖、塘）、冰丘、冰錐等不良地質(zhì)情況。第四十八頁，共62頁。3.5特殊路基施工（2）必須嚴格遵循保護凍土的原則進行施工，路基形式以路堤為宜，盡量避免零填或淺挖斷面，使路基竣工后仍處于熱學穩(wěn)定狀態(tài)。（3）路基的排水與加固除滿足水力和土力條件外，還應考慮由于施工因素所引起的熱力變化，不能導致多年凍土層的上限下移。（4）填方路基施工過程中，應采取措施保持路基及其周圍的凍土處于凍結(jié)狀態(tài)，根據(jù)設計要求和實際情況對基底采取換填或設置毛細水隔斷層等措施。需要取土時，宜設置集中取土場，取土位置宜在路堤坡腳500m以外。

第四十九頁，共62頁。3.5特殊路基施工（5）在地下水發(fā)育的挖方地段，路基邊溝應采取防滲措施。刨冰凍土、含土冰層的路塹地段，可根據(jù)設計要求換填足夠厚度的水穩(wěn)性好的填料。（6）處于冰錐、冰丘地段的路基施工，應按設計要求設置防、排水設施；凍脹較重的地段，應在其上游主流處做好地下滲溝，并將水引到一定距離外的地面積冰場。第五十頁，共62頁。3.5特殊路基施工3.5.3鹽漬土地區(qū)路基施工

鹽漬土是指包括鹽土和堿土在內(nèi)，以及不同程度鹽化和堿化土壤的統(tǒng)稱。在公路工程中，按地表全層1m以內(nèi)容易溶于水中的無機鹽類（或稱易溶鹽類）含量平均達0.5%以上的土壤，稱為鹽漬土。鹽漬土類型眾多，一般多分布在較低洼的地區(qū)，而且常常與沼澤相伴而生。第五十一頁，共62頁。3.5特殊路基施工1.鹽漬土的分類（1）鹽漬土按含鹽化學成分分類，可分為氯化物鹽漬土、硫酸鹽-氯化物鹽漬土、氯化物-硫酸鹽鹽漬土、硫酸鹽鹽漬土和碳酸鹽鹽漬土等。（2）鹽漬土按鹽漬化程度分類，可分為弱鹽漬土、中鹽漬土、強鹽漬土和過鹽漬土等。2.鹽漬土對路基的主要危害（1）氯化物鹽漬土容易使土壤過分濕化而影響路基的穩(wěn)定性，造成濕陷、坍塌等病害。路基處于潮濕狀態(tài)時，密度較小，翻漿現(xiàn)象比一般地區(qū)嚴重。第五十二頁，共62頁。3.5特殊路基施工（2）硫酸鹽鹽漬土的鹽脹作用主要發(fā)生在路基上部0～80cm范圍內(nèi)，越接近表層，鹽脹值越大。在晝夜溫差大的地區(qū)，反復循環(huán)的鹽脹作用容易造成邊坡約0.3m厚度范圍的土體疏松與剝落。由于硫酸鹽遇水時容易溶解，當含鹽量較大時，路基會出現(xiàn)濕陷、坍塌等病害。（3）碳酸鹽鹽漬土遇水崩解的速度很快，當土中的碳酸鹽含量大于0.5%時，遇水后碳酸鹽即與土中的膠體顆粒分解，使路基土體產(chǎn)生膨脹，土體強度急劇降低。第五十三頁，共62頁。3.5特殊路基施工3.鹽漬土路基施工要點（1）鹽漬土路基宜在干旱季節(jié)施工，施工前應對填料的含鹽量及其均勻性加強控制檢測。（2）當?shù)乇硗敛环弦髸r，應將路基基底的土壤挖除，換填透水性較好的土。（3）對于含水量超過液限的原地基土，應將基底以下1m范圍內(nèi)的土壤全部換填成透水性材料；當含水量介于液限和塑限之間時，應換填100～300mm厚的透水性材料；當含水量在塑限以下時，可直接填筑粘性土。（4）鹽漬土路堤應分層填筑、分層壓實，每層松鋪厚度不宜大于200mm。碾壓時應嚴格控制含水量，含水量不宜大于最佳含水量+1%，不得在雨天施工。第五十四頁，共62頁。3.5特殊路基施工（5）鹽漬土路堤宜從基底處理開始，連續(xù)施工。在設置隔斷層的路段，一次做到隔斷層的頂部為宜。（6）在施工季節(jié)的選擇方面：地下水位高的粘性鹽漬土地區(qū)，宜在夏季施工；砂性鹽漬土地區(qū)，宜在春季和夏初施工；強鹽漬土地區(qū)，宜在表層含鹽量較低的春季施工。（7）鹽漬土路基施工中應合理設置排水設施，勿使路基及其附近存有積水。無論是填筑粘性土或換填滲水性好的土，其壓實度均應符合路基的壓實度標準。第五十五頁，共62頁。3.5特殊路基施工3.5.4黃土地區(qū)路基施工1.黃土的工程特性（1）黃土的顆粒組成以粉土為主，含量可達50%以上；黃土的孔隙率較大，一般為35%～60%。（2）黃土的節(jié)理明顯，以垂直節(jié)理為主，在干燥而固結(jié)的黃土層中比較發(fā)育，土層的上部較下部發(fā)達。（3）黃土垂直方向滲水性強，由于黃土孔隙率大和垂直節(jié)理發(fā)育，所以垂直方向的滲水性要比水平方向大很多。第五十六頁，共62頁。3.5特殊路基施工（4）黃土具有收縮、膨脹和崩解等性質(zhì)。黃土遇水后膨