《路基路面工程》06第五章路基防护.pdf

第五章第五章 路基防护与加固路基防护与加固 5-1 概述概述 由岩土所筑成的路基，大多暴露于空间，长期受自然因素的作用，岩土在不 利水温条件作用下，物理、力学性质将发生变化。浸水后湿度增大，土的强度降 低；岩性差的岩体，在水温变化条件下，加剧风化；路基表面在温差作用下形成 胀缩循环， 在湿差作用下形成干湿循环， 可导致强度衰减和剥蚀； 地表水流冲刷， 地下水源浸入，使岩土表层失稳，易造成和加剧路基的水毁病害；沿河路堤在水 流冲击、 淘刷和浸蚀作用下， 易遭破坏； 湿软地基承载力不足， 易导致路基沉陷。 所有这些，均取决于岩土的物理力学性质及自然因素，且与路基承受行车荷载的 情况密切相关。 合理的路基设计，应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面综合考虑。 为确保路基的强度与稳定性， 路基的防护与加固， 也是不可缺少的工程技术措施。 随着公路等级的提高，为维护正常的汽车运输，减少公路灾害，确保行车安全， 保持公路与自然环境协调，路基的防护与加固更具有重要意义。实践经验证明， 在高等级公路建设中，防护工程对保证公路使用品质、提高投资效益均具有重要 的意义。 路基防护与加固设施，主要有边坡坡面防护、沿河路堤河岸冲刷防护与加固 以及湿软地基的加固处治。 坡面防护，主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的 影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边 坡的整体稳定性，在一定程度上还可兼顾路基美化和协调自然环境。坡面防护设 施，不承受外力作用，必需要求坡面岩土整体稳定牢固。简易防护的边坡高度与 坡度不宜过大，土质边坡坡度一般不陡于 11～11.5。地面水的径流速度以不超 过 2.0m/s 为宜，水亦不宜集中汇流。雨水集中或汇水面积较大时，应有排水设 施相配合，如在挖方边坡顶部设截水沟，高填方的路肩边缘设拦水埂等。 常用的坡面防护设施有植物防护种草、铺草皮、植树等和矿料防护抹面、 喷浆、勾缝、石砌护面等。前者可视为有“生命”成活防护，后者属无机物防 护。有“生命”防护以土质边坡为主，无机物防护以石质路堑边坡为主。在一定 程度上，有“生命”防护在边坡稳定和改善路容方面，优于无机物防护。 堤岸防护与加固主要对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤，亦包括桥头 引道，以及路基边旁的防护堤岸等。此类堤岸常年或季节性浸水，受流水冲刷、 拍击和淘洗，造成路基浸湿、坡脚淘空，或水位骤降时路基内细粒填料流失，致 使路基失稳，边坡崩坍。所以堤岸防护与加固，主要针对水流的破坏作用而设， 起防水治害和加固堤岸双重功效。 堤岸防护与加固设施，有直接和间接两类。直接防护与加固设施中包括植物 防护和石砌防护与加固两种，常用的有植树、铺石、抛石或石笼等。间接防护主 要指导治结构物，如丁坝、顺坝、防洪堤、拦水坝等，必要时进行疏浚河床、改 变河道，目的是改变流水方向，避免或缓和水流对路基的直接破坏作用。改变水 流流速、流向和原来状态，可能导致堤岸对面及路基附近上下游遭害，必需慎重 1 对待，掌握流水运动规律，因势利导，防治结合，综合治理。 湿软地基的承载能力较差，如泥沼与软土、低洼的湖海相沉积土层、人为 垃圾杂填土等， 填筑路基前必需予以加固， 以防路基沉陷、 滑移或产生其他病害。 湿软地基加固，规模大，造价高，应注意方案比较，研究技术和经济方面的可行 性，力求从简，尽量就地取材。地基加固是路基主体工程的一部分，要结合路基 设计即确定路基标高，选择横断面，决定设施等，综合处治。 湿软地区修筑路基时，地基加固关键在于治水和固结。各种加固方法，可归 纳成换填土、 辗压夯实、 排水固结、 振动挤密、 土工格栅加筋和化学加固等五类。 加筋土为土中加入某种能承受一定拉力的筋条或化学纤维， 凭籍筋条与填土之间 的摩擦作用，提高土的抗剪强度，改善路基抵抗变形的条件。土工布、土工格栅 加筋是利用化纤材料织成布或网格，铺在软弱地基或填土层中，亦能收到良好效 果。其他还有石灰桩、砂桩与砂井等。 湿软地基的加固，亦可采用强夯法，利用重锤的强大冲击力，以达到地基排 水固结提高承载能力的目的。 5-2 坡面防护坡面防护 一、植物防护一、植物防护 植物防护，可美化路容，协调环境，调节边坡土的湿温，起到固结和稳定边 坡的作用。它对于坡高不大，边坡比较平缓的土质坡面是一种简易有效的防护设 施，其方法有种草、铺草皮和植树。土质边坡防护也可采用拉伸网草皮、固定草 种布或网格固定撒种，用土工合成材料进行土质边坡防护的边坡坡度宜在 1 1.0～12.0 之间。 拉伸网草皮是在土工网或土工垫等土工合成材料上铺设 3～5cm 的种植土 层，经过撒种、养护后形成的人工草皮。固定草种布（也可称植生带）是在土工 织物纺织时将草种固定于土工织物中， 然后到现场铺筑以促使草皮生长的一种土 工合成材料草皮制品。网格固定撒种是先将土工网固定于需防护的边坡上，然后 撒播草种形成草皮的一种边坡防护方法。 种草，适用边坡坡度不陡于 11，土质适宜种草，不浸水或短期浸水但地面 径流速度不超过 0.6m/s 的边坡。草的品种，应适应当地自然条件，最好是根系 发达，中茎低矮，多年生长，几种草籽混种。不宜种草的坡面，可以铺 5～10cm 厚的种植土层，土层与原坡面结合稳固。 当坡面冲刷比较严重，边坡较陡，径流速度0.6m/s，容许最大速度为 1.8m/s 时，应根据具体条件坡度与流速等，分别采用平铺平行于坡面水平叠置、垂 直坡面或与坡面成一半坡角的倾斜叠置草皮， 还可采用片石铺砌成方格或拱式边 框，方格或框内再铺草皮，如图 5-1 所示。 2 图 5-1 草皮防护示意图除已注明尺寸外，其余单位为 cm a平铺平面；b平铺剖面；c水平叠铺；d垂直叠铺；e斜交叠铺；f网格式 （图中 h 为草皮厚度，约 5～8cm，a 为草皮边长，约 20～25cm） 铺草皮需预先备料，草皮可就近培育，切成整齐块状，然后移铺在坡面上。 铺时应自下而上，并用竹木小桩将草皮钉在坡面上，使之稳固。草皮根部土应随 草切割，坡面要预先整平，必要时还应加铺种植土，草皮应随挖随铺，注意相互 贴紧。 植树，主要用在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥沙淤积，防水直接 冲刷路堤。多排林堤岸与水流方向斜交，还可起挑水改变水流方向的作用。沙漠 与雪害地区，防护林带还起阻沙防雪作用。树木的品种与种植位置及宽度，应根 据防护要求、流水速度等因素，参见有关设计手册、结合当地经验而定，城市或 风景区的植物防护，应与有关部门协调配合。 二、矿料防护二、矿料防护 当不宜使用植物防护或考虑就地取材时，采用砂石、水泥、石灰等矿质材料 进行坡面防护是常用的防护形式。它主要有砂浆抹面、勾缝或喷涂以及石砌护坡 或护面墙等。这些形式各自适合于一定条件。 抹面防护，适于石质挖方坡面，岩石表面易风化，但比较完整，尚未剥落， 如页岩、泥砂岩、千枚岩的新坡面。对此应及时予以封面，以预防风化成害。常 用的抹面材料有石灰浆等，其中石灰为胶结料，要求精选。混合料如加纸筋或竹 筋，可提高强度，防止开裂；如掺加适量制盐副产品卤水，因含有氯化钙与氯化 镁，可使抹面加速硬化和预防开裂。抹面用料的配合比与用量，参见有关手册。 抹面厚度视材料与坡面状况而定，一般 2～10cm。操作前，应清理坡面风化层、 浮土与松动碎块、填坑补洞，洒水润湿。抹面后，应拍浆、抹平和养生。 喷浆施工简便，效果较好，适用于易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡，厚 度一般为 5～10cm。喷浆的水泥用量较大，重点工程可选用。比较经济的砂浆是 3 用水泥、石灰、河砂及水，按重量比 1163 配合。喷浆前后的处治，与抹 面相同。对坡面较陡或易风化的坡面，可以在喷浆前先铺设加筋材料，加筋材料 可以用铁丝网或土工格栅，喷浆坡面应设置排水孔。 比较坚硬的岩石坡面，为防水渗入缝隙成害，视缝隙深浅与大小，分别予以 灌浆、勾缝或嵌补等。 上述防护方法，可以局部处治，综合使用，并与放缓边坡等方法加以比较， 力求实用和经济。如果在坡面防护时着色或修饰，还有助于改善路容。 路基坡面为防止地面水流或河水冲刷，可以使用干砌片石护面，图 5-2 所示 为浸水路堤单层或双层护面示意图。重要路段或暴雨集中地区的土质高边坡，以 及桥涵附近坡面与岩坡、地面排水沟渠等，亦可干砌片石加固。片石护面，要求 坡面稳固， 先垫以砂层， 然后自下而上平整地铺砌片石， 片石应逐块嵌紧且错缝， 护面厚度一般不小于 20cm，干砌要勾缝，必要时改用浆砌，护面顶部封闭，以 防渗水。 图 5-2 片石护面示意图 a、b单层；c、d双层 （图中 H 为干砌石垛高度，约 20～30cm，h 为护面厚度，大于 20） 护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层，用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边 坡。要求墙面紧贴坡面，表面砌平，厚度可不一。护面墙石料应符合规格。护面 墙除自重外，不承受其他荷重，亦不承受墙背土压力。其构造与布置，如图 5-3 所示。墙高与厚度及路堑边坡的关系，参见表 5-1。 护面墙高一般不超过 10m， 可以分级中间设平台， 墙背可设耳墙， 纵向每 10m 设一条伸缩缝， 墙身应预留泄水孔， 基础要求稳固， 顶部应封闭。 墙基软硬不匀， 可设拱跨过软弱地基。坡面常有各种不同地质现象，开挖后形成凹陷，应以石砌 圬工填塞平整，称为支补墙。以上构造的具体要求与尺寸，均可参考有关设计手 册。 4 图 5-3 护面墙示意图单位m a双层式；b单层式；c墙面；d拱式；e混合式 1-平台；2-耳墙；3-泄水孔；4-封顶；5-松散夹层；6-伸缩缝；7-软地基；8-基础；9-支补墙； 10-护面墙 护面墙的厚度 表 5-1 护面墙厚度m 护面墙高度 Hm路堑边坡 顶宽 b 底宽 d ≤2 10.5 0.40 0.40 ≤6 陡于 10.5 0.40 0.400.10H 6H≤10 10.5～10.75 0.40 0.400.05H 10H15 10.75～11 0.60 0.600.05H 5-3 冲刷防护冲刷防护 一、直接措施一、直接措施 为了防止流水直接危害沿河、滨海路堤以及有关海河堤坝护岸的堤岸边坡 和坡脚，必须采取一定的防止冲刷的措施。 堤岸防护直接措施，包括植物防护、石砌防护或抛石与石笼防护，以及必要 时设置的支挡驳岸等。其中植物防护与石砌防护，同坡面防护所述基本类同， 但堤岸的防冲刷主要原因是洪水急流，水位变迁不定，水流速度较大，相应的要 求更高。盛产石料的地区，当水流速度达到 3.0m/s 或更高时，植树与石砌防护 无效时，可采用抛石防护。当水流速度达到或超过 5.0m/s 时，则改用石笼防护， 也可就地取材，用竹笼或梢料防护，必要时可以采用土工织物软体沉排护坡。 抛石防护，类似在坡脚处设置护脚，亦称抛石垛，如图 5-4 所示。抛石不受 气候条件限制，路基沉实以前均可施工，季节性浸水或长期浸水亦均可用。抛石 垛的边坡坡度，不应陡于抛石浸水后的天然休止角，边坡率m1一般为 1.5～2.0， m2为 1.25～2.0；石料粒径视水深与流速而定，一般为 15～50cm。 5 图 5-4 抛石防护示意图单位m a新堤石垛；b旧堤石垛 石笼是用铁丝编织成框架，内填石料，设在坡脚处，以防急流和大风浪破坏 堤岸，也可用来加固河床，防止淘刷。铁丝框架可以箱形或圆形，如图 5-5 中 a 和 b。笼内填石的粒径，最小不小于 4.0cm，一般为 5～20cm，外层应用大且棱 角突出石料， 内层可用较小石块填充。 石笼在坡脚处排列， 用于防止冲刷淘底时， 应平铺并与坡脚线垂直，而且堤岸一端固定，另一端不必固定，淘刷后可以向下 沉落贴于底面；用于防止堤岸边坡冲刷时，则垒码平铺成梯形，如图 5-5c和 d。 单个石笼的大小，以不被相应速度的水流冲动为宜，铺设时须用碎砾石垫层铺 平，底层各角，可用铁棒固定于基底。 图 5-5 石笼防护示意图单位m a箱形笼；b圆柱形笼；c防止淘底；d防护岸坡 土工织物软体沉排是在土工织物上以块石或预制混凝土块体为压重的护坡 结构。 土工织物软体沉排一般适用于水下工程及预计可能发生冲刷的河床和岸坡 土面上。其主要有单片垫和双片垫两种结构形式。 单片垫是利用土工织物拼接成大面积的排体； 双片垫是将两块单片垫重叠后 按一定距离和型式将两片垫连接在一起而构成管状或格状空间， 其中再填充透水 性土石料（如砂卵石等），起到防冲与反滤的作用，双片垫的结构型式如图 5-6 所示。 图 5-6 双片垫型式 土工模袋是一种双层织物袋， 袋中充填流动性混凝土或水泥砂浆或稀石混凝 土，凝固后形成高强度和高刚度的硬结板块。其主要应用场合及铺设型式如图 6 5-7。土工模袋材料应满足表 5－2 的技术要求，袋内可充填混凝土或砂浆。充填 混凝土时，粗骨料最大粒径应符合表 5-3 的要求，塌落度不宜小于 200mm， 其强度等级不低于 C10；充填砂浆时，其强度等级不低于 M2.5。 表 5-2 土工模袋材料要求 指标内容 指标要求 顶破强度N ≥1500 渗透系数10-3cm/s 0.86～10 等效孔径O95mm 0.07～0.15 延伸率 ≤15 表 5-3 混凝土骨料的最大粒径要求 土工模袋厚度（mm） 骨料最大粒径（mm） 150～250 ≤20 ≥250 ≤40 图 5-7 土工模袋的应用及铺设 采用土工模袋护坡的坡度不得陡于 11。 如在水下施工， 水流速度不宜大于 1.5m/s。模袋选型应根据工程要求和当地土质、地形、水文、经济与施工条件等 确定。应根据水流量选定模袋滤水点分布数量，当选用无滤水点模袋时，应增设 渗水滤管。模袋应用尼龙绳缝制。 二、间接措施二、间接措施 设置导治结构物可改变水流方向，消除和减缓水流对堤岸直接破坏，同时可 减轻堤岸近旁淤积，彻底解除水流对局部堤岸的损害作用，起安全保护作用。导 治结构物是桥涵和路基的重要附属工程，由于涉及水流改向，影响范围较大，工 程费用亦较高，务必慎重。用于防护堤岸的改河工程，一般限于小型工程，如裁 弯取直，挖滩改道，清除孤石等，可在小河的局部段落上进行。 导治结构物主要是设坝，按其与河道的相对位置，一般可分为丁坝、顺坝或 格坝。图 5-8 是桥梁附近设置导治结构物的总体布置示例之一。导治结构物的布 置，应综合考虑河道宽窄、水流方向、地质条件、防护要求、材料来源、施工条 件和工程经济等，要综合考虑，全面治理，要避免河床更多压缩，或因水位提高 和水流改向，而危害河对岸或附近地段的农田水利、地面建筑及堤岸等。 顺坝大致与堤岸平行，主要作用为导流、束水、调整流水曲度、改善流态。 格坝在平面上成网格状，设于顺坝与堤岸之间，防止高水位时水流溢入冲刷坝内 7 岸坡和坡脚， 并促进格间的淤积。 丁坝大致与堤岸垂直或斜交， 将水流挑离堤岸， 束河归槽，改善流态。顺坝亦称导流坝，丁坝亦称挑水坝。 图 5-8 导流结构物综合布置示例 导流结构物的布置是工程成败的关键。布置恰当能收到预期效果；布置不当 反而恶化水流，造成水毁。关键在于合理设计导治线，符合预定的河轴线和河岸 线要求， 亦取决于选择导治水位， 不致出现不利的冲刷情况。 导治线与导治水位， 应依据对于水流和河岸、 河床地形、 地质情况、 水流对上下游对岸的影响等因素， 综合分析和设计计算而定。 顺坝与丁坝均用石块修建成梯形横断面，坝体分为坝头、坝身和坝根三个组 成部分，横断面尺寸依构造要求、施工条件和使用需要而定，并应进行稳定性计 算。 公路工程中的改河，主要目的是将直接冲刷路基的水流引向旁处；路基占 用河槽后，需要拓宽河道；挖滩改河，清除孤石，改移河道，以保护路基；裁弯 取直， 有利布置路线或桥涵。 这些措施， 如经过论证可行， 确有必要且效益高时， 方可通过设计计算，最后实施。 导治结构物的构造与要求，以及结构物与改河工程的具体设计计算方法，在 路基设计手册等文献中，已有详细规定与建议，可供查用。 5-4 地基加固地基加固 土木工程中，地基加固极为重要，常是各种建筑物成败关键，公路工程范围 内的建筑物亦不例外。路基敷设于天然地基上，自身荷载较大，要求地基应具有 足够的承载能力，以保持地基稳定，另外应使某些自然因素如地下水、坑穴、 湿陷、胀缩等不致产生对路基的有害变形。 一、换填土层法一、换填土层法 换填土层法， 即将基底下一定深度范围的湿软土层挖去， 换以强度较大的砂、 碎砾石、灰土或素土，以及其他性能稳定、无侵蚀性的土类，并予以压实。换 填材料的不同，其应力分布虽然有所差异，但其极限承载力比较接近，而且沉降 特点亦基本相似，因此大致按砂垫层的计算方法，结果相差不大。 砂垫层的作用，可提高承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防 止冻胀，消除膨胀土的胀缩作用，亦可处理暗穴。砂垫层的作用，因工程性质而 有所不同，对路基而言，主要是排水固结，素土或灰土垫层，可以消除湿陷性 黄土 3.0m 深度范围内的湿陷性。 8 砂垫层厚度，一般在 0.6～1.0m 之间，太厚施工难，太薄效果差。砂料以中 粗砂为宜，要求级配良好，颗粒的不匀系数不大于 5，含泥量不超过 3～5。 二、辗压夯实法二、辗压夯实法 控制最佳含水量，对土基分层压实，提高强度和降低压缩性，是路基施工的 基本要求。 如果使用压实功能较大的压实方法， 还能处理杂填土和地表的松散土。 对于非粘性土及松散杂填土而言，振动压实法效果良好。振动压实效果，因 土质和振动时间而不同， 一般是振动时间越长， 效果越好， 但时间过长就会无效。 对于主要由矿碴、碎砖、瓦块为主的建筑垃圾，时间约 1min 即可；含细炉碴等 细颗粒填土，振动时间 3～5min，有效深度为 1.2～1.5m。 重锤夯实法加固地基，可提高地基表层土的强度。对湿陷性黄土，可降低地 表的湿陷性，对杂填土，可减少表层土的强度不均一性。重锤夯实法适用于地下 水位 0.8m 以下稍湿的一般粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土等。重锤夯实法， 一般以钢筋混凝土制成截头圆锥体底部垫钢板，重量宜 1.5t 或稍重，锤底直径 为 1～1.5m，起重设备的能力为 8～15t，落距高一般为 2.5～4.5m。重锤的夯击 遍数，一般以最后两次的平均夯沉量不超过规定值来控制，即一般粘性土和湿陷 性黄土为 1～2cm，砂土为 0.5～1.0cm。实践结果表明，一般是 8～12 遍，作用 深度约为锤底直径的一倍左右。 在重锤夯实法的基础上，经过研究和实践，六十年代末期出现所谓强夯法， 亦称动力固结法，它是以 8～12t甚至 20t的重锤，8～20m 落距最高达 40m， 对土基进行强力夯击，利用冲击波和动应力，达到土基加固的目的。此项新技术 出现，迅速在国际上得到广泛运用，效果十分显著，我国亦正在研究和运用。 实践证明， 强夯过程中， 土体中因含可压缩的微气泡而产生几十厘米的沉降， 土体产生液化，使土的结构破坏，强度下降至最小值，随后在夯击点周围出现径 向裂隙，成为加速孔隙水压力消散的主要通道，继而因粘性土的触变性，使土基 的强度得到恢复和增强。这一过程无法用传统的固结理论解答，因而就有饱和土 是可压缩的重要机理。现有研究成果表明，由于土中有机物的分布，第四纪土中 多数含有以微气泡形式出现的气体，含气约 1～4，强夯过程中，气相体积被压 缩，加上孔隙水被挤出，两者体积有降低。重复夯击作用，气体被压缩接近于零 时，土体变成不可压缩，相应的孔隙水压力上升到与覆盖压力相等的能量级时， 土即产生液化， 吸附水变成了自由水， 土的强度达到最小值， 继续施加外界能量， 对强度提高无效，需要停止夯击，等待强度恢复。与此同时，夯点四周形成有规 则垂直裂缝，出现涌水现象。当孔隙水压力消散到小于土粒间的侧向压力时，裂 隙即自行闭合，土中水的运动又恢复常态。随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强 度和变形模量有了大幅度增长，这是由于土粒间紧密接触，以及新吸附水层逐渐 固定所致，这乃是土的触变性所致。基于上述基本原理，按弹簧活塞模型，对动 力固结强夯的机理作出新的解释，以资与传统的静力固结理论相比较。 强夯法至今还没有一套成熟和完善的理论和设计方法，但实践证明，它具有 施工简单、加固效果好、使用经济、运用面较广等优点。国外资料说明，经强夯 法处理的地基，其承载力可提高 2～5 倍，压缩性降低 2～10 倍，广泛用于杂填 土各种垃圾、碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土及泥炭和沼泽土，不但陆地 上使用，亦可水下夯实。缺点是需要相应的机具设备，操作时噪音和振动较大， 不宜在人口密集或附近防震要求高的地点使用。 我国津、 沪等地， 不仅成功运用， 9 而且在加固饱和软粘土地基方面，取得新的成果与经验。 三、排水固结法三、排水固结法 饱和软土在荷载作用下，排水固结后，抗剪强度可得到提高，则达到加固的 目的。此法在建筑工程中，常用于加固软弱地基，包括天然沉积层和人工冲填的 土层，如沼泽土、淤泥及淤泥质土，水力冲积土等。 排水固结法的实际效果， 取决于土层固结特性、 厚度、 预压荷载和预压时间。 厚度小于 5m的浅软土层， 或固结系数较大每秒大于 110-2cm2以上的土层， 较 短时间预压即可。 排水固结是运用堆载预压，挤出土中的过多含水，达到挤紧土粒和提高强度 的目的。为了缩短预压时间，加设砂井竖向排水通道或铺设砂垫层，效果甚好。 美国加州公路局曾采用砂井处理沼泽地段的路基，获得满意结果。利用路基填土 自重压密地基，不需另备预压材料，所以砂井堆载预压法，在路基工程中是一种 经济有效的方法。 砂井堆载预压， 需进行地基固结计算， 以确定加载以及砂井布置的有关数据。 一般情况下， 加载量大致与设计荷载接近， 预压至 80固结度。 砂井直径多为 8～ 10cm，间距大约是井径的 6～8 倍。砂井长度应穿越地基可能的滑动面，井长如 能穿越主要受压层，对沉降有利，如果软土层较浅，有透水性下卧层，则井长深 入透水层， 对排水固结更有利。 为加速排水， 缩短固结时间， 在设置竖井的同时， 可加设井顶砂垫层或纵横连通砂井的排水砂沟，砂垫层厚度约 0.5～1.0m。 砂井成孔，有沉管法和水冲法两类。沉管法是用锤击或振动方式将带靴的钢 管沉入地基，管内灌砂，在振动作用下拔出钢管，最后在土中形成砂井。水冲法 是利用高压水冲孔，孔内灌砂，此法施工速度快，但难以保证孔径匀称，质量较 差。砂井的用砂，以中粗粒径为宜，含泥量不宜大于 3，灌砂量按重量计， 大于井管外径所形成体积的 95。 排水固结法中除砂井堆载预压而外，还有降水预压和真空预压等技术。 四、挤密法四、挤密法 土基中成孔后，在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等材料，捣实而成直径 较大的桩体，利用横向挤紧作用，使地基土粒彼此靠紧，孔隙减少，而且孔被填 满和压紧，形成桩体，桩体具有较高的承载能力，群桩的面积约占松散土加固面 积的 20，以致桩和原土组成复合地基，达到加固的目的。 孔中灌砂，形成砂桩，它与上述砂井相比，形式相仿，但作用不同。砂井的 作用是排水固结， 井径较小而间距较大； 砂桩的作用是将地基土挤紧， 井径较大， 而间距宜小。砂井适用过湿软土层，而砂桩适用于处理松砂、杂填土和粘粒含量 不大的普通粘性土，亦可有效地防止砂土基底的振动液化。饱和软粘土的渗透性 较小、灵敏度较大，夯击过程中土内产生的超孔隙压力不易迅速扩散，砂桩的挤 密效果较差，甚至能破坏地基土的天然结构。 孔中填石灰而成灰桩，用于挤密软土地层，是近年来在国外广泛应用的一种 新方法。 石灰桩主要作用是挤密， 而生石灰的吸水、 膨胀、 发热及离子交换作用、 使桩体硬化，改善了原地基土的性质，此外还可减小因周围土的蠕变所引起的侧 向位移。利用石灰桩加固软土地基，关键在于石灰桩在地下水中能否结硬，试验 10 表明水中含有酸根是石灰桩结硬的基本条件。由于石灰桩在水下结硬的速度远 比在空气中慢得多，所以将石灰和水就地拌合，增加石灰与外界的接触，结构条 件比纯石灰桩好得多，可提高桩的早期强度。石灰桩吸水膨胀和对土体的挤压作 用，是石灰桩加固地基的特殊功能。石灰桩施工的基本要求生石灰必须密封贮 存，最好选用新鲜块灰；二是灰块必须粉碎至一定要求。 砂桩和石灰桩的布置与尺寸，需通过设计计算而定，一般桩径约 20～30cm， 桩的间距约为桩径的 3.5 倍，可在平面上按梅花形布置，桩的长度与加固土层厚 度及加固要求有关桩孔的施工方法，有冲击和振动力等法，在湿陷性黄土中还可 用爆扩成孔法，即先钻孔，孔直径约 10cm，孔内每隔 50cm 置炸药筒，引爆扩 孔挤压，再灌以黄土或灰土，分层捣实，可以消除黄土的湿陷性。 三十年代在国外开始采用振动水冲法加固松砂地基，五十年代 开始用于加 固软粘土地基，我国七十年后期也开始引进，用以提高地基承载力，减少地基沉 降和差异沉降，提高抗地震液化能力，均取得满意效果。 振冲法是以起重机吊起振冲器、电动振冲器产生高频振动，水泵喷射高压水 流，在振动和高压水的联合作用下，振冲器沉入土中预定深度，经过清孔用循环 水带出孔中稠泥浆，向孔中逐段添加填料、予以振动挤密，在地基土中形成振冲 桩。振冲器的起重能力为 10～15t，水压力宜大于 500kPa，供水量大于 20m3／h， 加料量的供应能力不小于 0.4～0.8m3／min。 五、化学加固法五、化学加固法 利用化学溶液或胶结剂，采用压力灌注或搅拌混合等措施，使土颗粒胶结起 来，达到对土基加固的目的，称为化学加固法，又称胶结法。此法加固效果取决 于土的性质和所用化学剂，亦与施工工艺有关。 目前化学溶液主要有1以水玻璃溶液为主的浆液，其配方较多，常用的是 水玻璃浆液和氯化钙浆液配合使用，价格昂贵，使用受到限制。2以丙烯酸氨为 主的浆液， 我国研制的丙强是其中一种。 加固效果较好， 因价高亦难以广泛采用。 3水泥浆液，是由高标号的硅酸盐水泥，配以速凝剂而组成的浆液。4以纸浆溶 液为主的浆液，如重铬酸盐木质素和木铵，加固效果好，但有毒性，且易污染地 下水。以上四类，目前以水泥浆液使用较多。今后发展的关键应是研制高效、无 毒、易渗的化学浆液。 化学加固的施工工艺有注浆法、旋喷法和深层搅拌法。注浆法灌浆是利 用机械压力将浆液通过注入管，均匀注入地层，浆液以填充和渗透方式，排挤土 粒间或石隙中的水分和空气，占据其拉置，一定时间后，浆液凝固，可使原土层 或缝隙固结成整体。其用途甚广，路基中除用于防护坡面和堤岸外，亦可用于加 固土基和整治滑坡等病害，用于加固流砂或流石地基可以提高强度和不透水性， 改善地下工程的开挖条件等。 注浆法所用的浆液，分为无机和有机两种。以水泥为主的浆液为无机类，其 料源多、价格较低，但不易灌入孔隙细微的土内，一般常用于砂卵石及岩石较大 裂隙的地质条件中。水泥浆的水灰比，大约 0.8～1.0。为了改善浆液性能，可加 掺外加剂。如速凝时，加水玻璃或氯化钙等；缓凝时，加岩粉或木质亚酸等。化 学浆液的种类很多，以水玻璃和纸浆废液为主剂。水泥及化学浆液均属无机化学 材料，其共同特点是速凝几分种、强度高水泥浆液 28 天试验样品的抗压强度 达 7.0MPa 以上、固结率高、可灌性好，但抗折强度低0.14MPa 左右、适宜用 11 于潮湿条件或水中暴露空气中会黾裂剥落、不耐冻、难注入细缝隙内。 其他化学浆液中有丙强、木铵、丙烯酰胺及碱液等，各自适用于一定条件。 旋喷法是在注浆法基础上发展起来的一项新技术，又称为化学搅拌成型法。 旋喷法是用钻机钻孔至设计深度，用高脉冲泵、通过安装在钻杆下端的特殊喷射 装置，向土中喷射化学浆液，在喷浆的同时，钻杆以一定速度旋转并逐渐往上提 升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，强制破坏的土体与化学浆液混合， 胶结硬化后在土层中形成直径较匀称的圆柱体。旋喷的浆液以水泥浆液为主，如 果土的掺水性较大或地下水流速较快，为防止浆液流失，浆液中加速凝剂如三 乙醇胺和氯化钙等。 以上仅简略介绍已有的几种地基加固方法，有的已在国内公路路基工程中运 用，有的如土工布、土工格栅、强夯、水冲及旋喷等技术国内还在研讨，关键 是机械设备和料源。 可以预测， 随着公路建设的高速发展， 公路技术等级的提高， 包括地基加固在内的路基防护与加固，在理论和实践上必将有新的发展与突破。 12