巖土工程師專業(yè)輔導(dǎo):公路工程巖土土方路基施工方法(4)

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1、軟土路基常用加固方法:
    當(dāng)路堤經(jīng)穩(wěn)定驗算或沉降計算不能滿足設(shè)計要求時,必須對軟土地基進(jìn)行加固。加固的方法很多,常用的方法有:
    (1)塑料排水板: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。因其施工簡單、快捷,應(yīng)用較為廣泛。大有效處理深度18米。
    (2)砂井:砂井是利用各種打樁機(jī)具擊入鋼管,或用高壓射水、爆破等方法在地基中獲得按一定規(guī)律排列的孔眼并灌入中、粗砂形成砂柱。由于這種砂井在飽和軟粘土中起排水通道的作用,又稱排水砂井。砂井頂面應(yīng)鋪設(shè)墊層,以構(gòu)成完整的地基排水系統(tǒng)。砂井適用于軟土層厚度大于5m時。大有效處理深度18米。
    (3)袋裝砂井:井經(jīng)對固結(jié)時間的影響沒有井距那樣敏感。但一般砂井如果井經(jīng)太小,既無法施工,也無法防止因地基變形而斷開失效。因此,現(xiàn)在廣泛采用網(wǎng)狀織物袋裝砂井,其直徑僅8cm左右,比一般砂井要省料得多,造價比一般砂井低廉,且不會因施工操作上的誤差或地基發(fā)生水平和垂直變形而喪失其連續(xù)性。大有效處理深度18米。
    (4)排水砂墊層:排水砂墊層是在路堤底部地面上鋪設(shè)一層較薄的砂層。將水從砂層中排出去。大有效處理深度,路堤極限高2倍。
    (5)土工織物鋪墊:在軟土地基表層鋪設(shè)一層或多層土工織物,可以減少路堤填筑后的地基不均勻沉降,又可以提高地基的承載能力,同時也不影響排水。對于淤泥之類高含水量的超軟弱地基,在采用砂井及其他深層加固法之前,土工織物鋪墊可作為前期處理,以提高施工的可能性。
    (6)預(yù)壓:在軟土地基上修筑路堤,如果工期不緊,可以先填筑一部分或全部,使地基經(jīng)過一段時間固結(jié)沉降,然后再填足和鋪筑路面。大有效處理深度30米。
    (7)擠實砂(碎石)樁:擠實砂樁是以沖擊或震動的方法強(qiáng)力將砂、石等材料擠入軟土地基中,形成較大的密實柱體,提高軟土地基的整體抗剪強(qiáng)度,減少沉降。大有效處理深度20米。
    (8)旋噴樁:利用工程鉆機(jī),將旋噴注漿管置入預(yù)定的地基加固深度,通過鉆桿旋轉(zhuǎn),徐徐上升,將預(yù)先配制好的漿液,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(qiáng)度的人工地基。大有效處理深度20米。
    (9)生石灰樁:用生石灰碎塊置于樁孔中形成樁體,稱為生石灰樁。大有效處理深度20米。
    (10)換土:采用人工或機(jī)械挖除路堤下全部軟土,換填強(qiáng)度較高的粘性土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料。大有效處理深度3米。
    (11)反壓護(hù)道:反壓護(hù)道是在路堤兩側(cè)填筑一定寬度和一定高度的護(hù)道。它利用力學(xué)平衡以保持路基的穩(wěn)定。
    2、施工現(xiàn)場常用處理軟土路基及彈簧土方法:
    在施工中經(jīng)常碰到的情況多數(shù)不是軟土地基,因為如果有軟土地基一般情況在設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)資料,提出處理方法。多數(shù)情況是有局部地段地質(zhì)情況和原來設(shè)計不同,出現(xiàn)局部地基承載力達(dá)不到設(shè)計要求,或者由于局部地段含水量過大(原有排水系統(tǒng)不暢,原有地基土質(zhì)滲水性不好)造成地基軟彈(翻漿,彈簧土地段)。根據(jù)出現(xiàn)的這些情況一般常用的方法主要有:
    (1)換填
    這是常用的方法。這種方法大有效處理深度3米。采用人工或機(jī)械挖除路堤下全部軟土,換填強(qiáng)度較高的粘性土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料。換填的深度要根據(jù)承載力確定。
    (2)拋石填筑
    就是在有軟土或彈簧土以及有積水的路段填石頭,填石的高度以露出要處理的路段原有土層(或積水)高度為宜。在填石的過程中注意一定要用推土機(jī)把石塊壓實,不能出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象。然后再填筑土方。
    (3)盲溝
    就是在要處理的路段根據(jù)要處理的路段的長度,在橫向或縱向挖盲溝,盲溝通常用滲水性大孔隙填料或片石砌筑而成。也可以填入不同級配的石塊起到排水的功能。注意盲溝的出口要與排水溝連接,以便把路基中的水排出路基。
    (4)排水砂墊層
    排水砂墊層是在路堤底部地面上鋪設(shè)一層砂層,作用是在軟土頂面增加一個排水面,在填土的過程中,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。為確保砂墊層能通暢排水,要采用滲水性良好的材料。砂墊層一般的厚度為0.6-1.0米。為了保證砂墊層的滲水作用,在砂墊層上應(yīng)該填一層粘性土封住水不讓水返上路基。在路基兩側(cè)要修好排水溝,通過砂墊層滲出的水通過排水溝排出路基外,保持路基的穩(wěn)定。
    (5)石灰淺坑法
    由于粘性土含水量影響,施工中經(jīng)常出現(xiàn)“彈簧土”松軟現(xiàn)象。一般較輕的可以采用挖土?xí)窀桑盟榛靥睿骸笆覝\坑法”可以用于各種不同面積的路段(就是說大面積可以使用,小面積也可以使用)。具體做法是:挖40cm-50cm方形或圓形,深一般1m上下的坑,清除坑內(nèi)的滲水(好挖好坑后,第二天清除滲水),放入深為坑深1/3生石灰,即可回填碾壓??拥男芯嗪涂泳嘣谳p度彈簧路段為5-6m,在嚴(yán)重彈簧路段為3-4m.
    以上介紹的幾種工地常用的處理軟基礎(chǔ)以及彈簧土的方法,還要根據(jù)工地的具體情況選用那種方法施工,有時幾種方法可以交替或一起使用。目的主要是要保證工程質(zhì)量,保證工期。
    三、施工機(jī)械
    公路路基路面施工的主要機(jī)械包括鏟土運(yùn)輸、挖掘、拌和、攤鋪、碾壓等機(jī)械。土方施工中常使用的鏟土運(yùn)輸機(jī)械有推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、挖土機(jī)、裝載機(jī)等。各種機(jī)械的特性在使用說明書中都有比較詳盡的介紹??梢詤⒖礄C(jī)械說明書了解。
    這里主要介紹一下在施工中如何選配挖掘機(jī)械,運(yùn)輸車輛以及如何配置以發(fā)揮大的工作效率。
    1、運(yùn)輸車輛需用量的計算
    (一)汽車選型
    從技術(shù)管理、物資供應(yīng)、設(shè)備保養(yǎng)和維修及技術(shù)工人的培訓(xùn)等管理方面的因素考慮,選用的車輛型號越少越好;好選用標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、成批定型生產(chǎn)的自卸汽車。自卸汽車的車廂容積(或載重量)應(yīng)與工程使用的機(jī)械相配套。在公路工程中,運(yùn)載的物料主要是砂、土、石料、瀝青混合料等,密度較小,自然休止角也小,汽車的噸位利用系數(shù)(實際載重量比額定載重量)小,經(jīng)濟(jì)性有所下降。但由于載重量降低,能更好的適應(yīng)施工現(xiàn)場復(fù)雜的道路,爬坡能力增強(qiáng),并能適當(dāng)?shù)难娱L車輛的使用壽命,減少維修工作量,因此在大型工程施工中,往往選用載重量稍有富裕的自卸汽車。
    (二)經(jīng)濟(jì)車輛數(shù)的確定方法
    在路基、路面機(jī)械化施工中,工程運(yùn)輸車輛需要數(shù)量較多,費(fèi)用較大。這里主要介紹土石方工程與挖掘裝載機(jī)械配套的工程運(yùn)輸車輛需要數(shù)量加以介紹。
    1,一般方法:
    (1)挖掘機(jī)械容積比的選擇:挖掘機(jī)和汽車的利用率達(dá)到高峰值時的理論挖掘機(jī)械容積比(汽車容量與挖掘機(jī)斗容量比),是隨著運(yùn)距的增加而提高,隨著汽車平均行駛速度增快而降低,也就是隨著汽車循環(huán)時間的增加而提高的。當(dāng)運(yùn)距為1——2.5公里時,理論的挖掘機(jī)械容積比為4——7;運(yùn)距在3——5 公里時為7——10.自卸汽車容量較小,可取為3——5,不大于7——8.實踐表明,挖掘機(jī)械容積比宜取低值,但車廂也不應(yīng)過小,以免裝卸不便而延長裝卸時間,而且容易損壞車廂
    (2)汽車載重量的利用程度:它與挖掘機(jī)容積比、汽車載重量或車廂容積以及土的密度等因素有關(guān)。裝滿自卸汽車車廂所需鏟裝次數(shù)n應(yīng)滿足下列條件:
    自卸汽車的裝載量÷鏟斗土的重量≥ n ≤鏟斗中土的重量÷鏟斗中土的松方容積。
    與挖掘機(jī)配套適宜的車輛,其鏟裝次數(shù)一般應(yīng)在3 ——5范圍內(nèi),而車輛載重量的利用程度也是考核配合是否合理的另一個指標(biāo)。
    (3)與一臺挖掘機(jī)配套的自卸汽車輛數(shù):需要的車輛數(shù)N可由下式計算,
    N=工作循環(huán)時間÷挖掘機(jī)裝滿一車箱所需時間
    配套機(jī)械或機(jī)群的生產(chǎn)率應(yīng)取挖掘機(jī)的生產(chǎn)率或車隊的生產(chǎn)率兩者中的小值。在生產(chǎn)率的計算中,應(yīng)計入配套機(jī)械的時間利用系數(shù),使其符合實際生產(chǎn)情況。
    2、排隊論法:
    上述計算車輛數(shù)量的公式中,裝車時間和行駛時間均假定是固定不變的。但實際上車輛的工作循環(huán)時間難以保持相等,因此在裝載機(jī)械的近旁有時有車在排隊等候裝車,有時又會無車可裝,因此降低了裝載機(jī)械的生產(chǎn)率。
    排隊論法是用統(tǒng)計數(shù)學(xué)來處理裝車和行駛時間變化的方法。
    與一臺挖掘機(jī)配套的適宜車輛的近似值N可由下式計算:
    N=1÷R R:每小時汽車到達(dá)率與每小時裝車輛數(shù)的比值。(挖掘機(jī)裝滿一車所需時間÷汽車行駛時間)
    3、根據(jù)勞動定額 估算法:
    勞動定額是根據(jù)勞動生產(chǎn)率平均先進(jìn)的原則制定的。制定的方法一般有統(tǒng)計分析、類推對比法,經(jīng)驗估計法,定額測定法等幾種方法。而其中常用的是定額測定法。這種方法是把一個工作過程分解成若干工序,進(jìn)行實際測定。測得的結(jié)果用數(shù)學(xué)的方法加以計算,因此是能比較準(zhǔn)確反映工作效率的。所以根據(jù)勞動定額估算在機(jī)械施工中挖裝機(jī)械與汽車的配備數(shù)量也是經(jīng)常使用的方法。
    勞動定額確定的施工機(jī)械的工作時間,是根據(jù)施工機(jī)械的性質(zhì)分成準(zhǔn)備時間,不可避免的中斷(司機(jī)生理需要中斷時間),工作時間等。因此,大型機(jī)械的純工作時間一般規(guī)定為6.4小時(384分鐘),汽車的工作時間定為410分鐘。
    定額臺班產(chǎn)量就是根據(jù)上述工作時間制定的臺班產(chǎn)量。從表中的數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)運(yùn)距在1—3公里(運(yùn)距較短時)應(yīng)配汽車的臺數(shù)與運(yùn)距的倍數(shù)較大,一般在1.7——3倍左右。當(dāng)運(yùn)距超過3公里以上時,應(yīng)配汽車與運(yùn)距的倍數(shù)就開始逐漸減小為1.4-2.4之間。并且運(yùn)距越長應(yīng)配汽車的倍數(shù)關(guān)系也就越來越小。在公路土方施工中,一般的運(yùn)距都在5公里之內(nèi)(指路基施工,材料運(yùn)輸不考慮在內(nèi))。勞動定額規(guī)定,由于汽車配備沒有達(dá)到挖掘機(jī)的臺班產(chǎn)量,挖掘機(jī)的臺班產(chǎn)量可以降低效率,但是降效的百分比不能超過20%,也就是說只能降到原臺班產(chǎn)量80%.(見表二)這個規(guī)定實際上也就是汽車與挖裝機(jī)械配合數(shù)量的低限度。如果配備的汽車低于這個極限應(yīng)看作不能施工(從勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)核算的角度衡量)。
    綜上所述,挖裝機(jī)械與汽車的配備關(guān)系應(yīng)該根據(jù)實際情況,綜合考慮加以確定。
    上面的敘述分三個方面(場地清理,土方施工,施工機(jī)械)對公路土方路基施工方法做了簡單的介紹。有些是根據(jù)有關(guān)規(guī)范,有的是筆者在國內(nèi)(中國)施工的一些不成熟的經(jīng)驗。主要的目的是為了使大家對公路土方路基施工方法有個大概的了解。