特殊路基施工技术(2010).doc

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、土基干湿状态的确定
路基的强度与稳定性同路基的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的稳定性,一般要求路基处于干燥或中湿状态。潮湿或过湿状态的路基必须经处理后方可铺筑路面。

1.根据土基的天然稠度划分

土基干湿类型的稠度建议值（沥青路面）
　干湿类型　
土 组
干燥状态
中湿状态
潮湿状态
过湿状态
wc ≥ wc1
wc1 > wc ≥ wc2
wc > wc ≥ wc3
wc < wc3
土质砂
wc ≥ 1.20
1.20 > wc ≥ 1.00
1.00 > wc ≥ 0.85
wc < 0.85
粘质土
wc ≥1.10
1.10 > wc ≥ 0.95
0.95 > wc ≥ 0.80
wc < 0.80
粉质土
wc ≥1.05
1.05 > wc ≥ 0.90
0.90 > wc ≥ 0.75
wc < 0.75
wc1、wc2、 wc3----路基干燥、中湿、潮湿状态的分界稠度。

水泥混凝土路面土基干湿类型划分方法
干湿类型
干燥状态
中湿状态
潮湿状态
过湿状态
平均稠度 wc
wc > 1.0
wc = 0.75 ~ 1.0
wc = 0.5 ~ 0.75
wc < 0.5
注：1.00、0.75、0.50分别为水泥路面路基干燥、中湿、潮湿状态的分界稠度。

天然稠度：土的液限与天然含水量之差和塑性指数之比称为土的天然稠度。

式中：w-路基土的稠度
wL-土的液限含水量，%；
wp-土的塑限含水量，%；
w -土的平均含水量（路槽底下80cm），%。
(1) wc = 1.0，即w = wp，为半固体与硬塑状的分界值；
(2) wc = 0，即 w = wL，为流塑与流动状的分界值；
(3)1.0 > wc > 0，即wL > w > wp，土处于可塑状态。

WL液限：土从液体状态向塑性状态过渡的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的界限含水量称为塑限。
IP塑性指数：粘性土的塑性大小可用土处于塑性状态的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的指标：

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的标准锥锥入试样5s，测定其锥入深度h，并用烘干法测定其含水量w，绘制不同含水量的;H-W曲线，查得纵坐杯h＝20mm所对应的含水量即为该土样的液限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：取含水量接近塑限的试样一块，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。
由于土的稠度较准确地表示了土的各种形态与湿度的关系，稠度指标综合了土的塑性特性，液限和塑限，全面直观地反映了土的软硬程度，因此，用稠度作为划分土基干湿类型的指标。

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深度内土的平均稠度确定土基的干湿类型。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）的最小高度。
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，所规定的路肩边缘距原地面的最小高度。
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。
路基干湿类型的划分
路基干湿类型
H、Hi、wc、wci关系
一般特性
干燥
Wc>Wc1,H>H1
路基干燥稳定，路面强度和稳定性不受地下水和地表积水影响H > H1
中湿
Wc1≥Wc>Wc2,H1≥H>H2
路基上部土层处于地下水或地表积水影响的过渡区内H2 < H ≤ H1
潮湿
Wc2≥Wc>Wc3,H2≥H>H3
路基上部土层处于地下水或地表积水毛细影响区内H3 < H ≤ H2
过湿
Wc3≥Wc, H ≤ H3
路基极不稳定，冰冻区春融翻浆，路基经处理后方要铺筑路面。H ≤ H3

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，称为可直接碾压的含水量。因此使用前应选择稠度在0.9-1.4范围内的试样作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，故调整的幅度较小，天然稠度小于0.9的土调整十分困难。
③压实度标准可比规范的规定值降低1%～5%,具体降低数值应根据当地土质等情况通过试验确定。
上述三种土的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的最大干密度时，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范围内的填料。
⑤胀缩总率不超过0.7%的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的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的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的总厚度，基底为膨胀土时，宜挖除地表0.30-0.60m的膨胀土，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、软土地基的工程特性
淤泥、淤泥质土及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般黏土统称为软土。大部分软土的天然含水量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%的黏土或标准贯入击实次数小于4且含水量大于30%的砂性土统称为软土。
修建在软土地区的路基,主要有填筑荷载引起的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。
稳定性处治的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。
沉降处治的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的方法有挤密砂桩法、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。
通常意义上的垫层有两种。一种是指地面上设置的砂垫层、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的软弱土基全部或部分挖除,用砂、碎石等强度高、性能好的粒状材料回填,这实际上是浅层处治措施。
垫层的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的破坏而影响对垫层的有效作用。

（1）砂垫层
在软、湿地基上铺以0.3～0.5m厚度的砂(砾)垫层排水层,有利于软湿表层的固结,并形成填土的底层排水,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,使软土中的水分在路堤自重的压力作用下,加速沉降发展,缩短固结时间，但对基底应力分布和沉降量的大小无显著影响。
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的填筑最大高度),软土层及其硬壳较薄,或软土表面渗透性很低的硬壳等情况。亦适用于软土层稍厚但具有双面排水条件的地基。
　　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、运距不远的施工环境。
　　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的问题,各地看法不尽一致。一种看法认为:对砂垫层的排水作用,由于盆形沉降可能会受到影响,主张在地基上做土路拱的办法是没有必要的。因为孔隙水是在地基中孔隙水压力消散过程中排出的,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的排水肯定是有利的,而且路堤各层施工形成的表面路拱,有利于地表雨水的排除。

①垫层材料宜采用无杂物的中、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砂垫层施工中的关键,是将砂加密到设计要求的密实度。加密的方法常用的有振动法(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，碾压到规定的压实度。分层的厚度视振动力划定,—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,减少地基的沉降量。

（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,可改变地基的压缩性和强度特性,从而保证施工机械的通行,若垫层大部分松散,应进行大部分或全部防护。
石灰土是一种传统的建筑材料,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,当软弱土层的厚度不大(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,应相应增加石灰的用量。石灰的储存时间不宜超过3个月,长期存放将会使其活性降低。
石灰土中的石灰剂量,以石灰中活性CaO和Mgo的含量与土质情况而定,约为石灰土压实干密度的10%左右。
灰土中石灰的用量在一定范围内,其强度随用灰量的增大而提高,但当超过一定限值后,强度增加很小,并有逐渐减小的趋势。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的灰土可作为最佳含灰率,而1：9的灰土,虽然强度低一些,但能改善土的压实性能。

②土料。灰土中的土不仅作为填料,而且参与化学作用,尤其是土中的黏粒(< 0.005 mm)或胶粒(< 0.002mm)具有一定活性和胶结性,含量越多(即土的塑性指数越高),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,按采用的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。压实后的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的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,以谋求填土的稳定。利用这种方法用地宽度显著增加,为此需要大量的土方。在用地困难、征地费高以及难以得到价廉填土材料的情况下是很不经济的。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的填方或发生了滑坍破坏的填方时,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的护道,以改着路堤荷载方式来增加抗滑力的方法,使路堤下的软基向两侧隆起的趋势得到平衡,从而保证路堤的稳定性。
(2)适用条件:路堤高度不大于1.5～2倍的极限高度,非耕作区和取土不太困难的地区。
(3)特点:采用反压护道加固地基,不需特殊的机具设备和材料,施工简易方便,但占地多,土用量大,后期沉降大,以后的养护工作量也大。
（4）施工：反压护道的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。其它的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的作用包括排水、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的机理存在于格栅与土的相互作用之中。一般可归纳为格栅表面与土的摩擦作用;格栅孔眼对土的锁定作用和格栅肋的被动抗阻作用。三种作用均能充分约束土的颗粒侧向位移,从而大大地增加了土体的自身稳定性,对土的加固效果,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,回折覆裹在已压实的填筑层面上,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的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的抗拉强度。
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,日本沟槽型的石灰土拌和机,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之间的软土处治。
　　将软弱地基层全部挖除或部分挖除,用透水性较好的材料(如砂砾、碎石、钢渣等)进行回填。对于软基较浅(1～2m)的泥沼地特别有效。但对于深层软基处理,要求沉降控制较平的路基、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的材料。
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,以提高地基的强度。
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的洼地,排水困难,泥炭呈流动状态,厚度较薄,表层无硬壳,片石能沉达底部的泥沼或厚度为3～4m的软土;在特别软弱的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、运距较短的情况。
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的淤泥中。稠度远超过液限,呈流动状态的路段。一般地讲,抛石是经济的,但技术上缺少把握,使用时要慎重。
①应选用不易风化的片石,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,利用爆炸时的张力作用,把淤泥或泥沼扬弃,然后回填强度较高的渗水性土壤,如砂砾、碎石等。爆破排淤是换土的一种施工方法,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的路堤,再在基底下爆破,适用于稠度较大的软土或泥沼。另一种方法是先爆后填,适用于稠度较小,回淤较慢的软土。

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,减少路堤建成后的沉降量。
(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的时间,适合工期要求不紧的项目。对于深厚的饱和软土,排水固结所需要的时间很长,同时需要大量的堆载材料,在使用上会受限。
(3)方式:进行预压的荷载超过设计的道路工程荷载,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,使密封的软弱地基产生真空负压力,使土颗粒间的自由水、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的黏土。
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的结合,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、砂垫层顶面的距离均应大于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的纯黏土,不得损害密封膜。
③筑堰位置应跨密封沟的外沟沿,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,同时处理好出口的连接。
（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的影响。
（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的监测。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的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）

垂直排水法的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,土的有效应力增大,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，使地基的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的沉降和沉降差。稳定问题，加速地基土的抗剪强度的增长,从而提高地基的承载力和稳定性。
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的, 设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件,增加孔隙水排出的途径,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）构成的。
堆载系统为路堤填料的填筑,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的预压期。
　 根据我国应用排水固结法加固软土地基多年的实践经验,以及国内外发展情况,竖向排水体在工程上的应用有以下几种:30～50cm直径的普通砂井，7～12cm直径的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,直接影响到砂井的排水效果,施工工艺的选择主要考虑3个问题:
①保证砂井连续、密实,并且不出现颈缩现象;
②施工时尽量减小对周围土的扰动;
③施工后砂井的长度、直径和间距应满足设计要求。
　　用振动打桩机、柴油打桩机(冲击式和振动式),以及下端装有活瓣钢桩靴的桩管将砂(含泥量不大于3%)或砂和角砾混合料(含泥量不大于5%)形成砂井。在施工时考虑避免“缩颈”和减少对土的扰动。
(1)套管法:将带有活瓣管尖或套有混凝土端靴的套管沉到预定深度,然后在管内灌砂后,拔出套管,形成砂井。根据沉管工艺的不同,又分为静压沉管法、振动沉管法等。
①静压、锤击联合沉管法。用该法施工往往在提管时,由于砂的拱作用及与管壁的摩阻力,将管内砂柱带上来,使砂井断开或缩颈,影响砂井排水效果。
②振动沉管法。以振动锤为动力,将套管沉入到预定深度,灌砂后振动提管形成砂井。
采用该法施工不仅避免了管内砂随管带上,保证井的连续性,同时砂受到振密,砂井质量好。
(2)水冲成孔法:通过专用喷头,在水压力作用下冲孔,成孔后清孔,再向孔内灌砂形成。适用于土质较好且均匀的砂性土。
采用该法施工时,有两个环节需特别注意,一是控制好冲孔时水压力大小和冲水时间,这和土层性质有关,当分层土的性质不同而用相同水压时,会出现成孔直径不同的现象。二是孔内灌砂质量。如孔内泥浆未清洗干净,砂中含泥量增加,会使砂井渗透系数降低,这对土层的排水固结是不利的,并且如泥浆排放疏导不好,也会对水平排水垫层带来不利影响。
水冲成孔工艺,对土质较好且均匀的黏性土地基是较适用的,但对土质很软的淤泥。因成孔和灌砂过程中容易缩孔,很难保证砂井的直径和连续性。对于夹有粉砂薄层的软土地基,若压力控制不严,冲水成孔时易出现串孔,对地基扰动比较大,应引起注意。
水冲成孔法设备比较简单,对土的扰动较小,但在泥浆排放、塌孔、缩颈、串孔、灌砂等方面还存在一定的问题。

(3)螺旋钻成孔法:以动力螺旋钻钻孔,提钻后灌砂成砂柱，适用于陆上工程,砂井长度10m以内,且土质较好,不会出现缩颈、塌孔现象的软弱地基。
优点是设备简单机动,成孔规则。缺点是灌砂质量较难掌握,不太适用于很软弱的地基。此法在美国应用较广泛,工艺所用设备简单而机动,成孔比较规整,但灌砂质量较难掌握,对很软弱的地基也不太适用。
施工要点：
（1）材料要求:采用中、粗砂,大于0.6mm颗粒含量宜占总重的50％以上,含泥量应小于3％,渗透系数大于5×10－2mm/s。也可使用砂砾混合料,含泥量应小于5％。
（2）砂桩施工应符合以下规定:
①采用单管冲击法、一次打桩管成桩法或复打成桩法施工时,应使用饱和砂;采用双管冲击法、重复压拔法施工时,可使用含水量为7%～9%的砂;饱和土中施工可用天然湿砂。
②地面下1～2m土层应超量投砂,通过压挤提高表层砂的密实程度。
③成桩过程应连续。
④实际灌砂量未达到设计用量时,应进行处理。
（3）砂桩施工质量,应符合规定。
砂桩施工质量标准

项次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法和频率
1
桩距(mm)
±150
抽查3%
2
桩长
不小于设计值
查施工记录
3
桩径
不小于设计值
抽查3%
4
竖直度(%)
1.5
查施工记录
5
灌砂量
不小于设计值
查施工记录

2.袋装砂井
(1)施工工序
①施工设备的准备。此工序包括整平施工场地,机具配备,砂料和砂袋以及成孔套管、桩尖等一系列准备工作的完成,并对井孔定位放样经过复核无误。
②沉入套管。将带有可开闭底盖的套管或带有预制桩尖的套管(内径略大于砂袋直径)按井孔定位沉入到要求的深度。
③袋子灌砂压重沉放管内,扎好砂袋(袋长比井深约长2m)下口后,在其下端放入20cm左右高的砂子作为压重,将袋子放入套管中沉入到要求的深度。如不能沉至要求深度,会有部分拖留在地面,此时须作排泥处理,直至砂袋沉达预定深度。
④就地填砂入袋成井。将袋口固定在装砂用的漏斗上,通过振动将砂填满袋中,卸下砂袋,拧紧套管上盖,然后一边把压缩空气送进套管,一边提升套管至地面。
⑤用预制砂袋沉放,也可采用预先在袋内装满砂料,扎好上口,成为预制砂袋,运往现场,弯成圆形,成圈堆放,成孔后将砂袋立即放入孔内。
(2)袋装砂井成孔方法及主要机具
袋装砂井的成孔方法,可根据机械设备条件进行比较选择。目前,我国所采用的有如下几种施工方法:锤击沉入法、射水法、压入法、钻孔法以及振动贯入法等。且均有专用的施工设备,一般为导管式的振动打设机械,只是在进行方式上有差异。各种成孔方法所选用机械及工效见表所列。

成孔方法及主要机械和工效参考表

成孔方法
机具总质量(t)
主要机械设备
平均成孔时间
锤击沉入法
1.0
1t绞车(卷扬机)1台,55kw电机1台，0.6t锤1个
12min43s
射水法
0.5
0.5t缆车1台，75TSW-7水泵1台
100min
压入法
4.0
1t绞车2台，3t绞车2台
15min
钻孔法
1.0
100型钻机1台
60min
振动贯入法

WM2-12000A型振动打桩机1套
30s

（3）确定袋装砂井施工长度时,应考虑袋内砂体积减小,袋装砂井在孔内的弯曲、超深及伸入水平排水垫层内的长度等因素,避免砂井全部深入孔内,造成与砂垫层不连接。
（4）中、粗砂中大于0.6mm颗粒的含量宜占总重的50％以上,含泥量小于3％,渗透系数大于5×l0－2mm/s。砂袋的渗透系数应不小于砂的渗透系数。
（5）袋装砂井施工应符合以下规定:
①砂袋露天堆放时,应有遮盖,不得长时间暴晒。袋中砂宜用风干砂,不宜采用潮湿砂,以免袋内砂干燥后,体积减小,造成袋装砂井缩短与排水垫层不搭接等质量事故。
②砂袋应垂直下井,不得扭结、缩颈、断裂、磨损。砂袋入口处的导管口应装设滚轮,避免砂袋刮破漏砂。
③拔钢套管时,如将砂袋带出或损坏,应在原孔位边缘重打;连续两次将砂袋带出时,应停止施工,查明原因并处理后方可施工。施工中要经常检查桩尖与导管口的密封情况,避免导管内进泥太多,影响加固深度。
④砂袋在孔口外的长度,应能顺直伸入砂垫层至少300mm。
⑤袋装砂井施工质量应符合规定。
袋装砂井施工质量标准

项次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法和频率
1
井距(mm)
±150
抽查3%
2
井长
不小于设计值
查施工记录
3
井径(mm)
±l0，0
挖验3％
4
竖直度(%)
1.5
查施工记录
5
灌砂率(%)
－5
查施工记录

3．塑料排水板
塑料排水板由芯板和滤膜组成,板蕊是由聚丙烯和聚乙烯塑料加工而成,且两面有间隔沟槽的板体,土层中固结渗流水通过滤膜渗入到沟槽内,并通过沟槽从排水垫层中排出。
目前我国生产的塑料板有两种,即南京生产的聚氯乙烯梯形槽塑料板及天津塘沽塑料制品厂生产的聚丙烯、聚乙烯梯形槽塑料板（100mm×4～7mm）。
利用塑料排水板打入(用插板机插入)土中，作为垂直排水通道,可代替常用的排水砂井法,其滤水性好,可确保排水效果，塑料排水板有一定的强度和延伸率,适应地基变形的能力强，插板截面尺寸不大，插入时地基扰动小，施工方便。
(1)塑料板排水法的施工机械,基本上可与袋装砂井打设机械共用,只是将圆形导管改为矩形导管。日本使用一种专门插板机,其机械化和自动化程度较高。
对于目前我国应用的两用打设机械,其振动打设工艺、锤击振力大小,可根据每次打设根数、导管断面大小、入土长度及地基均匀程度具体确定。
(2)塑料排水板导管靴与桩尖塑料排水板通过导管,从导管靴穿出并与桩尖相连,导管连同塑料板顶住桩尖压入土中。
(3)塑料排水板打设顺序包括:定位→将塑料板通过导管从管靴穿出→将塑料板与桩尖连接贴紧管靴并对准桩位→插入塑料板→拔管剪断塑料板等。
施工过程中还应注意以下几点:
①塑料板插入过程中防止淤泥进入板芯,堵塞输水通道,影响排水效果; 塑料板与桩尖连接要牢固,避免提管时脱开将塑料板带出。
②桩尖与导管配合要适当,避免错缝,防止淤泥进入,增大塑料板与导管壁的摩擦力造成塑料板带出。
③现场堆放的塑料排水板,应采取措施防止损坏滤膜，露天堆放应有遮盖,不得长时间暴晒。
④塑料排水板超过孔口的长度应能伸入砂垫层不小于500mm,预留段应及时弯折埋设于砂垫层中,与砂垫层贯通,并采取保护措施。塑料排水板不得搭接。
⑤严格控制间距和深度凡塑料板带上2m的应作废补打; 打设形成的孔洞应用砂回填,不得用土块堵塞。

塑料排水板施工质量标准

项次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法和频率
1
板距(mm)
±150
抽查3%
2
板长
不小于设计值
抽查3%
3
竖直度(%)
1.5
查施工记录

五、振冲碎石桩（振冲置换法）
振冲碎石桩是指利用一个产生水平方向振动的管状设备,在高压水流下边振动冲在软弱黏性土地基中成孔,再在孔内分批填入碎石等坚硬材料制成一根根桩体,桩体和原来的黏性土构成复合地基，以提高地基承载力,并减少压缩性。
碎石桩的承载力和沉降量在很大程度上取决于周围软土对碎石桩的约束作用,如周围土过于软弱,对碎石桩的约束作用就差。
　　振冲碎石桩的适用土质主要是软弱黏性土地基,当然在砂土中也能应用,但此时挤密作用的重要性远大于置换作用。对于抗剪强度较低的软黏土采用本法务必慎重。

利用振动和水冲加固土体的方法叫做振冲法。该法最早是用来振密松砂地基的,后来将其应用于黏性土地基。在黏性土中以石块、砂砾等散粒材料组成桩体,这些桩与原地基土构成所谓复合地基,使沉降量减少,承载力提高。它的加固机理与振冲砂基完全不同,前者是利用振冲在地基中以紧密的桩体材料置换一部分地基土,而后者是用振冲法使松砂变密。
　　在制桩过程中,填料在振冲器的水平向振动作用下挤向孔壁的软土中,从而使桩体直径扩大。当这一挤入力与土的约束力平衡时,桩径不再扩大。显然,原土强度越低,也就是抵抗填料挤入的约束力越小,造成的桩体就越粗。如果原土的强度过于低弱(如刚吹填的软土),以致土的约束力始终不能平衡使填料挤入孔壁的力,那就始终不能形成桩体,这种办法不再适用。土的强度至少要有多少才能成桩,各种说法不一。
1.施工机具
主要机具是振冲器、吊机或施工专用平气和水泵。振冲器是利用一个偏心体的施转产生一定频率和振幅的水平向振力并进行振冲挤密或振冲置换施工的一种专用机械。目前用于振冲置换施工的振冲器主要有ZCQ-13、ZCQ-30和ZCQ95三种型号,其中最常用的为ZCQ30。ZCQ30的潜水电机功率为30KW,转速1450r/min。额定电流约60A,振幅4.2mm,最大水平向振力60kN,外壳直径3551mm,长2l50mm,总重9.4KN。
起吊机械有履带或轮胎吊机、自行井架式专用平车或抗扭胶管专用汽车。选用吊机时,吊机的起吊能力需大于100～200kN。
水泵的规格是出水压400～600kPa,流量20～30mm3/h。每台振冲器配一台水泵。如果工地有数台振冲器同时施工,也可用集中供水的办法。
　其他设备有运料工具(手推车、装卸机或皮带运输机)、泥浆泵、配电板等。
2.填料
制作桩体的填料宜就地取材,如碎石、卵石、砂砾、矿渣、碎砖等均可使用,但不宜采用风化石块粒径宜为19～63mm。含泥量均不得大于l0%。最大粒径不大于5cm。粒径太大不仅容易卡孔,而且能使振冲器外壳强烈磨损。
3.加料方式
　　加料一般有3种方式。第一种是把振冲器提出孔口,往孔内倒入约1m堆高的填料,然后下降振冲器使填料振实。第二种是振冲器不提出孔口,只是向上提1m左右,然后向孔口倒料,再下降振冲器使填料振实。第三种是边把振冲器缓慢向上提升,边在孔口连续加料。就黏性土地基来说,多数采用第一种加料方式,因为后两种方式不能保证桩体质量。
　　对较软的土层,宜采用“先护壁,后制桩”的办法施工。即成孔时,不要一下达到设计深度,而是先达到软层上部1～2m范围内,将振冲器提出孔口加一