随着国民经济的发展、科学技术的进步，管道处理对高等级公路的施工质量要求也越来越高，作为道路的主要排水设施，管道的重要性也愈发突出。目前道路管道的施工主要采取直埋法，而直埋管道的基础对不同地基、土质也有着不同的要求。湿陷性黄土地区在我国土地面积中占相当大的比例，在这种土质中敷设管道对地基的处理有着特殊的要求，对湿陷性黄土地基上道路管道施工处理的研究，意义深远。本文就以三七灰土垫层法在山西某湿陷性黄土地区道路管道地基处理中应用为例，介绍灰土垫层法的技术原理、施工要求、注意事项以及解决的主要问题。

 

　　1我国湿陷性黄土的分布

 

　　我国湿陷性黄土分布约占黄土分布面积的60%，部分在黄河中游地区。由于各地黄土堆积环境、地理和气候条件不同，致使其在堆积黄土的物理、力学性质等方面都具有明显的差别，湿陷性有自西向东、自北向南连渐减弱的规律。

 

　　2影响管道地基的几个因素

 

　　2.1强度及稳定性

 

　　当地基的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及附加荷载时，地基就全产生局部或整体剪切破坏。

 

　　2.2压缩及不均匀沉降

 

　　当地基由于上部结构的自重及附加荷载作用而产生过大的压缩变形时，引起管道过量下沉，接口开裂，影响管道的正常使用。

 

　　2.3地震造成的地基土震陷以及车辆的振动和爆破等动力荷载可能引起地基土失稳

 

　　2.4地基渗漏量或水力比降超过容许值时，会发生水量损失或因潜蚀和管涌而可能导致管道破坏

 

　　3常用的湿陷性黄土地基的处理方法

 

　　为了保证湿陷性黄土地基上管道的安全和正常使用，在绝大多数情况下都必须考虑地基处理，湿陷性黄土地基处理的目的是消除黄土的湿陷性，同时提高地基的承载能力。

 

　　道路管道的地基处理不同于其它建筑物地基的处理，道路管道地基处理主要是全部或部分消除其湿陷性。对非自重湿陷性黄土地基，如基础下地基处理厚度达到压缩层下限，或达到饱和的自重压力与附加压力之和等于或小于该土层的湿陷起始压力，就可以认为地基的湿陷性全部消除。对自重湿陷性黄土地基，由于地基的湿陷量和湿陷变形与自重湿陷性土层的厚度、浸水面积有关，而与压缩层厚度无关，所以必须处理基础地面以下的全部自重湿陷性黄土层。

 

　　湿陷性黄土层的管道基础处理方法很多，常用的方法有土或灰土垫层、砂或砂垫层、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸法等。各种处理方法都有它的适用范围，局限性和优缺点。

 

　　4灰土垫层法在本道路工程中的实际应用

 

　　本工程道路位于太原市东南，工程地质分区属太原盆地次稳定工程地质亚区，在勘探深度范围内的岩土层主要是由第四纪全新统早起至晚期沉积的失陷性低液限粉土，湿陷性低液限粉质粘土等构成，具有中等湿陷性。地基承载力特征值为150kPa。由此采用三七灰土垫层的方法来增强地基承载力，防止不均匀沉降。

 

　　本工程主要运用灰土垫层处理方法，灰土垫层常被用于非自重湿陷性黄土地区管道基础的处理。一般适用于处理1-4m厚的软弱土层。管道的基础是条形基础，作用于地基上的力也比其它建筑物小，而且是基槽开挖后埋入地下，表面的软弱土—部分已被去掉，所以在管道施工中常用灰土（或素土）垫层来处理湿陷性地区的管道基础，以提高承载力，减少沉降力。灰土垫层是将基础下面一定范围内的弱土层挖去，用一定体积比3：7配合的灰土在最优含水量情况下分层回填夯实或压实。

 

　　4.1三七灰土垫层材料配比

 

　　生石灰、消石灰，水化后和土壤中的SiO2或Al2O3以及Fe2O3等物质结合，即可生成胶结体的CaSiO3、CaO·Al2O3以及铁酸钙，将土壤胶结起来，使灰土有较高的强度和抗水性。灰土逐渐硬化，增加了土壤颗粒间的附着强度。做成三七灰土时，28d龄期的灰土抗压强度约可达到0.5～0.7MPa，200～300年龄期的灰土抗压强度可高达8～10MPa。

 

　　不论是用亚粘土或粘土制作的三七灰土，在室内养护7d后浸水48h的形变模量为10～15MPa，养护28d浸水48h的形变模量为32～40MPa。

 

　　经过人工压实（或夯实）的3：7灰土垫层，当压实系数控制在0.97及干土重度不小于14.5-15.0kN/m3时，其容许承载力可达300kPa以上。

 

　　4.2灰土的质量要求

 

　　灰土施工用的石灰和土必须过筛。石灰最好选用磨细生石灰粉，或块灰浇以适量的水，经放置24h成粉状的消石灰，粒径不得大于5mm，质量须符合国家的相关标准等级应高于Ⅲ级。土料采用粘质细粒土，粒径不得大于15mm，不得用表面耕植土，土料中硫酸盐含量小于0.8%，有机质含量小于10%，土块粒径不大于15mm。选好质量合格的三七灰土后，做击实试验，每5000m3检验一次（重型击实），以此来控制质量。含水率是最重要的一个环节，一般要求在20%-23%为宜，最大不超过24%。施工前应根据工程特点，设计压实系数、土料种类、施工条件等合理控制含水率范围，铺灰土的厚度，夯实碾压的遍数等参数。

 

　　4.3施工前准备

 

　　施工前做好储料准备工作根据各段三七灰土的宽度、厚度及预定的干密度，计算各段所需要的干燥土的数量，保证储料满足要求。检验、检测所需施工机械设备、机具、测量试验仪器的性能，确保施工时运行正常。根据料场土的含水率和运输车辆的吨位，计算每车料的堆放距离，在预定地点可先洒水。

 

　　5管道地基处理施工

 

　　由于湿陷性黄土的垂直特性，开挖时注意按1：0.67进行放坡处理，以保证基坑的安全。挖出原地面软质土，按照现场放出的边桩以及下挖标高控制分段开挖，同事配合人工摊平，在开挖至基底标高时须预留5cm左右土层，然后经夯实达到设计标高。按照检验标准检验合格后，报监理工程师检查验收，验收合格后开始进行三七灰土填筑施工。

 

　　5.1摊铺土

 

　　按照事先画好的白灰线及规定的虚铺厚度摊铺，摊铺采用路拌法进行施工。初定填筑的三七灰土摊铺厚度为25cm，按虚铺系数1.2考虑，灰土的生产含水率为20%-23%（占干重），但施工时应根据灰土的击实报告适当调整。施工时考虑人工夯实灰土的因素，第一层可虚铺土25cm，第二层为22cm，以后各层为21cm，夯实后为13-15cm。通常采用蛙式夯虚铺厚度为20-25cm。按土方自卸汽车每车6方的虚方量打好方格，方格尺寸为3.5×10m，每格一车土。上好土后，人工配合粗平，按上述方法每20m为一个断面，严格控制松铺厚度。

 

　　5.2洒水闷料与摊铺石灰

 

　　注意洒水均匀，防止局部水分过多；注意洒水车施工安全；细粒土应经过12小时闷料，中粒土和粗粒土视比例情况可减少闷料时间。土料闷好后，予以整平，采取人工摊铺石灰，摊铺的厚度按与摊铺土料的体积比为3：7为标准。

 

　　5.3土料和石灰的拌合

 

　　石灰摊铺完成后，便可进行土料和石灰的拌和，拌和采用路拌法，拌和机必须保持匀速前进，禁止忽快忽慢，同时安排两个工人跟在后面跟踪挖检，看是否粉碎到底。拌和机前进时，铧犁要完全插入土层底部，保证土料能够完全翻起，整个过程保持2遍以保证灰土的均匀拌和。

 

　　5.4碾压整平与洒水养生

 

　　碾压时，灰土表面要潮湿，先静压后振动再静压的操作程序压实，分为初压、复压和终压。碾压时，区段交界处应重叠压实，纵向搭接长度不得小于0.5m，纵向行与行之间的轮迹重叠压实不小于0.3m。碾压遵循由两边向中间、先轻后重、先下部密实后上部密实、低速行驶碾压的原则，避免出现推移、起皮和漏压现象。

 

　　三七灰土拌和均匀后，立即采取人工整形，在直线段由两侧向中心作业；曲线段由内向外作业。注意接缝顺势平顺。

 

　　为防止三灰土表面因水分蒸发而开裂，进行洒水养生并在养生期间在相关路口树立警示牌并派专人进行看护，禁止车辆通行，养生期为7天。

 

　　5.5工程注意事项

 

　　由于地基处理效果大都是隐蔽工程，很难直接检验其处理效果。这就要求在地基处理施工过程中和施工完成之后注意下面几点：

 

　　（1）整个过程中进行施工质量和处理效果的检验，确保工程质量。

 

　　（2）在地基处理施工中，必须了解所采用处理方法的原理、技术标准和质量要求。

 

　　（3）作好监测工作，以保证施工的正常进行，通过观察收集数据为下一阶段的工作提供可靠的依据。

 

　　（4）冬季施工灰土时，应搭棚，生火炉施工，严禁有冻土块填入。

 

　　（5）施工段落宜控制在不超过200m为宜。

 

　　（6）施工中，要时刻注意防洪，以防三七灰土受浸泡。

 

　　（7）灰土的松方不能偏大，否则在粗平的时候调平的工程量较大，延长了施工周期。

 

　　6结论

 

　　本文以确定合理的施工工艺、现场施工的质量控制、选用机具设备的最佳组织方式为目的进行阐述，以其对同类型基层施工具有参考价值。鉴于湿陷性黄土作为在山西省广泛存在的一种特殊岩土，对山西省公路工程的影响较大，所以采用三七灰土进行施工处理，具有简便、经济、功效高等特点，对山西湿陷性黄土地区的公路建设意义重大。

 

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