公路軟土地基的處理方法

吳捷梧

（汕頭市達(dá)濠市政建設(shè)有限公司，廣東 汕頭 515041）

1 工程慨況

汕頭市某公路新建工程，路線全長(zhǎng)9.848公里，主線路基寬度為40m，設(shè)計(jì)車速為80Km/h.。本項(xiàng)目K0+000~K2+680、K4+760~K9+751段為軟土地基，該段地處平原及其邊緣的近陵地帶，地表平坦、開闊，大部分地面標(biāo)高在1.5~2.5之間，多為農(nóng)田或菜地，少數(shù)丘陵山地；場(chǎng)區(qū)內(nèi)軟土普遍分布，多呈流~軟塑狀，工程性質(zhì)差，具有高壓縮性，靈敏度高，在地面堆載較重的情況下易產(chǎn)生蠕變及不均勻沉降，本場(chǎng)區(qū)軟土處于欠固結(jié)狀態(tài)。通過地質(zhì)勘探、取樣測(cè)試，淤泥質(zhì)土層主要物理力學(xué)指標(biāo)為：含水量w＝35%~73%；密度 ρ=1.57~1.73g/cm3；孔隙比 e＝1.1~1.9；液限wL＝35%~60%；塑性指數(shù) Ip＝15~24；壓縮系數(shù) α0.1~0.2＝0.75~2.20MPa-1；固結(jié)系數(shù) CV＝（0.5~1.0）×10-3cm/s；不排水抗剪強(qiáng)度 Cu＝14~20KPa等。

2 處理軟土地基的設(shè)計(jì)

2.1 袋裝砂井排水固結(jié)

2.1.1 砂井間距、長(zhǎng)度及其布置

一般路基及橋臺(tái)臺(tái)后采用袋裝砂井加堆載預(yù)壓排水固結(jié)法進(jìn)行處理，堆載高度為1m，袋裝砂井按等邊三角形布置，橋頭部分砂井間距為100cm，一般路基砂井間距為120cm，孔徑為7cm，砂井深度由地基穩(wěn)定和容許工后沉降計(jì)算來確定，穿透軟土層，砂井平均處理深度8~18m，容許工后沉降橋臺(tái)與路堤相鄰處不大于0.1m，一般路堤不大于0.3m。砂墊層厚度60cm，保證高出地表水位20cm。考慮到沉降量較大而設(shè)置40~60cm的預(yù)拱度以保證砂墊層的使用質(zhì)量。

2.1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算：

包括沉降計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算

①沉降計(jì)算

總沉降包括瞬時(shí)沉降Sd、固結(jié)沉降Sc和次固結(jié)沉降Ss。瞬時(shí)沉降是在加荷初始，地基土的孔隙水壓力來不及消散，土的孔隙來不及調(diào)整，而由地基側(cè)向變形引起的。這種沉降不大且很快完成，一般不易精確計(jì)算；固結(jié)沉降是在上覆壓力作用下，地基中的孔隙水逐漸排出使體積發(fā)生變化引起的，是地基土的主要沉降：次固結(jié)沉降是指孔隙水壓力消散后，在一定的有效應(yīng)力的作用下，土骨架由于蠕動(dòng)變形而產(chǎn)生。經(jīng)計(jì)算總沉降量為S＝74cm，本段軟土經(jīng)袋裝砂井處理后，固結(jié)度達(dá)到80%時(shí)所需要的固結(jié)時(shí)間為297d。設(shè)計(jì)要求在固結(jié)度達(dá)到80%時(shí)，工后剩余沉降量為22cm。

②穩(wěn)定計(jì)算

利用條分法對(duì)打砂井前和打砂井后兩種情況的路基滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，比較其安全系數(shù)。經(jīng)計(jì)算，打砂井前和打砂井后路基滑動(dòng)破壞最小安全系數(shù)分別約為1.38和1.06，說明打砂井后路基才穩(wěn)定。

2.1.3 軟土地基處理施工

施工時(shí)，先將沿線水塘、溝坑排水，填以砂性土或中粗砂，與砂墊層袋裝砂井構(gòu)成統(tǒng)一排水系統(tǒng)。砂墊層采用含泥量小于3%的中粗砂，鋪筑時(shí)由中線向外側(cè)方向進(jìn)行。砂墊層的厚度確保高出水面20cm。

袋裝砂井的施工工藝包括下列幾個(gè)方面：

①定位：在整平地面后，視軟土地基情況，鋪設(shè)30cm的砂墊層后，將打樁機(jī)按設(shè)計(jì)要求及施工順序定位。

②成孔：采用導(dǎo)管式振動(dòng)打樁機(jī)，在樁管垂直定位后，將可開閉底蓋的樁管打入地基土內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

③下砂袋：砂袋選擇聚丙烯編織袋。袋中的砂料采用干燥及含泥量小于3%的中粗砂，滲透系數(shù)不應(yīng)小于5×10-3cm/s，要達(dá)到密實(shí)程度。先將砂袋裝好備用，待成孔后用人工輸入，管口端部設(shè)滾輪。

④拔出套管：砂袋下放完畢，啟動(dòng)激振器，提升套管進(jìn)行拔管作業(yè)。拔出套管時(shí)為避免將砂袋帶出，也可采取向管內(nèi)注水的辦法。

⑤埋好袋頭：將袋頭埋入設(shè)計(jì)的砂墊層中，砂墊層分兩次鋪設(shè)，既方便工作，又避免粘土等雜物堆蓋袋頭，此時(shí)注意保持袋頭垂直不臥倒。

2.1.4 施工監(jiān)測(cè)

施工監(jiān)測(cè)工作是與路基填土同時(shí)進(jìn)行的。在極限填高之前，因失穩(wěn)可能性極小，路基填土可快速施工而不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)，監(jiān)測(cè)工作應(yīng)著重原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的收集。

本段主要采用沉降、側(cè)向位移動(dòng)態(tài)跟蹤觀測(cè)。選取5個(gè)橫斷面分別布設(shè)地面沉降板和地面位移樁。路基中心沉降板速率為4~7mm/d，平均為5mm/d，小于設(shè)計(jì)要求的控制沉降速率10mm/d，地面位移樁位移為2~5mm/d，平均4mm/d，小于設(shè)計(jì)要求的5mm/d。地面位移樁在測(cè)試過程中，沒有發(fā)生沉降和抬起現(xiàn)象，這說明路基一直是在穩(wěn)定的情形下進(jìn)行加載的。地面沉降板和地面位移樁的測(cè)試頻率，在加載時(shí)每日測(cè)試，停載時(shí)，每隔3~4d觀測(cè)1d，路基完成后每10d測(cè)一次。路堤完成后放置60d，達(dá)到最終沉降量的剩余沉降時(shí)為25~27mm，與設(shè)計(jì)計(jì)算的22mm接近。經(jīng)觀測(cè)，本項(xiàng)目軟土路基在采用袋裝砂井方案處理后，路基沉降和穩(wěn)定基本上符合設(shè)計(jì)要求，效果良好。

2.2 攪拌樁加固處理

2.2.1 設(shè)計(jì)要求

箱涵軟土地基采用水泥攪拌樁加固處理，水泥攪拌樁樁徑為Φ50cm，按梅花形布置，樁距為1.5m，樁長(zhǎng)按穿透淤泥層設(shè)計(jì)，按濕噴法施工。水泥攪拌樁水泥采用42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為50~55kg/m，水灰比為0.4~0.5，要求水泥土7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8Mpa，28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.5Mpa，攪拌樁的單樁承載力應(yīng)不小于110Mpa，處理后復(fù)合地基承載力不小于150Mpa。

2.2.2 加固處理施工：

水泥攪拌樁施工工藝：

①放樣定位：對(duì)攪拌樁現(xiàn)場(chǎng)整平后，按施工設(shè)計(jì)圖進(jìn)行施工放樣。將攪拌機(jī)移位至施工樁位處后定位，孔位誤差不得大于50mm。

②調(diào)平鉆機(jī)平臺(tái)：使用4個(gè)支腿調(diào)整平臺(tái)，使鉆機(jī)鉆桿垂直度誤差不大于1%。

③開機(jī)攪拌以1、2、3檔逐級(jí)加速，將鉆頭順轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，如遇硬土難以鉆進(jìn)時(shí)可以降檔鉆進(jìn)，放慢速度，在鉆進(jìn)時(shí)始終保持連續(xù)送壓縮空氣保證噴漿門不被堵塞，保證下一道工序送漿時(shí)順利通暢壓縮空氣的壓力，一般保持在0.3~0.35MPa。

④提升鉆桿噴漿攪拌，用反轉(zhuǎn)法邊攪拌邊提升噴漿。按0.5m/min速度提升，噴漿量為加固濕土質(zhì)量的17%，水泥摻入量為55kg/m，水灰比0.45，施工水泥漿配合比為：水275kg：水泥550kg。噴漿壓力為0.6MPa。提升到設(shè)計(jì)停灰面時(shí)，應(yīng)慢速原地?cái)嚢?~3min。

⑤重復(fù)攪拌，為保證漿體充分?jǐn)嚢杈鶆?，須將攪拌頭再下沉攪拌到原設(shè)計(jì)深度，再提升攪拌，采用二噴二攪施工方法，速度控制在0.5~0.8m/min。

⑥攪拌樁施工機(jī)具裝有專門的自動(dòng)計(jì)量裝置，該裝置能自動(dòng)記錄沿深度的噴漿量和時(shí)間記錄等?，F(xiàn)場(chǎng)每日施工結(jié)束后及時(shí)收取并作好相應(yīng)記錄。

2.2.3 攪拌樁處理的效果

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本項(xiàng)目箱涵軟土地基采用水泥攪拌樁加固處理完成后，按規(guī)定頻率進(jìn)行取芯、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、單樁及復(fù)合地基承載力試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果：樁體比較完整、能達(dá)到持力層；攪拌的均勻程度、樁體垂直度、樁長(zhǎng)、含灰量及強(qiáng)度等均能滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)計(jì)算得出：K0+000~K2+680路段箱涵軟土地基經(jīng)攪拌樁處理后的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)植為：179KPa；K4+760~K9+751路段箱涵軟土地基經(jīng)攪拌樁處理后的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)植為：187KPa，均大于設(shè)計(jì)值。取得了良好的效果。

3 結(jié)束語

軟土地基處理施工技術(shù)難度較大，質(zhì)量要求高，軟基處治的方法很多，各種方法都有它的適應(yīng)范圍。具體工程的地質(zhì)條件千變?nèi)f化，對(duì)地基處理的要求不盡一致，而且施工部位采用的機(jī)具、當(dāng)?shù)氐牟牧隙紩?huì)不同，因此必須具體分析，從地基條件、處理要求、處理范圍、工程進(jìn)度、材料機(jī)具等方面進(jìn)行綜合考慮，以確定合適的自治方法。

[1]陸遙.軟土地基處理方法概述[M].2005,2.

[2]公路軟土地基路基設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)范[S].JT J017-1996.人民交通出版社.