公路軟土地基處理現(xiàn)狀分析

蔣小軍

(上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司，上海200092)

0 前言

軟土地基具有孔隙比大、天然含水量高、壓縮性強(qiáng)、承載能力低等特點，因此軟土地基處理是公路工程施工中遇到的難點之一，也是勘察設(shè)計及施工單位重點解決的一個環(huán)節(jié)。否則，隨著時間的推移，將會出現(xiàn)路面沉陷、橋頭跳車等病害，直接影響到營運后公路的使用功能。因此，在高等級公路建設(shè)過程中，對軟土地基的處理要引起高度重視。

1 路基處理的一般原則

軟土路基處理方法多種多樣，歸納起來主要有置換、排水固結(jié)、復(fù)合地基、輕質(zhì)路堤等幾大類。在各種處理方法中，軟弱土層的工程特性、分布范圍及厚度，通常是公路路基處理首先考慮的重要因素。根據(jù)國內(nèi)外的工程經(jīng)驗，軟基處理方法的選擇一般按照不處理—淺層處理方法—排水預(yù)壓方法—復(fù)合地基法—輕質(zhì)路堤的順序來考慮。不同的方法所解決的主要問題各異，但亦可針對某一地質(zhì)狀況采用幾種方法起到綜合處理效果。軟土地基處理方案的選擇一般遵循以下原則：

（1）當(dāng)路堤填筑高度小于臨界高度時，天然地基在低路堤荷載作用下總沉降量不大，且很快就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。因此在施工工期緊迫、時間有限的情況下，此類路段可不作地基處理。

（2）當(dāng)路堤填筑高度大于臨界高度，在施工工期的許可下，優(yōu)先采用堆載預(yù)壓，不作深層處理，以自然沉降逐漸達(dá)到路基穩(wěn)定。這是一種簡單，也是最經(jīng)濟(jì)的方法。但在我國公路基本建設(shè)中，由于工期、資金等限制，一般情況難以實現(xiàn)。

（3）在堆載預(yù)壓達(dá)不要求時，可采用復(fù)合地基，輕質(zhì)路堤等不同方法處理，但需要根據(jù)地形、地基土的工程性質(zhì)（軟土層厚度、埋深及淺層排水條件）、路堤填筑高度、工期要求等優(yōu)選處理方案。

2 常用處理方法

2.1 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是利用天然地基土本身的透水性或設(shè)置在地基中的豎向排水體，通過預(yù)先在地表進(jìn)行加載或利用建（構(gòu)）筑物自身重量使地基中的孔隙水逐漸排出、土體逐漸固結(jié)和壓密，強(qiáng)度逐步提高的方法。一般較常用的方法有：堆載預(yù)壓法、砂井(袋裝砂井、塑料排水板)堆載預(yù)壓法、真空(砂井、袋裝砂井、塑料排水帶)預(yù)壓法等。

（1）堆載預(yù)壓分為等載預(yù)壓和超載預(yù)壓。其工程特性是施工簡便，工程費用相對低，但工期長，需要一定的工期保證。該種方法適用于沉降量小、工后沉降要求較低、有橫向排水層的路段。

（2）塑料排水板+堆載預(yù)壓法施工工藝簡單，費用較低，但工期長。該方法適用于軟土層厚、固結(jié)系數(shù)小、路堤穩(wěn)定、填土高度較高的路段。

2.2 復(fù)合地基法

復(fù)合地基是指天然地基經(jīng)加固處理，部分土體得到加強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，形成的基體和增強(qiáng)體復(fù)合而成的人工地基。

（1）粉噴樁、旋噴樁。它是用水泥（石灰或粉煤灰等）作為固化劑，通過深層攪拌機(jī)械，在地下深層將水泥等漿液或粉體經(jīng)攪拌后產(chǎn)生化學(xué)和物理作用后形成的樁體，并與樁周的加強(qiáng)土體形成復(fù)合地基，以增加地基承載力、壓縮模量和抗剪力，可承擔(dān)外部較大的荷載。這種方法施工速度快，加固深度大、效果好、對周圍環(huán)境污染少，因而目前較多地用于公路結(jié)構(gòu)物及結(jié)構(gòu)物與中期過渡地基處理工程。

（2）碎石樁。利用振沖器，在高壓水流下邊沖邊振在軟土中成孔，并分批在孔內(nèi)充填碎石形成樁體，與擠密土體成為復(fù)合地基。

2.3 輕質(zhì)路堤

輕質(zhì)材料包括泡沫苯乙烯 (EPS)及粉煤灰。EPS由于自重很輕(約僅為土的1/90)，作為路基填料，能有效減小路基荷載對地基產(chǎn)生的附加應(yīng)力，減小路基總沉降量，對既有路基、橋臺、地下管線等影響小，適合橋頭、原有道路拓寬、距地下管線很近等路段的地基處理。粉煤灰路堤在上海市和周邊城市廣為使用，其自重較土路堤約輕1/4。

有專家認(rèn)為用粉煤灰、EPS等輕質(zhì)材料填筑路基的方法，只是減少軟土地基上的荷載，并不改變軟土地基的本性，因此，這類方法不屬于軟土地基處理法。軟土地基本身的品性未得到改善，或許是這類方法留下的后患。

2.4 加筋法

加筋土是將抗拉能力很強(qiáng)的土工合成材料埋置于土層中，利用土顆粒位移與拉筋產(chǎn)生摩擦力，使土與加筋材料形成整體，減少整體變形和增強(qiáng)整體穩(wěn)定。由于土工織物受拉作用，調(diào)整了基底應(yīng)力分布，地基側(cè)向位移和沉降卻相應(yīng)減少，地基穩(wěn)定性就大大提高。

3 近年來軟土地基處理的新技術(shù)

3.1 預(yù)應(yīng)力管樁、現(xiàn)澆混凝土管樁

預(yù)應(yīng)力管樁、現(xiàn)澆混凝土管樁目前由于具有較強(qiáng)承載力，質(zhì)量有保證，施工速度快、處理深度大等特點，得到普遍運用。在上海高速公路建設(shè)中，北環(huán)高速公路采用過該項技術(shù)，并實施效果良好。

3.2 真空一堆載聯(lián)合預(yù)壓法

利用真空應(yīng)力和豎向排水體加速軟土固結(jié)。通過抽真空形成負(fù)壓，對于道路而言，可利用路基填土做堆載，使土體在真空荷載和堆載聯(lián)合作用下發(fā)生固結(jié)。同時，由于真空產(chǎn)生負(fù)壓，使土體產(chǎn)生側(cè)向收縮變形，可以抵消因堆載引起的側(cè)向擠出變形，土體不會因荷載大而破壞，因此，真空－堆載聯(lián)合預(yù)壓法比單一的堆載預(yù)壓安全可靠，路基填土速度可以大大加快，從而縮短填筑期和預(yù)壓期。

采用一般的塑料排水板，真空度一般傳遞至12 m左右，且從原地面就開始遞減。近年來采用改進(jìn)措施改進(jìn)豎向排水體，用袋裝砂井代替塑料排水板，最重要的是在袋裝砂井中設(shè)置一根PVC軟管，軟管每隔2 m開一個通氣的口子并用土工布包裹，旨在把更大的真空度傳遞至下部軟弱層，更加加速軟土固結(jié)。有資料顯示在深度24 m處達(dá)到0.6個大氣壓的真空度。該改進(jìn)措施已在上海A30高速公路和南京濱江大道得到運用，效果較好。

3.3 軟土地基強(qiáng)夯法聯(lián)合堆載預(yù)壓

傳統(tǒng)強(qiáng)夯法在設(shè)定的單擊夯擊功前提下，通過增減夯擊次數(shù)來調(diào)節(jié)壓實功的增減。這類方法只能用于含水量不太大的地基處理，通過減少土體中空氣所占空隙率，增大地基土的密實度，提高地基的承載能力。近年來通過改進(jìn)，亦用來處理飽和淤泥質(zhì)軟土。主要改進(jìn)措施為：（1）每擊夯擊功的大小，通過落錘高度來調(diào)節(jié)；（2）先“輕夯”后“重夯”；（3）每擊夯擊引起的“坑深”不宜過大，坑邊不能隆起；每遍夯擊后應(yīng)有一段“休止”期，使由沖擊波引發(fā)的超壓土壤孔隙水壓力在排水暢通條件下恢復(fù)正常；（4）保持排水暢通；（5）預(yù)設(shè)在軟土天然地表面上的墊層一般宜為粗顆粒類的，其厚度可根據(jù)擬想的擠入層厚度而定，可以一次鋪筑，也可以分次鋪筑。軟土地基強(qiáng)夯后，若輔以堆載預(yù)壓，更能使這種處理方法趨于完美。2001年上海滬青平高速公路上建造了軟土地基強(qiáng)夯法聯(lián)合堆載預(yù)壓的試驗工程，效果很好。

3.4 新型動力排水快速固結(jié)軟地基處理工法

通過真空井點降水可以降低地下水位，加速地下水位以下地基的自重固結(jié)速度，同時對地下水位以下的軟土進(jìn)行降水預(yù)壓。通過降低地下水位使水位以上土體的含水量降低，之后進(jìn)行適當(dāng)能量的強(qiáng)夯處理，壓實土體減小工后沉降，同時提高其密實度和強(qiáng)度。在地基處理過程中連續(xù)不斷地輕型井點排水使強(qiáng)夯所產(chǎn)生的超孔隙水壓力得以隨時快速的消散，防止發(fā)生彈簧土現(xiàn)象，而可以縮短工期和造價。

3.5 高真空擊密法

高真空擊密法是一種快速加固軟土地基的新技術(shù)，它是通過數(shù)遍的高真空，并結(jié)合數(shù)遍合適的變能量擊密，達(dá)到降低土體的含水量，提高密實度、承載力，減少地基工后和差異沉降量的目的。

快速高真空擊密法軟地基處理方法是上海港灣軟地基處理公司徐士龍的發(fā)明專利，其具有工期短、造價低、質(zhì)量可控的優(yōu)點，近年來在機(jī)楊，道路，高速公路的建設(shè)上都得到應(yīng)用。

4 結(jié)語

本文介紹了公路常用的軟土地基處理技術(shù)如：排水固結(jié)法、復(fù)合地基等，同時亦簡單介紹了近年來地基加固的新技術(shù)。對于軟土路基的處理，只有針對不同的地質(zhì)采取不同的處理方案，不斷地應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料，在施工中嚴(yán)格遵守規(guī)程，必要時采取多種措施綜合使用，才能夠使工后沉降滿足設(shè)計控制的要求，達(dá)到較好的地基處理效果。同時，設(shè)計人員不僅要選擇好軟土地基處理方法，而且還要考慮其建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，盡量采用較為輕型結(jié)構(gòu)，減輕上部重量，這樣會減少軟土地基處理造價。

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[2]馮光愈，程展林，鄢重新.高速公路軟土地基處理研究[J].長江科學(xué)院院報，1996，（3）.

[3]師旭超.高速公路軟土路基處理現(xiàn)狀分析[J].銅業(yè)工程，2005，（1）.