軟土路基加固設計應用探討

王大智

(河北省唐山市交通勘察設計院有限公司)

1 軟土地基的路堤設計的要求

1.1 軟土路基加固設計需滿足的步驟

(1)要滿足沉降指標:城市道路參照上述規(guī)范的一級公路標準，一般路段的容許工后沉降控制在≤0.3m。

(2)穩(wěn)定安全系數(shù)指標滿足K＞1.25。

(3)提出軟土路基施工和材料要求，各種處治措施的適用條件等。

(4)滿足沉降與穩(wěn)定要求的路基施工速度及工期。

(5)路基壓實度的規(guī)定。

1.2 計算結果

采用理正軟土地基路堤設計軟件，計算得到:

路基地基沉降=0.203(m);

工后沉降基準期(180個月)結束時，地基沉降=0.428(m);

路面竣工后，基準期內的殘余沉降=0.225(m);

最終地基總沉降=1.200×0.428=0.514(m)。

2 路基處理方法的確定

由于場地地質屬于較為典型的軟土地基，其中最典型的軟土土層是淤泥質粘土，但其層厚不到2m，相對海邊的軟土層較薄。淤泥及淤泥質粘土天然含水量高、空隙比大、壓縮性高、工程性質較差等特征，屬高壓縮性土，易造成路基的不均勻沉降，影響路基穩(wěn)定，必須進行路基加固處理。

目前公路建設中的軟土路基處理方法較多，例如深層攪拌法、砂石樁、真空預壓法、袋裝砂井排水法、各種土工聚合物的應用等方法等，但在城市道路建設中，有許多的地下管網(wǎng)要與路基同時進行施工，尤其是新建的城市道路，地下往往布設了多種不同深度的管線，因此在考慮路基加固設計時就要兼顧管線的施工。在研討中，專家們提出可采用袋裝砂井予壓進行處理，這種方法不僅可行，而且是一種相對比較穩(wěn)妥的處理措施，但是對于像該道路這樣的大面積、城市道路軟土路基的處理，就有砂井予壓時間長、造價較高等缺點，不能滿足新城開發(fā)建設的需要;在進行了多次研討后，通過工程造價、施工難易程度、工期等的綜合比較，初步選定了采用淺層換填法進行該段軟土路基處理，但真正適用于本場地、又經濟、有效的軟土路基加固措施，還沒有太多的經驗可以借鑒。因此，在建設方的倡導下，在先期施工的道路建設中做了四個試驗段，通過施工效果的對比，得出了切實可行的、經濟、適合本場地的軟土路基加固方法，為以后的道路建設奠定了堅實的基礎。

3 軟土路基加固設計及試驗結果

3.1 竹笆的材料要求及受力分析

材料要求:采用新鮮的竹片綁扎制作，一般的竹條規(guī)格為2×0.02×0.06(長×寬×厚)，不應選用破損、腐爛、變質的竹片，綁扎好的竹笆鋪筑兩層，縱橫向各一層，并將兩層進行牢固連接，橫向連接寬度不小于30cm，鋪筑時，每側寬同路基下坡腳外2m。在其上鋪一層復合土工布或聚丙烯土工格柵，上填60cm混渣或山皮土，土工布或聚丙烯土工格柵反包2m、固定，加強混碴或山皮土的整體穩(wěn)定性，形成路基施工作業(yè)的承托層。

受力分析:當石料與淤泥質軟土層直接接觸時，軟土表面在施工機械的荷載和施工硬料卸車時的沖擊力作用下受到擾動和破壞，承載力降低，會引起局部的沉降和變形，并向兩側推移、隆起，路基出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。而將兩層竹笆(縱橫向各一層)鋪在淤泥質軟土表面，利用竹笆片本身具有的較好的剛度彎曲，抗拉的性能，可以在淤泥質軟土表面形成一個工作面，在上面鋪一層土工格柵，再填60cm左右的混渣，并將土工格柵反包，與加鋪的石料層共同形成一個相對穩(wěn)定的整體，再在其上填山皮土。利用竹笆層將軟土層與石料分開后，可以防止石料直接擾動軟土地基、防止荷載作用下的沉陷變形、防止石料沉入軟土中，同時可節(jié)省大量的石料。經現(xiàn)場試驗觀察，竹笆層可以滿足路基施工中的填料自重和施工機械荷載作用下產生彎矩和剪力的要求，保證路基施工中穩(wěn)定和工后沉降的均勻。

3.2 土工格柵的材料要求及作用分析

(1)材料要求。采用雙向拉伸聚丙烯土工格柵，其性能要求如下:每延米縱向(橫向)拉伸屈服強度:≥50kN/m。

(2)伸長率。8％～13％，節(jié)點強度不低于筋體強度的70％。

(3)作用分析。

①加筋作用。

土工格柵具有很高的抗拉強度、柔性、延展性和高抗疲勞性能，它還有很強的抗土壤和地下水的化學腐蝕性、耐霉性等特點。由于網(wǎng)眼的作用，它與顆粒材料間的連鎖能力很強，并能制約顆粒材料的橫向移動。因此，在軟弱地基上，就可以大大分散作用于軟基上的荷載反力，其與材料間的嵌鎖作用和很大的界面摩阻力，共同形成了很高的抗拉強度和抗剪強度，起到了加筋材料的作用，大大提高了加筋體的強度。

②壓實作用。

同時，土工格柵使得荷載的分布范圍擴大，從而減少了路堤的整體下沉，當受力區(qū)范圍的材料被擠壓而產生向側面滑移時，由于格柵的約束作用使土工格柵與石料間產生的剪切阻力，限制了土的橫向移動，從而提高了路基的壓實作用。

③抗變形作用。

當非均布的荷載作用于路基上時，土工格柵會通過網(wǎng)孔相應產生變形，將其均勻傳遞、消散開，因此土工格柵還起到了非常強的抗變形作用。

3.3 山皮土的材料要求和作用

(1)材料要求。

山皮土的填筑及壓實，參考以往工程經驗，要求如下:

設H是實Hilbert空間，范數(shù)和內積分別為||·||，＜·，·＞設g:H→H是單值映射，()是單值映射Ni:H→H(i=1，2)；是集值映射，A，B:H→C(H)其中C(H)表示H的所有非空有界閉子集族，設泛函關于變量是真凸下半連續(xù)，次可微的，且其中表示 φ 的次微分[4，5，6，9]。

山皮土中石料含量超過70％時，應先鋪填大塊石料，且大面向下，放置平穩(wěn)，再鋪小塊石料、石渣或石屑嵌縫找平，然后碾壓;當石料含量小于70％時，土石可混合鋪填，但應避免硬質石塊集中。

(2)作用分析。

山皮土具有很好的水穩(wěn)定性和抗剪切強度，可以達到對路基填料的CBR的要求，同時具有抗水浸泡的優(yōu)點，在地下水位較高的城市道路的路基處理中，起著非常重要的作用。

3.4 生石灰處治土

主要是利用生石灰加入土中經拌和后，使土的塑限增加，大大降低了土的塑性指數(shù)，使土粒變脆，使土的和易性、強度、抗水性等得到明顯改善。同時可使土的體積變化明顯減小，部分消除土的膨脹作用。通過石灰與粘土的離子交換作用和物理化學反應，使粘土顆粒絮凝，生成晶體氫氧化鈣、碳酸鈣和含水硅酸鈣等膠結構，這些膠結構逐漸由凝膠狀態(tài)向晶體狀態(tài)轉化，形成了具有足夠的機械、水力性能并能滿足一定使用要求的混合料;而且這些性能不會隨風化作用而顯著變化。以養(yǎng)生后，強度形成得好的石灰處治土的板體性很好，在路床頂面形成了一個人工的硬殼層，由于石灰土結構層的整體性和板體作用，使得石灰土層下面的濕軟土基不能像壓擠入多孔隙的集料層那樣壓擠入石灰土層，大大地提高了路基的承載能力。

3.5 試驗結果

在完成以上試驗段的施工后，又經過7d的灑水養(yǎng)護后，對各段路床頂面進行了彎沉試驗，試驗結果為123.9(1/100mm)、136.1(1/100mm)、190(1/100mm)、164.3(1/100mm)，其壓實度基本在90％～93.5％，達到了設計要求。

4 沉降觀測

4.1 路基填筑

4.2 觀測項目和方法

(1)路基表面沉降觀測:觀測路基的地表沉降速率和總沉降，控制填土速率和高度，推算路基的殘余沉降;(2)水平位移觀測:觀測路基水平位移，確定路基的填筑速率;

4.3 觀測成果與分析

(1)沉降觀測結果及分析。

通過以上觀測結果得出:先期，隨著填土高度的不斷升高，各測點的沉降量逐漸增加，當達到設計高度時，累計最大沉降量為12.5cm(S3點)，平均沉降速率為1.39mm/d。中期，沉降量繼續(xù)小幅度增加，累計最大沉降量為18.9cm(S3點)，平均沉降速率為0.53mm/d。后期，各測點的沉降逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，沉降速率明顯減小，累計最大沉降量為19.6cm(S3點)，平均沉降速率為0.12mm/d，沉降趨于穩(wěn)定。

(2)水平位移觀測結果與分析。

通過水平位移觀測結果得出:填土期間，隨著填土高度的不斷升高，各測點的水平位移變化逐漸增加，當達到設計高度時，累計最大水平位移量為43mm(A4點)，位移速率為0.48mm/d。填土后期，各測點的水平位移變化速率逐漸減小并呈收斂趨勢。

5 結語

(1)該道路工程的軟土基本特征:軟土層主要為淤泥和淤泥質粘土組成，天然含水量大多在32％～114％之間，屬高壓縮性土。

(2)采用淺層換填處理施工，鋪筑竹笆、土工格柵、混渣的措施不僅便于施工，而且大大縮短了工期。通過實測，基本達到設計預期效果。

(3)實測沉降數(shù)據(jù)與設計基本相符，說明該軟土路基加固設計較成功。

(4)該道路建設總結出一個可行經濟的道路軟土路基加固措施，為類似工程供了實踐經驗和設計成果。

[1] 公路路基設計規(guī)范(JTG D30-2004).人民交通出版社.

[2] 交通工程軟土地基工程手冊.人民交通出版社.

[3] 地基及基礎(第三版).中國建筑工業(yè)出版社.

[4] 土工合成材料應用手冊.中國建筑工業(yè)出版社.