軟土地區(qū)高速公路路基處理

摘#8195;要 軟土地基上主要存在的問題是若不對地基加以處理，往往會發(fā)生路基失穩(wěn)或過量沉陷，導致路基病害的產(chǎn)生，繼而影響車輛正常運行，所以軟土地基上路堤穩(wěn)定分析是軟土路基設計中最重要的內(nèi)容，如果穩(wěn)定分析是正確的，則為經(jīng)濟合理地確定路堤斷面和地基加固措施提供了可靠的依據(jù)。

關鍵詞 路基；軟土地基；穩(wěn)定分析；地基加固

中圖分類號 TU 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0130-02

1 軟土地基上路堤的穩(wěn)定分析

1.1 軟土路堤穩(wěn)定分析

軟土地基上路堤穩(wěn)定分析是軟土路基設計中最重要的內(nèi)容，如果穩(wěn)定分析是正確的，則為經(jīng)濟合理地確定路堤斷面和地基加固措施提供了可靠的依據(jù)。

影響軟土地基穩(wěn)定性的因素較多，它不僅取決于路堤的斷面形式、填土高度、填土施工速率和地基土的性質，而且與軟土成因類型、地層的成層情況以及地基土的應力歷史有關。軟基上的高路堤穩(wěn)定性，經(jīng)常在路堤未填到設計高度時發(fā)生問題，因此，計算中不僅要對最終填筑高度作穩(wěn)定分析，而且必須對填筑過程中的穩(wěn)定進行分析。一般計算時，應予考慮路堤內(nèi)滑動面上的抗剪阻力。但對于軟土層厚的地基上的路堤，由于地基的側向位移，使路堤受拉，因而穩(wěn)定分析計算中，可以忽略路堤內(nèi)的抗剪阻力，按路堤部分整個高度內(nèi)產(chǎn)生豎向裂縫進行計算。對于路堤高度比軟土層的厚度大得多的高路堤的穩(wěn)定性計算中，還要對整個路堤高度上的開裂的滑動面進行計算。

1.2 軟土地基上路堤的最小高度和極限高度

在天然軟土地基上，用通常速度施工的方法，修筑一般斷面的路堤所能填筑的最大高度，稱為極限高度，以Hc表示。極限高度的大小取決于軟土的性質和成層情況，軟土表層硬殼的厚度與性質、填料的情況等等，極限高度僅作設計施工的參考依據(jù)，因此可近似的令φu=0進行估算。

1.2.1 均質厚層軟土地基上路堤的極限高度

均質厚層軟土地基上路堤的極限高度可按下述兩種方法計算：

1）理論估算公式：

（1）

式中：cu—地基土快剪測得的單位黏聚力；γ—填土容重。

2）近似公式：

Hc=0.3cu （2）

式中符號意義同前。

1.2.2 均質薄層軟土地基上路堤的極限高度

均質厚層軟土地基上路堤的極限高度采用下式計算：

（3）

式中：Ns—穩(wěn)定數(shù)，與邊坡角β、深度因數(shù)ηD有關。

當軟土下臥硬層頂面有較大橫向坡度時，實際的極限高度將比計算所得值偏小一些。

1.2.3 非均質軟土地基路堤的極限高度

非均質軟土地基，土層性質各不相同，無法估算，只能按圓弧法進行穩(wěn)定性驗算確定路堤極限高度。檢算時地基的強度指標采用快剪法測定。如果條件允許，根據(jù)工地填筑試驗確定極限高度是最直接可靠的

方法。

2 軟土地基的加固措施

2.1 改變路堤本身的結構形式，對地基不做處理

這種方法如反壓護道、柴排、鋪設土工織物。這類方法施工簡便易行，但高路堤不適用。反壓護道是借在路堤兩側填筑一定寬度和一定高度的護道的反壓作用，以防止地基破壞保證路基穩(wěn)定的一種有效措施。利用反壓護道加固地基，不需特殊的機具設備和材料，施工簡易，但占地多，用土量大，后期沉降大，養(yǎng)護工作量大。

2.2 排水固結，提高地基軟土的強度

這類方法如排水砂井和排水砂墊層等。其作用是加速地基固結，使強度得到提高。排水砂井是利用各種打樁機具擊入鋼管，或用高壓射水、爆破等方法在地基中獲得按一定規(guī)律排列的孔眼，并灌入中、粗砂而成。由于這種砂井在飽和軟黏土中起排水通道的作用，故稱排水砂井。砂井頂部要用砂溝或砂墊層連通，構成排水系統(tǒng)，在路堤荷載的作用下加速排水固結，從而提高強度，保證路堤的穩(wěn)定性。

軟土地基設置砂井后，改善了地基的排水條件，縮短了排水途徑，因而地基承受附加荷載后，排水固結過程大大加快，進而使地基強度得以提高。用砂井加固軟土地基，對于提高地基承載力是有效的。當路堤較高，軟土層較厚時，用其他方法（如反壓護道）難以滿足路基穩(wěn)定要求時，改用砂井加固可獲得良好效果。

2.3 人工地基

人工地基是在軟土地基內(nèi)設置各種材料制成樁，構成復合地基，或將地表換成性能良好的土料，以提高地基承載力，保證路基穩(wěn)定的一種方法。其方法包括換土、側向約束和碎石樁等。

2.3.1 換土

以人工、機械或爆破方法將地基軟土挖除，換填強度較高的黏土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料。對軟土或泥炭層厚度小于3 m的情況，一般可采取全部挖除換填的方法；對厚度大于3 m的情況，通常只采取部分開挖換填的方法。全部挖換填從根本上改善了地基，不留后患，效果最佳，是最為徹底的措施。此法從根本上改善了地基的性質，效果甚佳，但僅適用于軟土層較薄、其上無覆蓋層的情況。在液性指數(shù)較大的軟土中，可采用拋石擠淤的措施以強迫換土，施工簡便迅速，不必抽水挖淤，可以取得較好的效果。

2.3.2 側向約束

在路堤兩側設置木樁、板樁、鋼筋混凝土樁或片石齒墻等，以限制地基的側向變形。此類方法在軟土層厚度較小且底部有較硬土層的情況下，效果很好，特別是下臥層面具有橫坡時，尤其適宜。

2.3.3 碎石樁

碎石樁是采用碎石材料做樁料，并依靠振動沉管機，水振沖器等在軟土地基層內(nèi)做成。碎石樁與樁間的軟土形成復合地基，碎石對地基起加固、置換作用。由于樁與土體內(nèi)的共同作用，從而提高地基的承載力，降低土層的壓縮性。碎石樁的直徑較大，常用0.5 m~1.0 m。樁材一般用未風化的干凈礫石或軋制碎石，粒徑宜為20 mm~50 mm，含泥量不應大于10%。

2.3.4 加固土樁

加固土樁是用某種專用機械將軟土地基內(nèi)局部范圍內(nèi)的軟土主體用無機結合料加固、穩(wěn)定，使樁體與樁間的軟土形成復合地基。改良后的加固土樁起置換作用和應力集中效應，以減少地基的總沉降。加固土樁所采用的材料有水泥、生石灰和粉煤灰的等。

2.4 綜合加固措施

為了增大加固效果，減少占地，節(jié)省材料，可采用兩種或兩種以上方法綜合使用。例如砂井與反壓護道并用，砂墊層和反壓護道并用，砂墊層和柴排并用，反壓護道和片石齒墻并用，反壓護道和換土并用。

近年來，由于對軟土性質研究工作的深入及新材料、新機具的不斷涌現(xiàn)，軟土地基加固措施也迅速發(fā)展，一些新方法被廣泛應用，袋裝砂井、塑料排水板、高壓噴射注漿法、土工聚合物法、深層攪拌法、灌漿法和強夯法等等，現(xiàn)介紹路基常用的幾種方法。

2.4.1 袋裝砂井

1）袋裝砂井的發(fā)展與應用。袋裝砂井是事先把砂裝入長條形透水性好的編織袋里，然后用專門的機具設備，打入軟土地基內(nèi)，代替普通大直徑砂井。袋裝砂井既具有普通大直徑砂井的作用，又可保證砂井的延續(xù)性，避免縮頸的現(xiàn)象。此外，由于袋裝砂井的直徑小，材料消耗少，工程造價低，施工速度快，設備輕型，更適應在軟弱地基上施工。

2）袋裝砂井直徑。袋裝砂井直徑是根據(jù)所承擔的排水量和施工工藝要求決定，一般采用7 cm~12 cm的直徑，我國目前多采用7 cm直徑。

3）砂袋材料的選擇。袋裝砂井的編織袋應具有良好的透水性，袋內(nèi)材料不宜漏失，袋子材料應具有足夠的抗拉強度，能承受袋內(nèi)砂的自重以及彎曲時所產(chǎn)生的拉力；要有一定的抗老化性能和耐腐蝕性；要便于加工，價格低廉。一般采用合成纖維、黃麻、塑料等材料編織物，目前我國多采用聚丙烯編織物。

4）袋裝砂井施工注意事項。①砂井定位要準確，垂直度要好；②砂袋含水量一般要求小于3%；③袋中的砂宜用風干砂，不宜用潮濕砂，以免袋內(nèi)砂干燥后，體積減??；造成袋內(nèi)砂柱縮短與排水墊層不搭接等質量事故；④采用聚丙烯編織袋，施工時應避免太陽光長時間爆曬；⑤在整個施工過程中，避免砂袋被掛破流砂；⑥確保袋裝砂井與排水墊層之間的連接。

2.4.2 塑料排水板

塑料排水板和袋裝砂井一樣，也是一種克服砂井存在的缺點，改善地基排水條件的方法。塑料排水板有芯板和濾膜組成，土層中的固結滲流水通過濾膜滲入到溝槽內(nèi)，又通過溝槽豎向排入地面砂墊層中排出。要求濾膜的滲透系數(shù)不低于中、粗砂，一般采用耐腐蝕的滌綸襯布。芯板要求在土壓力作用下不產(chǎn)生斷面壓縮變形，國內(nèi)外多采用聚乙烯或聚丙烯塑料加工而成兩面有間隔溝槽的板條，多孔型排水芯板，采用耐腐蝕的滌綸無紡布。

塑料排水板法是在紙板排水法的基礎上發(fā)展而來的。它的特點是，單孔過水斷面大，排水暢通、質量輕、強度高，耐久性好。它與砂井的試用范圍相同。

塑料排水板的作用原理和設計方法與砂井排水法相同，設計時，把塑料板換算成相當直徑的砂井。設塑料排水板寬度為b，厚度為δ，則換算直徑為：

式中：α為換算系數(shù)，通過實驗求得。

從現(xiàn)場試驗資料來看，施工長度在10 m左右，撓度在10%以下的排水板，α為0.6~0.9；對標準型，既b=100 mm，δ=3~4 mm，取α=0.75。換算直徑D=50 mm，相當于直徑為50 mm的砂井。井徑比可參照袋裝砂井，采用15~30。

2.4.3 路堤荷載壓重法

路堤荷載壓重法是以路堤荷載來增加作用于地基上的總應力，加速固結沉降，同時提高地基強度的方法。為保證路堤在填筑過程中不致失穩(wěn)，一般采用慢速加載法。其經(jīng)常與垂直加載法并用。

根據(jù)壓重的不同目的，通常把超過最后設計荷載的壓重叫作超載壓重；把預先加載使地基固結沉降，然后卸除荷載，再修筑構造物的方法叫預壓法。

在壓縮性大、透水性好的泥炭地基上，最適宜采用路堤荷載壓重法。在壓縮性大、透水性差的軟土地基上，單獨采用路堤荷載壓重法需要相當長的固結沉降時間，故對于施工期長的工程比較適用；而對于施工期短的工程，則需與垂直排水法并用，以加速固結沉降。

2.4.4 水泥土加固法

水泥土加固法實際上是將石灰或水泥等固化劑于軟土地基攪拌、混合的地基處理辦法。它是采用石灰與土或水泥與土按一定的比例均勻拌合形成灰土或水泥土，作為建筑物的基礎材料。現(xiàn)在多以水泥為主劑，用水泥漿或水泥粉，按用途選取適當?shù)呐浜媳龋c土體攪拌均勻，使水泥與土起物理化學作用，形成整體的、堅硬的、水穩(wěn)性的生成物。一般稱為水泥加固土或稱水泥土。該土因滲入了水泥，對土進行了改性，其強度主要受工程地質條件及水泥摻入量兩個因素控制。當?shù)刭|條件一定時，水泥土的抗壓強度，基本隨水泥摻入量的增加而提高。

3 結束語

軟土地區(qū)高速公路的潛在病害是很危險的，但是只要認真對路堤進行穩(wěn)定分析，綜合考慮，選取合適的地基處理辦法，就能將病害的威脅降到最低。

參考文獻

[1]張留俊.高速公路軟土地基處理技術[M].北京:人民交通出版社，2002.

[2] 牛志榮.地基處理技術及工程應用[M].北京:中國建材工業(yè)出版社，2004.