芻議公路工程軟土地基的處治措施

周志益

（廈門路橋咨詢監(jiān)理有限公司，福建 廈門 361000）

一、軟土地基概述

1.1 軟土性質(zhì)

軟土泛指淤泥和淤泥質(zhì)土及泥炭等，是第四紀晚更新世以來，在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境(缺氧飽和水的環(huán)境)下沉積，并經(jīng)過生物化學(xué)作用形成的飽和軟粘土，其廣泛分布于各河流的入海處和濱海地區(qū)，但不少內(nèi)陸的湖、塘、溝、谷和河漫灘等地也常遇到。軟土一般具有高含水量，大孔隙比，弱透水性，高壓縮性，抗剪強度低，高靈敏度、顯著的觸變性和蠕變性等特點。

1.2 軟土地基的危害

軟土地基的變形破壞是軟土最常見的工程地質(zhì)問題。軟土的承載力低，抗剪強度也很低，長期強度更低，往往導(dǎo)致地基喪失強度而發(fā)生擠出破壞。軟土壓縮性很高，沉降變形量大，常出現(xiàn)由于地基下沉引起基礎(chǔ)變形或開裂，甚至造成建筑物或構(gòu)筑物破壞。軟土的含水量大，多接近或超過其液限而成為軟塑或流塑狀態(tài)，且因其固結(jié)排水不暢，地基的強度增長緩慢，沉降的延續(xù)時間很長，影響工程建設(shè)的工期和工程質(zhì)量。軟土的成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平面分布及垂直分布往往不均勻，易使建設(shè)工程發(fā)生不均勻沉降，產(chǎn)生裂縫甚至破壞。

在軟土地基上修建公路或鐵路，路堤高度常受到軟土強度的控制。路堤過高，將導(dǎo)致擠出破壞，產(chǎn)生坍塌和滑坡等。軟土受到振動時，很容易破壞其海綿狀結(jié)構(gòu)，使軟土產(chǎn)生振動液化而喪失強度，導(dǎo)致地基土大面積失效，從而引起道路破壞。如不采取有效的加固措施將會危及行車安全。

二、軟土地基常用處理方法

2.1 淺層軟土地基處理

2.1.1 表層排水法

對土質(zhì)較好因含水量過大而導(dǎo)致的軟土地基，在填土之前，地表面開挖溝槽，排除地表水，同時降低地基表層部分的含水率，以保障施工機械通行。為了發(fā)揮開挖出的溝槽在施工中達到盲溝的效果，應(yīng)回填透水性好的砂礫或碎石。

2.1.2 砂墊層法

對于地基上部軟土層極薄且含水量大時，在軟土地基上敷墊厚0.5m～1.2m 左右的砂墊層。這樣可達到固結(jié)軟土層，使砂墊層起到上部排水層作用；同時，砂墊層又成為填土內(nèi)的地下排水層，以降低填土內(nèi)的水位;在進行填土及地基處理施工時，為施工機械提供良好的通行條件。

2.1.3 換填法

換填法是將地基淺層一定深度的軟弱土層挖除，回填強度較大、壓縮性較小、料源豐富、價格低廉且無腐蝕的砂、碎石、石渣、素土、灰土、礦渣以及其他性能穩(wěn)定的材料，分層夯實至要求的干密度作為持力層，可以起到提高地基承載力、減小沉降量、加速軟弱土層的排水固結(jié)、防止凍脹、消除膨脹土的脹縮作用。換填法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理。

2.1.4 土工織物加強法

土工織物的制造過程是首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結(jié)構(gòu)的土工織物。其突出的優(yōu)點是重量輕，整體連續(xù)性好，施工方便，抗拉強度較高，耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。土工格柵是一種主要的土工合成材料，與其他土工合成材料相比，它具有獨特的性能與功效。采用土工織物鋪設(shè)于軟基表面，可起到反濾、排水、隔離和補強的作用。

2.1.5 添加劑法

表層為粘性土?xí)r，可在表層土內(nèi)摻入添加劑，改善地基的壓縮性和強度特性，以保證施工機械的行駛，同時也可達到提高填土穩(wěn)定及固結(jié)的效果。添加材料通常是生石灰，熟石灰和水泥。石灰類添加材料通過現(xiàn)場拌和或廠拌，除了降低土壤含水量、產(chǎn)生團粒效果外，對被固結(jié)的土隨著時間的推移還會發(fā)生化學(xué)性固結(jié)，使粘土成分發(fā)生質(zhì)的變化，從而促進土體穩(wěn)定。水泥穩(wěn)定土是黃土摻水泥(一般含水泥3%～5%)后使用，其造價較貴，其優(yōu)點是不需太長的養(yǎng)生時間就可使地基固化板結(jié)達到施工要求的強度。

2.2 深層軟土地基處理

2.2.1 靜力排水固結(jié)法

排水固結(jié)法，又稱預(yù)壓法。在軟粘土地基上修建高速公路，排水固結(jié)法處理軟土地基具有成本低、效果好等優(yōu)點，一般應(yīng)優(yōu)先考慮。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，強度逐步提高的方法。該方法適用于飽和粘土，有機質(zhì)粘土的地基處理。采用排水固結(jié)法處理軟土地基的優(yōu)點是成本低，地基處理質(zhì)量可靠。其缺點是施工工期長，在填土過程中需要嚴格控制填土速率：地基固結(jié)沉降大，需增加路堤填土用料。另外，當豎向排水通道設(shè)置深度淺，或豎向排水通道井阻嚴重，或預(yù)壓時間短未達到要求的固結(jié)度，采用排水固結(jié)法處理地基時工后沉降較大，此時，地基工后次固結(jié)沉降也大。

2.2.2 強夯法

強夯法亦名動力固結(jié)法，國外稱dynamicconsolidation，dynam-ic compaction，heavy tamping 等。強夯法是法國Menard 技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，通常以8t～30t的重錘和8m～20m的落距，對地基土施加很大的沖擊能，強制壓實地基。我國于20世紀80年代引進，交通部第一航務(wù)工程局科研所及協(xié)作單位在天津首先開展試驗研究。由于設(shè)備簡單、效果顯著、經(jīng)濟和施工快，很快得到推廣。其缺點是施工時噪聲和振動較大，因而不宜在人口密集的城市內(nèi)使用。

強夯法可提高地基承載力，經(jīng)強夯加固處理后，地基承載力通?？商岣? 倍～5 倍;強夯可加固深層地基，有效加固深度一般為5m～10m，高能量強夯法加固深度可超過10m。飽和疏松粉細砂經(jīng)強夯后可以消除液化。強夯可消除濕陷性黃土的濕陷性，同時強夯還可以減少地基沉降量，并可解除不均勻沉降的危害。強夯法用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。對于飽和度較高的粘性土，一般來說處理效果不顯著。尤其是對于淤泥和淤泥質(zhì)土地基，需經(jīng)試驗證明施工有效時方可使用。但近年來，對高飽和度的粉土與粘性土等地基，有采用回填塊石、碎石或其他粗顆粒材料進行強夯置換，取得較好效果的工程實例。

2.2.3 復(fù)合地基

復(fù)合地基是指在天然地基的土體內(nèi)增加人工增強體(樁)構(gòu)成人工地基，使地基中應(yīng)力按材料模量重新分布，大部分荷載由樁體承擔，樁間土與樁共同承擔荷載。常用的復(fù)合地基有如下幾種:

1)石灰樁:石灰攪拌樁是靠石灰與土之間發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)而形成的，不同的土質(zhì)會產(chǎn)生不同的加固效果。深層攪拌石灰樁施工時通過機械攪拌，鉆進時噴射壓縮空氣，使準備加固的土在原位受到擾動。鉆進到設(shè)計標高后，鉆機鉆頭反向旋轉(zhuǎn)，邊提升邊由壓縮空氣輸送生石灰，向著由鉆頭攪拌葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空隙部位噴入，使土體和石灰進行充分拌和，形成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的石灰土樁，加固深度可以達到20m。石灰攪拌樁適宜于蒙脫土類礦物含量粘土地基。

2)深層水泥土攪拌樁:水泥土攪拌樁是利用水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械邊鉆進邊往軟土中噴射漿液，借助攪拌軸上翼片的旋轉(zhuǎn)攪拌，使固化劑與軟土充分拌合在一起。攪拌成的混合材料經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，改變了原狀土的結(jié)構(gòu)，硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥土樁體，若干根這類樁與樁間土構(gòu)成復(fù)合地基。

水泥土攪拌樁具有良好的整體性和水穩(wěn)性，且成樁效率高、施工場地周圍不受污染，施工過程無振動、無噪聲、工期短、造價低等優(yōu)點，適用于加固飽和軟粘土地基，尤其適用于20m 深度范圍內(nèi)無理想持力層的軟土地基。

3)碎石樁:又稱振沖置換法，它是利用一個產(chǎn)生水平振動的管狀設(shè)備，采用高壓水邊振邊沖從而在軟弱粘土地基中成孔，然后分批填入碎石并加以振搗，利用樁體對樁周圍土體的擠密作用，使其與周圍粘性土形成復(fù)合地基。碎石樁具有置換、排水固結(jié)和復(fù)合地基的特點，適用于石料豐富地區(qū)、軟土厚度較大的地段。

4)粉噴樁:粉噴樁是"粉體噴射攪拌樁"的簡稱，是利用專用噴粉攪拌鉆機將水泥等粉體固化劑噴入軟土地基，將軟土與固化劑強制攪拌，固化劑與軟土之間產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土固結(jié)成具有一定強度的水泥樁體而形成復(fù)合地基的一種施工方法，又稱干法。由于粉噴樁有抗側(cè)向變形能力強、承受較大的加荷速率、有效減少總沉降量、大大縮短施工周期等優(yōu)點，目前在城市道路、橋梁、高速公路建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用的較為廣泛。

5)高壓旋噴樁:高壓旋噴樁利用鉆機，將預(yù)先配制好的水泥、石膏等材料作為固化劑的漿液，當鉆機鉆到設(shè)計標高后，用高壓旋噴機把安有水平噴嘴的注漿管下到孔底，利用高壓設(shè)備使噴嘴以20MPa～25MPa的壓力把漿液噴射出去，沖擊切割土體，并與土體攪拌混合，隨著注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升而形成圓柱體樁體，固結(jié)成樁，從而使地基得到加固，適用于軟土地基軟土層厚度較厚(14m 以上)，軟土的含水率較高、塑性高、壓縮性高、強度低、地基穩(wěn)定性差，同時工后沉降要求高的軟基處理工程。高壓旋噴法將深層攪拌法和高壓噴射法結(jié)合起來，既克服了深層攪拌法在正常樁徑 (500mm～700mm)和正常滲入比(15%)情況下，軟土中樁體無側(cè)限抗壓強度僅在15MPa 左右形成的樁身強度決定復(fù)合地基承載力的不合理模式，又避免了高壓噴射注漿法需要較大切割能量的問題。

6)水泥粉煤灰碎石樁(CFG 樁):CFG 樁是一種低標號的混凝土樁，混凝土的主要材料可用水泥、粉煤灰、碎石，也可用水泥、砂、碎石組成。加固原理和施工方法類似于碎石樁，適用于軟土厚度大、承載力要求高的橋涵構(gòu)造物及高路堤地段。處理的厚度可大于15m。水泥粉煤灰碎石樁適用于處理軟弱粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土地基。采用水泥粉煤灰、碎石進行配比，抗壓強度等級達到C15。施工常采用長螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工和振動沉管施工方式。

結(jié)語

近年來，隨著科技的進步，出現(xiàn)了很多軟土地基處理的新技術(shù)和新方法，例如:預(yù)應(yīng)力管樁、現(xiàn)澆混凝土管樁、真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法、軟土地基強夯法聯(lián)合堆載預(yù)壓、新型動力排水快速固結(jié)軟地基處理工法、高真空擊密法、凍結(jié)法、建筑垃圾樁等。如此多的軟土地基處理方法，各種方法都有它的使用范圍，設(shè)計者和施工者應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)、上部結(jié)構(gòu)、工期要求、造價、工程用料等方面，確定出適合的方案，同時也應(yīng)多嘗試和研究新的方法和技術(shù)，高效快速地處理軟土地基。

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