論公路軟土地基常用處治技術(shù)

張文忠

（新疆新紀(jì)元公路設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

國內(nèi)公路建設(shè)快速發(fā)展，穿越軟弱地基的情況越來越多，施工中充分利用原土地基承載力優(yōu)點(diǎn)，有效控制地基沉降，保持地基穩(wěn)定，加快工期，節(jié)約投資，已成為軟土地基施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)前處理軟土地基有多種工藝，本文重點(diǎn)論述了常用軟土地基處理技術(shù)的技術(shù)要點(diǎn)，以期為軟土地基處理提供指導(dǎo)。

1 選擇軟土地基處理技術(shù)應(yīng)考慮的條件[1]

1.1 地基條件

在選擇軟土地基處理技術(shù)時(shí)應(yīng)結(jié)合軟土的物理力學(xué)性質(zhì)和地基構(gòu)成情況。若軟土層淺而薄，則其固結(jié)沉降量也較小，且在短時(shí)間內(nèi)會(huì)停止沉降，其滑動(dòng)破壞的危險(xiǎn)性較小，可采用簡單的表層處理法；對(duì)于軟土厚度在3～4m范圍內(nèi)，且中間夾有能供排水的砂層的軟土層，則無需豎向排水或擠實(shí)砂樁，可采用表層處理法；而對(duì)頂層為砂層而下部為軟土的情況，因其穩(wěn)定性較好，可采用豎直排水法；若基底傾斜，由于軟土層厚的一側(cè)沉降量大，發(fā)生滑移的危險(xiǎn)性也較大，該類地基存在的不均勻沉降可能會(huì)促進(jìn)滑動(dòng)，因而應(yīng)盡可能減少沉降量而采用擠實(shí)砂樁或石灰樁法，且軟土層薄厚不同樁間距也應(yīng)不同。

1.2 道路條件

等級(jí)越高的公路對(duì)路基路面平整度要求也越高，對(duì)沉降處理措施要求也越嚴(yán)格。由于臺(tái)后填土的縱向推力，和構(gòu)造物連接的路堤部位的剩余沉降可能會(huì)導(dǎo)致橋臺(tái)基礎(chǔ)發(fā)生較大位移甚至給橋臺(tái)基礎(chǔ)帶來破壞。該種情況必須對(duì)橋臺(tái)穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算后采取有效加固措施。

2 常用軟土地基處治技術(shù)

2.1 預(yù)壓法

預(yù)壓法適用于路基較穩(wěn)定、沉降量較小的路段，能夠降低土體的壓縮性并提高其抗剪強(qiáng)度，可分為超載預(yù)壓、等載預(yù)壓和欠載預(yù)壓。預(yù)壓法應(yīng)用于路堤工程時(shí)，適用于天然地基或豎向排水體地基，可利用路堤填土進(jìn)行預(yù)壓而無需移掉土體。預(yù)壓過程中應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，每級(jí)加荷的穩(wěn)定性取決于前一級(jí)預(yù)壓結(jié)束后土體強(qiáng)度的提高幅度。該方法不能減少軟土地基的總沉降量，只能實(shí)現(xiàn)施工期內(nèi)大部分沉降量，很大程度上減少工后沉降。用于橋涵臺(tái)背或涵洞預(yù)壓，一般利用填土或其他荷載進(jìn)行預(yù)壓，實(shí)現(xiàn)地基在加載期間內(nèi)完成全部或大部分沉降，待移去填土后方可修筑橋臺(tái)或涵洞，實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑物在使用期間不產(chǎn)生過大的沉降和差異沉降。施工中為加速軟土地基固結(jié)，與豎向排水體相結(jié)合構(gòu)成加壓和排水系統(tǒng)，其中排水系統(tǒng)主要改變地基原有排水邊界條件，增加孔隙水排除的途徑，并縮短排水距離，預(yù)壓實(shí)施后則通過排水系統(tǒng)將土體內(nèi)水體排除來增強(qiáng)地基承載力[2]。

2.2 粒料樁加固

粒料樁是指采取振動(dòng)、沖擊或水沖等措施在軟土地基內(nèi)成孔，之后將碎石、砂礫、砂等散狀粒料壓入孔內(nèi)形成的大直徑密實(shí)樁體。該類樁體應(yīng)用于松散砂土?xí)r主要表現(xiàn)為擠密作用；而應(yīng)用于粘性土?xí)r由于土體內(nèi)粘粒含量多，粒間結(jié)合力較強(qiáng)，滲透系數(shù)小，水體在振動(dòng)或擠壓作用下不易排出，因而不能將原土體擠密，只能起置換作用，由樁體和周圍土體構(gòu)成復(fù)合地基共同承擔(dān)荷載。其具體作用表現(xiàn)為：a）樁柱作用，即粒料樁的壓縮模量明顯高于周圍土體，地基內(nèi)應(yīng)力隨地基變形而逐步集中到樁體，而土體承擔(dān)的應(yīng)力相應(yīng)減少，從而減少其固結(jié)沉降；b）墊層作用，即樁體依靠周圍土體的側(cè)限阻力保持原狀并承擔(dān)荷載，荷載導(dǎo)致樁體產(chǎn)生側(cè)向變形，影響應(yīng)力自上而下傳遞，同時(shí)通過樁體的側(cè)向壓力將應(yīng)力傳遞給周圍土體，并與其形成一個(gè)龐大的人工墊層，將附加應(yīng)力向四周擴(kuò)散而減少不均勻沉降；c）豎向排水體，采用該技術(shù)應(yīng)保證填料有良好的級(jí)配，便于粒料樁在地基內(nèi)形成良好的排水通道，便于其能起到排水砂井的效果，通過大幅度縮短孔隙水的平均滲透路徑而加速土體固結(jié)。

2.3 灌漿法

該方法通過機(jī)械設(shè)備將具有固化和抗?jié)B性能的漿液灌入某種介質(zhì)間隙或結(jié)構(gòu)面內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)擴(kuò)散和固化，以達(dá)到提高地基強(qiáng)度、降低抗?jié)B性并改善基礎(chǔ)物理力學(xué)性質(zhì)的目的。該方法包括滲透灌漿、劈裂灌漿和壓密灌漿。

滲透灌漿是指在壓力作用下在土體空隙及巖石裂隙內(nèi)填滿漿液以將空隙內(nèi)原來存在的自由水和氣體排出，但不改變原狀土的結(jié)構(gòu)和體積，灌漿壓力也相對(duì)較小，因而適用于砂性土和存在裂隙的巖石。劈裂灌漿是指在壓力作用下克服地層初始應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度，破壞和擾動(dòng)巖石和土體結(jié)構(gòu)，生成垂直于小主應(yīng)力的平面劈裂，使地層內(nèi)原有裂隙或空隙張開并形成新的裂隙或孔隙。該技術(shù)灌漿壓力較高，因而多用于提高地基承載力和消除工后沉降。壓密灌漿是指先鉆孔后在土體內(nèi)灌注極濃的漿液以實(shí)現(xiàn)灌漿點(diǎn)土體壓密，并在灌漿管端附近形成漿泡。若漿泡直徑較小則灌漿壓力主要沿鉆孔徑向擴(kuò)展，隨漿泡尺寸逐步增大而產(chǎn)生較大的上抬力而抬動(dòng)地面；若合理采用灌漿壓力產(chǎn)生適宜的上抬力，則可實(shí)現(xiàn)下沉建筑回升至較為精確范圍[3]。

2.4 強(qiáng)夯法

該技術(shù)可用于多種碎石土、砂土、低飽和度粉土等土性地基。軟粘土由于滲透性差、含水量高，在外界強(qiáng)烈撞擊時(shí)不能迅速排水導(dǎo)致孔隙水壓力上升快且消散慢，會(huì)導(dǎo)致周圍土體強(qiáng)度降低甚至全部液化；此外，土體的固結(jié)壓密及強(qiáng)度恢復(fù)過程較其他土體也慢很多。不同土體應(yīng)采用不同的加固機(jī)理。對(duì)孔隙多、顆粒粗的土體的夯實(shí)應(yīng)基于動(dòng)力密實(shí)機(jī)理，以實(shí)現(xiàn)土體內(nèi)孔隙體積減小，土體密實(shí)；非飽和土體夯實(shí)則是內(nèi)部氣相被擠出的過程，主要由于土體顆粒相對(duì)位移引起。強(qiáng)夯法因振動(dòng)大，一般情況下不易應(yīng)用于距離居民區(qū)較近地段。

2.5 換填法

換填法適用于軟土厚度不超過3m的土體，主要是利用透水性材料進(jìn)行置換填土以降低其壓縮性、提高承載力和抗剪強(qiáng)度，并減少后期工后沉降量。該技術(shù)施工簡單但費(fèi)用較高。山區(qū)或山間低洼地帶多為軟土或泥炭土，土體固結(jié)時(shí)間較長，而該類地段往往填土厚度較大，軟土危害較大，路基同時(shí)存在穩(wěn)定和不均勻沉降兩大問題，因而適宜采用換填技術(shù)。采用換填技術(shù)時(shí)因需換填地段地下水位較高，宜選用水穩(wěn)性好的材料；換填挖出的土方多是土質(zhì)較為肥沃的淤泥或淤泥質(zhì)土體，應(yīng)選擇合理去向。

2.6 拋石擠淤

軟土若位于水下，則換土難度較大；若同時(shí)厚度不超過3m且表層無硬殼，或基地直接置于含水量超過液限、靠路堤自重則可基礎(chǔ)的軟土之上，則可采用拋石擠淤技術(shù)。該技術(shù)施工時(shí)不用抽水、不用挖淤，施工方便，在材料選擇時(shí)應(yīng)選用不易風(fēng)化的石料，同時(shí)片石大小應(yīng)隨土體稠度確定，對(duì)流動(dòng)性較強(qiáng)的淤泥可采用直徑較小的片石，但不應(yīng)小于30cm。在拋石施工時(shí)應(yīng)自路堤中部開始逐次向兩旁展開，便于淤泥向兩旁擠出。該種技術(shù)置換出的淤泥也應(yīng)選擇好合理的去處以防引發(fā)污染。片石露出水面后應(yīng)用較小石塊填塞墊平并用重型機(jī)械碾壓緊密，之后方可在其上鋪設(shè)反濾層后填筑土體[4]。

2.7 反壓護(hù)道

當(dāng)軟土和沼澤較厚，并且路堤高度不超過極限高度的2倍時(shí)，可在路堤兩側(cè)填筑適當(dāng)厚度和寬度的護(hù)道，路堤在護(hù)道附加荷載作用下可保持地基土體平衡并可增加抗滑力矩，防止路堤的滑動(dòng)破壞，但在施工中應(yīng)保證護(hù)道同路堤同時(shí)施工并應(yīng)控制其壓實(shí)度不低于90%，以免由于反壓護(hù)道施工落后而給路基施工帶來不利影響。反壓護(hù)道施工可分為多級(jí)施工。

2.8 塑料排水板

塑料排水板的排水原理等同于袋裝砂井。該技術(shù)滲濾吸水性好，并具有一定的強(qiáng)度和延伸率，對(duì)周圍土體的擾動(dòng)性較小，預(yù)壓時(shí)間較長。采用該技術(shù)時(shí)存在塑料板傾斜而使排水體入土偏位傾斜，拔管過程中帶出部分淤泥而污染環(huán)境的問題，因而在插板前應(yīng)保證機(jī)座平整，插入導(dǎo)管長度應(yīng)保證其處理深度。在施工前應(yīng)結(jié)合不同地層條件進(jìn)行工藝性試打，并保證打入深度不低于設(shè)計(jì)深度；在正式施工時(shí)若深度不足則應(yīng)清退更換，在施工中應(yīng)將每個(gè)孔穴帶回的淤泥清除，其頂部預(yù)留段應(yīng)及時(shí)彎折埋設(shè)于砂礫層內(nèi)，以保證排水板和砂墊層間排水暢通。

3 結(jié)語

軟土地基成因類型各異，其厚度也不盡相同，因而在處理軟基過程中應(yīng)先查明其地區(qū)特點(diǎn)和地質(zhì)、土質(zhì)條件并采取有針對(duì)性的對(duì)策，并充分了解每種處理措施的局限性，在特殊部位應(yīng)采取綜合措施進(jìn)行處理，方可充分保證最終處理質(zhì)量。

[1]葉觀寶.地基加固新技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2]王曉謀，袁懷宇.高等級(jí)公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]劉玉卓.公路工程軟基處理[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]張誠厚.高速公路軟基處理[M].北京：中國建筑出版社，1997.