防止軟土地區(qū)市政道路沉降量過大的方法

康德存

(寧波茂盛園林建設(shè)有限公司，浙江寧波 315153)

1 軟土地基的概念及分布

淤泥、淤泥質(zhì)土及天然強(qiáng)度低、壓縮性高、透水性小的一般粘土統(tǒng)稱為軟土。由淤泥、淤泥質(zhì)土、水下沉積的飽和軟粘土為主組成的軟土在我國(guó)南方有廣泛分布，這些土都具有天然含水量較高、孔隙比大、透水性差、壓縮性高、強(qiáng)度低等特點(diǎn)。軟土地區(qū)大多分布在我國(guó)的沿海地區(qū)，北起遼東南至南海，包括遼東灣、渤海灣、長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲等大部分東南沿海地區(qū)。這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，交通運(yùn)輸量大，對(duì)道路的承載力和沉降量要求都很高。這些地區(qū)的道路普遍存在通車后由于市政道路沉降量過大造成地基的不均勻沉降而使路面產(chǎn)生開裂、管線等附屬設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞而失去使用價(jià)值。

2 軟土地區(qū)路基沉降過大的危害

軟土地區(qū)路基的主要破壞形式是沉降過大引起路基開裂損壞。在較大的荷載作用下地基易發(fā)生整體剪切、局部剪切或刺入破壞，造成路面沉降和路基失穩(wěn);因孔隙水壓力過載(來不及消散)、剪切變形過大，會(huì)造成路基邊坡失穩(wěn)。道路的整體沉降并不可怕，可怕的是不均勻沉降，在這方面市政道路比公路要求更為嚴(yán)格，因?yàn)槭姓缆返穆坊泻写罅康氖姓芫€，這就使市政道路在施工過程中不能使用大噸位的壓實(shí)機(jī)械，從而使市政道路的路基在施工后要么形不成板體、要么板體性很差，而公路工程的路基和路堤中不含有任何其他管線，施工過程中可以全部采用機(jī)械化進(jìn)行施工，經(jīng)過養(yǎng)生后的路堤、路基和路面基層的板體性和整體性都非常好，良好的板體性能夠很好地防止路面因不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。道路的不均勻沉降是永遠(yuǎn)存在的，而整體沉降是相對(duì)的，因?yàn)檐浲恋貐^(qū)的軟土層厚度在各個(gè)部位都是不同的，所產(chǎn)生的沉降量也是不同的，有路的地方就會(huì)有許多橋涵相伴，而橋涵的基礎(chǔ)產(chǎn)生的沉降量都很小，道路的基礎(chǔ)產(chǎn)生的沉降量都很大，現(xiàn)在道路工程中普遍存在的跳車現(xiàn)象，就是由于這種路橋沉降不匹配現(xiàn)象引起的，這就使路基不可能產(chǎn)生均勻沉降。

3 水對(duì)軟土地區(qū)路基沉降過大的影響

工程實(shí)踐表明:給道路路基的施工、運(yùn)行與維護(hù)造成危害的諸多因素中，影響最大、最持久的是地下水。軟土地基一般由淤泥、淤泥質(zhì)土、飽和性粘土、低滲透性粘土、粉土和流砂等組成，軟土在干燥的條件下地基承載力往往很高，一旦含水量達(dá)到一定的指標(biāo)后地基的承載力會(huì)急劇下降，表現(xiàn)出一定的彈性和較大的流動(dòng)性，由固體狀態(tài)變?yōu)榘胍后w狀態(tài)，軟土地基的沉降與水的關(guān)系可以說非常之密切。水與土體相互作用，可以使土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，致使道路路基或地下構(gòu)筑物周圍土體軟化，并可能產(chǎn)生滑坡、沉陷、潛蝕、管涌、凍脹、翻漿等事故。因此市政公用工程，特別是城鎮(zhèn)道路的安全運(yùn)行必須考慮沿線地下水的類型、埋藏條件及活動(dòng)規(guī)律，以便采取措施保證工程安全。地下水位和地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其他形式的水文地質(zhì)因素對(duì)路基或其他構(gòu)筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定性有影響，也是影響主體結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)行安全的重要因素，需要在工程建設(shè)和維護(hù)運(yùn)行中采取必要措施。

軟土地基多數(shù)由水流沖刷或水中的懸浮物質(zhì)沉淀后所形成的，形成時(shí)間一般較短，還沒有脫水形成次生巖類，有些含有大量的生物和微生物殘?bào)w，有些形成了泥煤，有些形成了類似天然氣。在軟土地區(qū)基礎(chǔ)打樁施工時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到地基中大大小小的“氣囊”，打預(yù)制鋼筋混凝土管樁時(shí)會(huì)從中間的圓孔中冒出大量的“白煙”，打鉆孔灌注樁時(shí)會(huì)在泥漿中冒出大量的氣泡，在杭州灣跨海大橋的樁基施工時(shí)遇到了一個(gè)很大的地下“包氣帶”，工程技術(shù)人員花了很多的人力和物力把“包氣帶”中的氣體全部放完后，才能繼續(xù)施工。在寧波人們發(fā)現(xiàn)了大量的“泥煤”埋藏在軟土中，這種“泥煤”外表看上去與普通的海涂軟粘土沒什么差別，但將其曬干后可以作為燃料使用。

市政道路和公路在施工后由于車輛荷載等的壓力作用使水從土體中流失，生物和微生物殘?bào)w分解后形成氣體離開土體，都會(huì)使土體的體積減少，路基的承載力降低，從而使路面產(chǎn)生開裂。有些飽和性軟土在靜止時(shí)表現(xiàn)出地基的承載力尚可，一旦受到車輛等反復(fù)荷載的作用就表現(xiàn)出較強(qiáng)的流動(dòng)性，土體向路基兩側(cè)流動(dòng)，路基兩側(cè)土體隆起，路面出現(xiàn)嚴(yán)重沉陷，路面在沉陷過程中出現(xiàn)嚴(yán)重開裂，這種現(xiàn)象是在近幾年某高速公路上被首次發(fā)現(xiàn)的，出現(xiàn)這種現(xiàn)象后要么廢棄這條道路，要么花比修建這條道路還高的費(fèi)用來做旋噴樁和高反壓路基來阻止路基底部的土體流失。

鋼管灌注樁在軟土地區(qū)使用是非常高效、快速和經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的樁基施工方法，然而，這種施工方法在杭州市沿錢塘江的一些粉砂土地區(qū)卻遇到了很大的麻煩，甚至不能使用鋼管灌注樁在這類地區(qū)施工。原因是:有一家施工單位在該地區(qū)進(jìn)行鋼管灌注樁施工，在進(jìn)行樁基檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)樁基的承載力很低，好像樁基根本就不存在，施工單位完全是按照規(guī)范規(guī)定施工的，施工工藝和過程不存在任何問題，那么鋼筋混凝土灌注樁跑到哪里去了。大家把樁基挖開后才發(fā)現(xiàn)，只有上部一小段成樁了，其余部分成了一團(tuán)散沙，后來分析鋼管灌注樁在施工過程中是靠振動(dòng)來沉管和振實(shí)樁體混凝土的，正是這么多次的振動(dòng)使樁體周圍的土體由固體狀態(tài)變成了流體狀態(tài)，將樁體混凝土在未凝固前就“溶解”在水和粉砂土的混合物中了，因此我們應(yīng)該盡量避免在該類地區(qū)使用鋼管灌注樁。其實(shí)這種現(xiàn)象在我們的日常生活中普遍存在，當(dāng)我們陷入沼澤或海涂中的泥潭時(shí)，應(yīng)該盡量使身體接觸地面的面積增大并大聲呼喊等待救援，而不能自己拼命地掙扎試圖擺脫出來，那樣只能越陷越深，我們?cè)趻暝鷷r(shí)相當(dāng)于對(duì)土體進(jìn)行了擾動(dòng)，使土體表現(xiàn)出了液態(tài)的特性，我們的身體就會(huì)沉入到“水”底。在大型車輛經(jīng)過時(shí)我們會(huì)感覺到路面在顫抖，這種顫抖就是車輛荷載對(duì)路基下土體的反復(fù)擾動(dòng)。

4 防止道路通車后沉降量過大的方法

軟土地區(qū)多數(shù)都在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)條件好，所修建的道路由于投入大，等級(jí)也很高，同時(shí)這些地區(qū)的園林綠化工程搞的也非常好，無論是高速公路還是市政道路都要在路中間和道路兩側(cè)設(shè)置綠化帶，來美化環(huán)境、凈化空氣、防止噪聲，將道路掩映在綠地當(dāng)中，一條道路修好后往往不能立即投入使用，一般都要等到綠化工程竣工后才能正式交付使用。市政道路工程由于在市區(qū)范圍內(nèi)，道路兩側(cè)的綠化檔次要求更高，往往與公園綠地、居住區(qū)綠地、風(fēng)景區(qū)綠地等景觀綠地相結(jié)合，在風(fēng)格上相統(tǒng)一。園林綠化工程中所用的苗木的原始生境大多都在山上，因此，都比較怕水，而苗木的生長(zhǎng)又離不開水。在市政道路的所有病害中大多數(shù)與水有關(guān)，可以說水是形成市政道路病害的主要因素，所以在傳統(tǒng)的市政道路施工中必須設(shè)置排水系統(tǒng)，要么在道路中設(shè)置雨污水管、雨污水井進(jìn)行排水，要么在道路兩側(cè)設(shè)置排水溝進(jìn)行排水，使水迅速排出道路，以使道路保持干燥，避免因水量過大引起道路病害。以前我們?cè)谑姓缆饭こ淌┕r(shí)只考慮排除路面范圍內(nèi)的降雨量的水量，不考慮路中綠地和道路兩側(cè)綠地的降雨量所產(chǎn)生的水量，實(shí)際上路中綠地和道路兩側(cè)綠地的降雨量所產(chǎn)生的水量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路面范圍內(nèi)降雨量的水量，所以市政道路工程中的一套排水系統(tǒng)很難將這兩部分水及時(shí)排走，部分沒有及時(shí)排走的水會(huì)滲透到路基和道路基層中，形成水浸路基，從而使道路產(chǎn)生很多病害。根據(jù)對(duì)近幾年來的一些軟土地區(qū)的道路后期病害的成因的統(tǒng)計(jì)和分析，我們發(fā)現(xiàn)上述原因引起的水浸路基是使軟土地區(qū)道路工程后期沉降量過大的主要影響因素。

道路沿線地表水積水及排泄方式，臨近的河道洪水位和常水位的變化，也會(huì)給路基帶來滑坡、沉陷、凍脹、翻漿等危害。為防止水流等因素對(duì)路堤或路塹邊坡的危害，保證路基邊坡的穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w條件和工作特點(diǎn)，分別采取防護(hù)與加固措施，并應(yīng)考慮與當(dāng)?shù)丨h(huán)境協(xié)調(diào)，注意街道美觀。為了解決道路工程與綠化工程之間的這個(gè)關(guān)于“水”的問題，并且能夠很好地控制軟土地區(qū)道路工程后期的沉降量，我們經(jīng)過多次組織試驗(yàn)和攻關(guān)，創(chuàng)造性地將道路工程排水、反壓路基、綠化工程結(jié)合起來并進(jìn)行充分地優(yōu)化，創(chuàng)造出了一種全新的軟土地區(qū)道路工程和道路綠化工程的施工方法，這種方法經(jīng)過近十年的時(shí)間檢驗(yàn)，其對(duì)軟土地區(qū)道路工程后期的沉降量控制非常有效，并且比傳統(tǒng)的施工方法更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保。

我們?cè)谑┕で熬蛯⒌缆饭こ?、反壓路基、道路工程的排水、綠化工程的排水、道路綠化工程統(tǒng)籌考慮，道路工程的路基、路面還是按照傳統(tǒng)的做法進(jìn)行施工，只是將道路工程中的雨水排水管的管徑增大，并增加中間綠化帶兩側(cè)的進(jìn)水井和兩側(cè)綠化帶靠近路邊一側(cè)的雨水進(jìn)水井。高速公路及無雨水排水系統(tǒng)的市政道路則將道路兩側(cè)的排水溝改為設(shè)置在綠地內(nèi)的無滲漏的暗溝與綠地外側(cè)排水明溝或排水管相結(jié)合的排水系統(tǒng)。這種排水系統(tǒng)的具體做法是，將道路施工時(shí)清理表土和換土?xí)r挖出的土方平鋪在道路兩側(cè)的綠地內(nèi)作為綠地內(nèi)的種植土和地形造型用土，在砌筑道路兩側(cè)的擋土墻距離墻頂50 cm～100 cm時(shí)將膨潤(rùn)土防水毯預(yù)埋在擋土墻和路基、路面基層中，并使膨潤(rùn)土防水毯的側(cè)邊達(dá)到擋土墻壓頂?shù)奈恢?，在道路工程完工后進(jìn)行綠化工程地形造型施工時(shí)，將擋土墻外側(cè)綠地內(nèi)按設(shè)計(jì)要求的橫坡、縱坡及深度挖土溝，然后將之前預(yù)留的膨潤(rùn)土防水毯鋪在土溝里，膨潤(rùn)土防水毯的另一邊平埋在種植土中并向外延伸30 cm，在溝底填20 cm～30 cm厚的陶粒、卵石等排水材料，在排水材料上覆蓋一層土工布，在土工布上鋪種植土并種植一些低矮的不需要修剪的草坪，溝底草坪低于路面30 cm～50 cm，這樣在水量大時(shí)就可以形成明溝排水，在水量小時(shí)就可以形成暗溝排水。在綠地內(nèi)進(jìn)行地形造型的同時(shí)在排水盲溝內(nèi)每隔40 m左右砌筑一座雨水進(jìn)水井，并且在綠化造型用土中埋設(shè)一根φ200～φ300的雨水排水管，同時(shí)修筑綠化帶外側(cè)的排水明溝、或者鋪設(shè)用雨污水管、修筑雨污水井等排水系統(tǒng)，雨水排水管將綠化帶內(nèi)側(cè)的排水盲溝與綠化帶外側(cè)的排水明溝或排水管連接起來，綠化帶外側(cè)的排水明溝或排水管與附近的河流或雨水排水系統(tǒng)相連形成一個(gè)雨水排水系統(tǒng)。

在進(jìn)行道路兩側(cè)的綠化種植土造型時(shí)，首先將綠地內(nèi)的表層耕作土剝開30 cm左右并堆放在合適的位置，等到地形造型造好后將其覆蓋在地形的表面作為種植土使用既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，然后，用塊石、片石或大粒徑的塘渣做一個(gè)厚50 cm左右的排水墊層，再用細(xì)塘渣做一個(gè)10 cm左右的過渡層，壓實(shí)后用土工布覆蓋，在土工布上回填地形造型用土并按要求進(jìn)行地形造型。將綠地內(nèi)的種植土地形做成兩面坡的屋脊形，并且靠近道路的一側(cè)坡度長(zhǎng)一些，另一側(cè)坡度短一些，坡度的最高處應(yīng)高于路面1 m以上，以利于雨水能夠迅速匯集到內(nèi)側(cè)的排水盲溝和外側(cè)的明溝中，景觀效果也會(huì)很好，只是所耗用的地形造型用的土方量大了些。目前在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)由于地下停車場(chǎng)的開挖和道路工程換土所挖出來的土方無處堆放已經(jīng)達(dá)到了成災(zāi)的程度了，政府部門不得不成立一個(gè)“渣土辦公室”來綜合協(xié)調(diào)處理廢土問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)挖填1 m3的土方大約需要10元，而外運(yùn)處理1 m3的土方大約需要50元，大約相當(dāng)于回填1 m3塘渣的價(jià)錢，而渣土作為綠化地形造型用土是完全可以的，只是不能作為綠化種植土使用。軟粘土一般都有一個(gè)透水性較差的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)對(duì)于作為路基土來說是一個(gè)缺點(diǎn)，但是，作為綠化地形造型兼反壓路基的填充用土是非常合適的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠涞蜐B透性可以阻斷地表水向路基滲透，我們?cè)谄湎虏坑衷O(shè)置了排水墊層使地基中的水在壓力的作用下不斷上升到排水墊層中，從而排出土體，上面的水又不能滲透補(bǔ)充到下部的土體中，使下部土體因不斷疏干而固結(jié)，由軟土變成堅(jiān)硬的土體。政府部門所設(shè)置的土方棄土場(chǎng)一般都在遠(yuǎn)離城市的偏遠(yuǎn)地區(qū)，土方處理車隊(duì)為了節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)和渣土處理費(fèi)非常愿意將土方傾倒在新建道路的兩側(cè)，并用挖掘機(jī)按照道路綠化施工單位的要求進(jìn)行地形造型，不收取任何費(fèi)用。

5 傳統(tǒng)的軟土地基處理方法

傳統(tǒng)的軟土地基處理方法有數(shù)十種，常用的處理方法有表層處理法、換填法、重壓法、垂直排水固結(jié)法等;具體可采取置換土、拋石擠淤、砂墊層置換、反壓護(hù)道、砂樁、粉噴樁、塑料排水板及土工織物等處理措施;新建道路軟基處理采用換填、擠壓、攪拌樁、旋噴樁、袋裝砂井+超載預(yù)壓、排水固結(jié)、吹填砂、超載預(yù)壓、真空排水、真空預(yù)壓、二灰復(fù)合加強(qiáng)處理、強(qiáng)夯、鋼渣或碎石處理、摻灰、翻曬、拋石擠淤、置換填土、反壓護(hù)道、砂墊、柴(木)梢排、袋裝砂井、墊隔土工布、墊隔、覆蓋土工布、塑料排水板、水泥粉噴樁、粉煤灰路堤、粉煤灰間隔土路堤、砂墊層等處理措施。除選擇就地處理方法時(shí)應(yīng)滿足安全可靠的要求外，還應(yīng)綜合考慮工程造價(jià)、施工技術(shù)和工期等因素，選擇一種或數(shù)種方法綜合應(yīng)用。

6 結(jié)語

我們的這種“綠化與反壓路基相結(jié)合”的軟土路基處理方法，是在處理某高速公路通車后路基沉降量過大，不得不毀壞道路兩側(cè)的綠化帶和排水系統(tǒng)，施作旋噴樁和反壓路基后，又恢復(fù)道路兩側(cè)的綠化帶和排水系統(tǒng)，總結(jié)了這起工程事故的經(jīng)驗(yàn)，并借鑒了2008年北京奧運(yùn)會(huì)在修筑道路的同時(shí)處理了首鋼的鋼渣山的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況創(chuàng)造了這種施工方法。這種方法從以下幾個(gè)方面來防止軟土地區(qū)產(chǎn)生沉降:有一個(gè)強(qiáng)大的排水系統(tǒng)及時(shí)地排除了地面水，避免了地表水滲透到路基;形成了一個(gè)強(qiáng)有力的反壓路基，在增加了地基的受力面積的同時(shí)使地基土達(dá)到了力學(xué)平衡;形成了路基外側(cè)的地基疏干系統(tǒng)，疏干了路基外側(cè)的土體，提高了路基外側(cè)土體的承載力;由于樹木根系之間的連接作用，提高了路基外側(cè)土體的結(jié)構(gòu)力，使其整體性更強(qiáng)。

［1］ 全國(guó)一級(jí)注冊(cè)建造師繼續(xù)教育培訓(xùn)教材編寫委員會(huì)，全國(guó)一級(jí)注冊(cè)建造師繼續(xù)教育必修課教材:市政公用工程建筑工程(適用于1、2級(jí))［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］ 張國(guó)棟，陳 萍.市政工程［M］.天津:天津大學(xué)出版社，2012.

［3］ 龔曉南.地基處理手冊(cè)［M］.第3版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［4］ 陳 重.全國(guó)一級(jí)建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

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