淺析我國道路軟土路基特征及處理措施

殷棟

摘要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通運輸行業(yè)發(fā)展迅速，急需加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，尤其是超載車輛的大量出現(xiàn)，路基病害層出不窮，特別是軟土地區(qū)，由于軟土難以壓實、水穩(wěn)定性差、易沖刷、強度低，導(dǎo)致路基路面病害更加嚴重，這些病害的出現(xiàn)嚴重影響了公路、鐵路等設(shè)施的使用性能和使用壽命。因此，研究如何處理軟土路基和防治路基病害非常重要。

關(guān)鍵詞：道路施工；軟土路基；處理措施

軟土路基的評價及特征

軟土是指湖沼、濱海、谷地、濕地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。具有孔隙比大、含水量高、壓縮性強、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時間長、抗剪強度弱、靈敏性強、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點。主要包括沖填土，雜填土，淤泥質(zhì)土以及其他高壓縮性土等。

由于軟土的特殊性，常規(guī)的鉆探取樣方法往往很難保證其質(zhì)量，因此原位測試技術(shù)得到了迅速發(fā)展，特別是高速公路這種范圍廣的工程，原位測試技術(shù)具有范圍廣、經(jīng)濟的特點。目前經(jīng)常采用的原位測試技術(shù)有十字板剪切試驗、靜力觸探試驗、標準貫入試驗等。近年來，一種新的原位測試手段-孔壓靜力觸探試驗（CPTU）得到了廣泛的應(yīng)用，并有很好的推廣前景。適用土的類型為地下水位以下的各種軟土及非密實性砂、黃土、素填土等。

一、針對市政道路軟土路基表層施工處理方法

1.1表層排水法。如果軟土路基含水量較大然而土質(zhì)卻較好，可以采用表層排水法處理。在道路路基填筑前，在地表開挖溝槽，排除地表水以降低地基表層的含水量，為了使溝槽在施工中發(fā)揮盲溝作用，可以使用透水性良好的砂礫回填。

1.2 砂墊層法。對于軟土路基層厚較薄，而且含水量較高時，可以采用砂墊層法排水固結(jié)軟土路基，而且砂墊層會起到地下排水層的作用，以降低填土的內(nèi)部水位改善施工機械的作業(yè)條件。砂墊層用砂一般采用中砂及粗砂，含泥量不宜超過3%～5%。通常情況下，為了保證施工機械的通行，砂墊層一般結(jié)合表層排水以及敷墊材料使用，此方法我們在施工經(jīng)常運用。

1.3鋪墊材料法。在軟土路基表層鋪設(shè)一層或多層土工織物，由于土工織物具有整體連續(xù)性好，抗拉強度較高，耐腐蝕以及施工便利的優(yōu)點。鋪墊材料法減少路堤填筑后的路基不均勻沉降，同時可以提高路基承載能力。鋪墊材料一般采用編織土工布和土工格柵等，將其鋪設(shè)于軟土路基表面，同時可以起到反濾、排水、隔離和補強的作用。

1.4 添加劑法。軟土路基的表層為粘性土?xí)r，可以采用在表層粘性土內(nèi)摻入添加劑，改善地基的壓縮性能和強度特性。使用較多的添加劑是生石灰，熟石灰和水泥。為了加快路基施工進度，我們對路基土中添加生石灰，改善了土的特性，保證了工程質(zhì)量。

二、對市政道路軟土路基深層處置方法

2.l樁基法。當(dāng)淤土層較厚，難以大面積進行深處理，可采用打樁的辦法進行加固處理。當(dāng)淤土層厚度小于5m時，宜打砂樁或石灰樁，通過吸水和排水來擠密淤土，使其孔隙比小于1，以達到一般地基要求；當(dāng)淤土層厚度在5～7m時，宜打預(yù)制管樁至硬土層，設(shè)承載樁臺；當(dāng)淤土層厚度在7～10m時，宜打灌注樁至硬土層，設(shè)承載樁臺；當(dāng)淤土層厚度在10m以上時，宜采用打懸浮樁的辦法，擠密淤土層并靠摩擦承載。而樁基礎(chǔ)處理軟基的方法繁多，但也存在缺陷：一是水泥土攬拌樁水灰比、輸漿量和攪拌次數(shù)等控制管理自動化系統(tǒng)未健全，設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，存在攪拌均勻性差及成樁質(zhì)量不穩(wěn)定問題；二是砂石樁用以加固較深淤泥軟土地基，由于存在工期長，工后變形大等問題，已不再用作對變形有要求的建筑地基處理。

2.2排水固結(jié)法。排水固結(jié)法，適用于淤泥質(zhì)土、淤泥、沖填土等飽和勃性土地基。飽和軟勃±在荷裁作用下，孔隙中水漫匿被排出，土的孔隙比減小，隨著超靜孔隙水壓力消散，有效應(yīng)力提高，土的強度增加。袋裝砂井和塑料排水帶的長細比大，井阻影響得到入們的重視。

2. 3真空預(yù)壓法。真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基內(nèi)設(shè)置砂井或塑料排水板，然后在地面鋪設(shè)砂墊層，其上覆蓋不透氣的密封膜使其與大氣隔絕，通過埋設(shè)于砂墊層中的吸水管道，用真空裝置進行抽氣，將膜內(nèi)空氣排出，因而在膜內(nèi)外產(chǎn)生氣壓差，氣壓差即轉(zhuǎn)變成作用于地基上的荷載，地基不會產(chǎn)生剪切破壞，這對軟土地基是有利的。該方法不需要堆載，省去了加載和卸荷工序，縮短了預(yù)壓時間，省去了大量堆載材料，所使用的設(shè)備及施工工藝均比較簡單，無需大量的大型設(shè)備，便于大面積施工。

2.4深層攪拌法。深層攪拌法是通過特制機械沿深度將固化劑與地基士強制攪拌就地成樁加固地基的方法，當(dāng)固化劑（水泥或石灰）為粉體時又稱為粉體噴射攪拌法。深層攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土和含水量較高的地基及承載力特征值不大于120kPa的粘性土、粉土等軟土地基。該法目前在國外特別是日本和美國應(yīng)用很廣，國內(nèi)近些年發(fā)展較快。

2.5高壓噴射注漿法。高壓噴射注漿法是將帶有特殊噴嘴的注漿管置于土層預(yù)定深度，以高壓噴射流使固化漿液與士體混合，凝固硬化加固地基土體的方法。它適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。高壓噴射注漿法在意大利、日本和聯(lián)邦德國得到較快的發(fā)展，意大利Radio公司還開發(fā)了可同時在鉆進中檢測地層土質(zhì)、機器控制和自動調(diào)節(jié)設(shè)計漿量并收集反饋信息的機械，國內(nèi)也很重視并已進行過一些探索性試驗.

2.6加筋地基

土工合成材料（Geosynthetics）是一種新型的巖土工程材料，是巖土工程應(yīng)用的合成材料產(chǎn)品的總稱。加筋地基是將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后逐層鋪設(shè)土工合成材料與砂石等組成的加筋墊層來做地基持力層。當(dāng)埋設(shè)方式和數(shù)量得當(dāng)時，就可以極大地改善地基承載力。土工合成材料的應(yīng)用被稱為巖土工程革命，土工合成材料進一步發(fā)展勢必促進地基處理新技術(shù)的發(fā)展。例如用二維土工網(wǎng)格加植被加固邊坡是近年發(fā)展的新方法。

結(jié)語

三、開挖換填法

即在一定范圍內(nèi)，將軟土挖除，用無侵蝕作用的低壓縮散粒體材料置換，然后分層夯實。按軟土層的分布形態(tài)與開挖部位可分為全面開挖換填和局部開挖換填兩種。

3.1強制換填法

按施工方法分為路堤載荷強制換填和爆破換填法兩種。

（1）路堤強制換填法：強制換填法就是依靠路堤載荷將部分軟土層強制擠出，用良好的填筑材料置換。施工時，應(yīng)從中線起逐漸向外側(cè)填筑，但是，對于寬路堤，由于沉降不一致，從而在路堤下面殘留部分軟土，工后會發(fā)生不利的不均勻沉降，應(yīng)引起注意。

（2）爆破換填法：種方法就是把炸藥裝入軟土層，通過爆破作用將軟土擠出的方法。這種方法對周圍影響很大，只限于爆破對周圍構(gòu)造物或設(shè)施沒有不良影響的地區(qū)使用。并且一般要通過幾次爆破使路堤逐漸下沉，兩側(cè)擠出隆起的軟土要及時挖除保證爆破效果不致降低。

四、強夯法

4.1強夯發(fā)法原理

自20世紀70年代初法國人L·梅納首次提出采用強夯法加固填土地基以來，該項技術(shù)已在世界各地廣泛應(yīng)用于碎石土、砂土、黃土、填土和非飽和粘性土等的地基加固中。所謂強夯法，就是將數(shù)噸至數(shù)十噸的重錘從高處自由落下，對軟土地基進行強力夯實，以提高其強度。用強夯法加固的土基，承載力會明顯提高，沉降量也會降低。其原理在于：在強夯過程中，土體中微小氣泡的體積壓縮，土的孔隙減小，土體局部液化，土的結(jié)構(gòu)破壞并且強度下降到最低位。隨之在夯擊點周圍出現(xiàn)徑向裂隙，形成樹枝狀的排水網(wǎng)絡(luò)，使土體滲透性大大增加，孔隙水得以順利溢出，加速了土體的固結(jié)。繼而因粘性土的觸變性，使土基的強度得到恢復(fù)和增強。

4.2施工要求

（1）一般情況夯錘重可取10～20t。其底面形式宜采用圓形。錘底面積按土的性質(zhì)確定，錘底靜壓力值可取25～40KPa，對于細顆粒土錘底靜壓力宜取小值。錘的底面宜對稱設(shè)若干個與其頂面貫通的排氣孔，孔徑可取250～300mm。

（2）機或其它專用設(shè)備。采用履帶式起重機時，可在臂桿端部設(shè)置輔助門架，或采取其它安全措施，防止落錘時機架傾覆。

（3）當(dāng)?shù)叵滤惠^高，夯坑底積水影響施工時，宜采用人工降低地下水位或鋪填一定厚度的松散性材料。夯坑內(nèi)或場地積水應(yīng)及時排除。

（4）強夯施工前，應(yīng)查明地內(nèi)范圍的地下構(gòu)筑物和各種地下管線的位置及標高等，并采取必要的措施，以免因強夯施工而造成破壞。

（5）當(dāng)強夯施工所產(chǎn)生的振動，對鄰近建筑物或設(shè)備生產(chǎn)生有害的影響時，應(yīng)采取防振或隔振措施。

（6）強夯施工可按下列步驟進行：

A 清理并平整施工場地；

B 標出第一遍夯點位置，并測量場地高程；

C 起重機就位，使夯錘對準夯點位置；

D 測量夯前錘頂高程；

E 將夯錘起吊到預(yù)定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程，若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘斜時，應(yīng)及時將坑底整平。

F 按設(shè)計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準，完成一個夯點的夯擊；重復(fù)步驟C至F，完成第一遍全部夯點的夯擊；

3、路基工程實例

某公路改建工程，樁號為K2+23～K5+73，全長3.5km。水泥混凝土路面，路基寬度23m，雙向4車道，荷載等級為公路一級。此次改建工程的地基由于軟弱土厚度較大，土質(zhì)軟弱，埋深淺，承載能力和抗剪能力相對薄弱，容易觸變，對上面公路的沉降及穩(wěn)定性影響較大，需進行軟基處理。K2+34～K3+77段的地基，為由淤泥質(zhì)亞粘土組成的軟土段，埋深2～5m，軟土層厚6～10m。參考《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTGD30-2004），軟土地基處理設(shè)計包括沉降處治設(shè)計和穩(wěn)定處治設(shè)計，穩(wěn)定安全系數(shù)的計算采用固結(jié)有效應(yīng)力法，當(dāng)不考慮固結(jié)時，穩(wěn)定安全系數(shù)取值不能小于1.2，一般路段容許工后沉降不能超過0.3m。具體對于本工程，大部分的路段地基為淤泥質(zhì)亞粘土，路堤填土高度均不大于5.5m，軟弱土層厚，土質(zhì)較弱，沉降較大。根據(jù)以往經(jīng)驗，參考相關(guān)類似工程，本工程采用袋裝沙井法進行軟基處理。袋裝沙井法具有理論成熟，施工簡易，造價低廉，質(zhì)量容易被控制等優(yōu)點。

K2+34～K3+77段相關(guān)數(shù)據(jù)如下：路堤頂部設(shè)計寬度23.00，路堤設(shè)計高度3.75m，路堤邊坡坡度為1：1.5，地基土層數(shù)為3層，砂墊層厚度為0.4m，豎向排水體半徑0.035m，間距1米，豎向排水體的長度為11m。工后沉降基準期為334天，其中路基施工期為183天，路基預(yù)壓期為122天。采用經(jīng)驗系數(shù)法進行沉降計算，e-P曲線法進行主固結(jié)沉降計算，按多層土實際容重進行基底應(yīng)力計算，在計算沉降時，要考慮彌補地基沉降引起的路堤增高。在進行穩(wěn)定計算時，采用固結(jié)有效應(yīng)力法，同時考慮超載和地震力的影響。其中地震烈度為7度，重要系數(shù)為1.0，綜合系數(shù)為0.25。

沉降計算部分：考慮地基沉降的影響，路堤的計算高度為4.021m，公路竣工時，地基的沉降量為0.512m，工后沉降基準期結(jié)束時，地基的沉降量為0.621m。公路竣工后，基準期內(nèi)的殘余沉降為0.101m。故總的沉降為1.2×0.723=0.868m。

如若采用粉噴樁進行軟基加固，擬采用直徑為0.5m 的粉噴樁，樁距1.2m，梅花形布置。

單樁承載力計算：混凝土單樁承載力取分別按樁材強度和樁側(cè)摩阻力計算的較小者。

雖然兩種方案，都可以達到提高地基土的承載力，減小沉降的要求，但是對這兩者的造價進行比較，采用袋裝沙井法時，總造價為98.34萬，采用粉噴樁時，總造價為177.65萬。顯然，無論是從地基處理效果還是從造價上比較，袋裝沙井的處理方案都是優(yōu)于粉噴樁處理方案。

五、結(jié)語

通過以上分析，可見軟土路基處理方法有多種，因此在施工中要根據(jù)路基地基的實際情況，選擇合理的處理方法，不僅提高軟土路基的質(zhì)量，增加承載力和穩(wěn)定性，還可以加快施工工期，取得良好的經(jīng)濟效益。同時，使用強夯法進行軟土地基處理也是比較常見的做法，而且強夯法施工較為方便。總之，軟土路基處理因素復(fù)雜，需進一步探討更完善更好的處理方法。

綜上所述的一些加固處理措施，就是為了增加地基承載力，提高地基強度，減小地基沉降量，使過往車輛及司乘人員能安全、快速、舒適地行駛在公路上。但是，在實際工程中應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟、水文、地質(zhì)、材料、機械設(shè)備能力等各方面因素，選取最為經(jīng)濟合理的軟土地基處理方案。

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