常見軟基處理方法在河北省高速公路建設(shè)中的應(yīng)用

曹正波，王曉明

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，河北 石家莊 050000）

0 引言

受益近十幾年國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施投資的高速增長(zhǎng)，我國(guó)高速公路建設(shè)經(jīng)歷了一個(gè)前所未有的飛速發(fā)展時(shí)期，截至2013 年底我國(guó)高速公路通車總里程已突破10萬(wàn)km，是15年前的12倍。

縱觀國(guó)家路網(wǎng)，最密集的地區(qū)當(dāng)屬東部沿海地區(qū)，尤以京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角這三個(gè)地區(qū)為甚。這三個(gè)地區(qū)均廣泛分布著軟土，長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)多海相沉積地層，軟土厚度大；京津冀東南部平原區(qū)以沖洪積、湖積地層為主，東部濱海區(qū)以海相沉積及沖洪積地層為主。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，工后沉降一直是高速公路建設(shè)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題。軟土地基物理力學(xué)性質(zhì)的差異、分布結(jié)構(gòu)的不同、處理方式的區(qū)別以及施工質(zhì)量的好壞，都對(duì)工后沉降有著至關(guān)重要的影響，而路基的工后沉降恰恰直接關(guān)系到人們的行車體驗(yàn)?zāi)酥涟踩?，是評(píng)價(jià)高速公路質(zhì)量的關(guān)鍵。

本文針對(duì)河北地區(qū)巖土工程特點(diǎn)，以邢衡高速公路衡水段為例，結(jié)合多條高速公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)換填法、排水固結(jié)法、復(fù)合地基法、強(qiáng)夯（置換）法等常見高速公路軟土地基處理方法，在方案選擇及應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)分析總結(jié)。

1 軟土的特征

軟土是指以靜水或緩慢流水環(huán)境中沉積的飽和軟弱黏性土或淤泥為主的土體，一般呈軟塑～流塑狀態(tài)，具有高壓縮性、強(qiáng)度低、透水性差、靈敏度高等特點(diǎn)，其物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 軟土軟弱土判別指標(biāo)

在河北地區(qū)，尤其是在唐山、秦皇島、廊坊、滄州、衡水等東部地區(qū)，除軟土外，更廣泛分布著一種工程性質(zhì)較差的土體，它的各項(xiàng)指標(biāo)比軟土指標(biāo)稍好（見表1），但比正常土的各項(xiàng)指標(biāo)又要差很多，由于分布廣且具有很強(qiáng)的工程意義，在河北省被定義為軟弱土，并已收錄在“河北省高速公路勘察設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化指南”作為地方性標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2 常見軟土處理方法

軟土地基處理方法按加固機(jī)理主要分為換土墊層法、深層密實(shí)法（強(qiáng)夯法、擠密法）、排水固結(jié)法、膠結(jié)法（注漿法、水泥土攪拌樁法）等。

這些方法從本質(zhì)來(lái)說(shuō)可歸為三類，第一類是置換，即用好的材料換掉差土層，如換填法、CFG樁法等；第二類是原土的改良，即在不加入其他材料的情況下，追密土體，以提高其物理力學(xué)指標(biāo)，如固結(jié)法、強(qiáng)夯法；最后一類是通過(guò)外加劑對(duì)土體進(jìn)行改良，如水泥土攪拌樁法、高壓旋噴法等。

現(xiàn)在常用的各種方法無(wú)外乎上述三類之一或其組合。在河北省高速公路項(xiàng)目中，最常用的是換填法、排水固結(jié)法、復(fù)合地基法和強(qiáng)夯（置換）法。

3 實(shí)例分析

對(duì)于地基處理設(shè)計(jì)，方案選擇是根本，質(zhì)量控制是關(guān)鍵，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是靈魂。

在選擇處理方案時(shí)，應(yīng)本著因地治宜的原則，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按不同路段的不同控制指標(biāo)，從預(yù)期效果、材料來(lái)源、施工進(jìn)度、質(zhì)量控制以及對(duì)環(huán)境的影響等各方面綜合考慮，對(duì)各種有效可行的處理方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比選，從中選擇最優(yōu)方案或組合。

地基處理設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循設(shè)計(jì)方案整體性、針對(duì)性、連貫性的理念，使各處理方案選擇合理，銜接順暢；遵循加強(qiáng)觀測(cè)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的理念，以觀測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，適時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；遵循少加固，多預(yù)壓的理念，優(yōu)化施工組織，合理利用工期。

下面以邢衡高速公路衡水段地基處理為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明處理方案選擇的過(guò)程及應(yīng)注意的問(wèn)題。

3.1 邢衡高速地質(zhì)情況簡(jiǎn)介

邢衡高速公路衡水段，地處河北省南部衡水境內(nèi)，衡水市地處滹沱河古沖洪積扇及其與滏陽(yáng)河沉積的交錯(cuò)地帶，古黃河、古漳河長(zhǎng)期泛濫淤積而形成的堆積平原區(qū)，局部有坑塘。

項(xiàng)目主線全長(zhǎng)53.532km，其中橋梁總長(zhǎng)9.131m，路基段長(zhǎng)44.4km，全線路基連續(xù)分布有厚度不等的軟土、軟弱土，其頂面埋深一般在0～5m。軟土層的天然含水量ω在33.5%～53.5%之間，孔隙比e在0.916～1.604 之間，液性指數(shù)IL在0.51～1.55之間，壓縮指數(shù)a1-2在0.56～1.10MPa-1之間，壓縮模量Es在2.2～5.3MPa之間，標(biāo)貫擊數(shù)N在2～5擊之間。

3.2 方案初選

初步計(jì)算，場(chǎng)地若不處理，總沉降量一般在40～90cm 之間，工后沉降量為20～45cm，按1.3 倍的沉降修正系數(shù)計(jì)算，工后沉降量，絕大部分路段高于30cm，不滿足橋頭路段（10cm）、整體式基礎(chǔ)（20cm）以及普通路基段（30cm）的沉降控制要求，故應(yīng)進(jìn)行地基處理。

根據(jù)前述地質(zhì)情況，初步判斷全線均可采用復(fù)合地基或固結(jié)法處理，淺層換填及強(qiáng)夯法需視具體地質(zhì)情況及施工環(huán)境而定。結(jié)合工期，經(jīng)試算，固結(jié)方案在一般路段可行，但橋頭及高填路段由于施工組織及工期問(wèn)題不太適宜。部分典型斷面結(jié)果見表2。

再綜合經(jīng)濟(jì)性，得出本項(xiàng)目可主要采用固結(jié)方案，輔以復(fù)合地基處理橋頭及高填路段的設(shè)計(jì)思路。

表2 部分典型斷面計(jì)算成果表

3.3 地質(zhì)類型劃分

基于上述初步分析結(jié)果，根據(jù)各地基處理方法的適用性對(duì)地勘資料進(jìn)一步分析、整理。按照軟土的埋深、厚度以及軟土與透水性（或相對(duì)透水性）土層（粉土、砂土）的分布關(guān)系等將全線軟土地基分為以下四種類型，見圖1～4。

圖1 厚層軟土（a型）

圖2 地表出露的薄層軟土（b型）

圖3 與透水層接觸的薄層軟土（c型）

圖4 與非透水層接觸的薄層軟土（d型）

3.4 方案設(shè)計(jì)

上述四種地質(zhì)類型中，a型地層適宜采用復(fù)合地基及固結(jié)法；b 型適宜采用換填法和強(qiáng)夯（置換）法；c 型適宜采用固結(jié)法；d 型適宜采用復(fù)合地基及排水固結(jié)法。

經(jīng)綜合比選，最后擬采用復(fù)合地基處理橋頭及箱涵，采用排水固結(jié)法處理6m 以內(nèi)填高的路基段，采用拋石強(qiáng)夯法處理坑塘，局部采用換填或強(qiáng)夯（置換）法處理淺表層軟基。

對(duì)擬定的各方案逐段進(jìn)行復(fù)算，選定合適的處理參數(shù)，細(xì)化處理段落，完善施工工藝、質(zhì)量控制、沉降觀測(cè)以及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.1 換填法

（1）該法簡(jiǎn)單可靠，一般適用于表層軟土厚度小于3m的淺層軟弱地基處理。

（2）在應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)考慮場(chǎng)地的適宜性、換填材料的經(jīng)濟(jì)性、棄方以及環(huán)保問(wèn)題。

4.2 排水固結(jié)法

（1）該法簡(jiǎn)單可靠，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，但需要足夠的預(yù)壓期。

（2）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮北方冬歇期利用。

（3）實(shí)施過(guò)程中應(yīng)充分利用觀測(cè)數(shù)據(jù)，模擬推斷工后沉降量，以動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)壓設(shè)計(jì)（包括預(yù)壓荷載、預(yù)壓期等參數(shù)）。

（4）當(dāng)線路上采用等載或超載預(yù)壓時(shí)，應(yīng)協(xié)調(diào)荷載來(lái)源；當(dāng)長(zhǎng)距離、大段落采用預(yù)壓，應(yīng)考慮路線兩側(cè)居民通行問(wèn)題。

（5）河北省經(jīng)常采用欠載預(yù)壓方案，即不計(jì)路面結(jié)構(gòu)層荷載，僅正常填筑路堤至上路床頂，并預(yù)留一定的預(yù)沉降，然后通過(guò)合理調(diào)整預(yù)壓期，以滿足設(shè)計(jì)要求。欠載方案在唐曹、大廣、邢衡、京滬等項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用，均取得了良好效果，值得借鑒推廣。

4.3 復(fù)合地基法

（1）該法適用范圍廣，施工速度快，處治效果好，能很好控制路堤的穩(wěn)定及工后沉降，在橋頭等構(gòu)造物區(qū)域廣泛應(yīng)用，但其經(jīng)濟(jì)性較差，部分樁型有一定的污染性，選擇材料時(shí)尚應(yīng)考慮地下水的腐蝕性等問(wèn)題。

（2）由于復(fù)合地基是由建筑行業(yè)引入，其理論更適用于剛性基礎(chǔ)之下，對(duì)于高速公路路基而言，復(fù)合地基樁頂墊層的剛性越大，越能充分發(fā)揮樁的作用，實(shí)際情況與理論計(jì)算值越接近。

（3）剛性樁、半剛性樁可設(shè)置樁帽以充分發(fā)揮樁體作用。

（4）各種樁體有各自的適用條件，應(yīng)充分注意，如水泥土攪拌樁法無(wú)法穿透中密以上砂土層，不適用于有機(jī)質(zhì)含量超過(guò)10%的土，也不適用于十字板剪切強(qiáng)度小于10kPa的軟土；CFG樁法不適宜十字板剪切強(qiáng)度小于20kPa的地層；灰土樁不適于地下水位以上地層等。

（5）河北地區(qū)由于粉煤灰利用價(jià)值上升而導(dǎo)致來(lái)源緊張，價(jià)格上漲，現(xiàn)經(jīng)常用C20素混凝土樁代替CFG樁。

（6）復(fù)合地基檢測(cè)周期可經(jīng)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)28d與90d的對(duì)比關(guān)系，以指導(dǎo)施工。

（7）由于是隱藏性工程，非預(yù)制打入式復(fù)合地基的樁體施工質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵，應(yīng)予以高度重視。

4.4 強(qiáng)夯（置換）法

（1）該法施工簡(jiǎn)單，加固效果好，使用經(jīng)濟(jì)，沉降量直觀，原來(lái)廣泛應(yīng)用于黃土及砂性土的處理中，近年來(lái)在軟土處理中逐漸推廣。

（2）在飽和軟黏土中用該法時(shí)一定要進(jìn)行試夯，以確定其可行性及相關(guān)參數(shù)。

（3）強(qiáng)夯法處理軟基的原理是動(dòng)力固結(jié)，需要足夠的時(shí)間使孔隙水壓力消散，土的黏性越大，間歇時(shí)間越長(zhǎng)；為加速孔隙水壓力的消散，可設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板。

（4）強(qiáng)夯法對(duì)周圍環(huán)境影響較大，周邊有建筑物、養(yǎng)殖場(chǎng)等時(shí)不宜使用。

（5）在河北高速公路建設(shè)項(xiàng)目中，強(qiáng)夯置換法引申為拋石強(qiáng)夯法處理坑塘淺層軟基，即在不排水、不清淤的情況下，拋填塊石或片石至水位以上，然后進(jìn)行強(qiáng)夯，以達(dá)到擠淤置換的目的，該法施工便捷、經(jīng)濟(jì)，處理效果良好，自唐曹高速應(yīng)用以來(lái)，在其他項(xiàng)目中也得到廣泛推廣。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合河北省地質(zhì)情況特點(diǎn)，以邢衡高速公路衡水段地基處理為例，通過(guò)比選地基處理方法，劃分地質(zhì)模型，確定處理方案，并總結(jié)各處理方法需注意的關(guān)鍵技術(shù)性問(wèn)題，為其他工程提供了經(jīng)驗(yàn)參考。

地基處理在方法選擇上要切實(shí)可行，施工工藝上要力求簡(jiǎn)單易操作；質(zhì)量控制是關(guān)鍵，檢驗(yàn)、檢測(cè)要重視；加強(qiáng)觀測(cè)，動(dòng)態(tài)調(diào)整；總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、注意細(xì)節(jié)；只有綜合考慮、系統(tǒng)實(shí)施才能保障地基處理最終良好的效果。

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