市政道路工程軟土路基沉降分析及施工處理措施

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摘要：本文主要針對(duì)市政道路工程軟土路基的沉降及施工處理措施展開(kāi)了分析，對(duì)軟土路基特性及沉降機(jī)理作了說(shuō)明，系統(tǒng)研究了軟土路基沉降的變形過(guò)程，并通過(guò)結(jié)合具體的實(shí)例，給出了一系列有效的處理措施，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：市政道路；軟土路基；沉降；處理措施

0 引言

在市政道路建設(shè)的過(guò)程中，路基施工是整個(gè)道路施工工序中質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，路基施工質(zhì)量的好壞將直接影響著市政道路的完工使用。因此，我們必須要重視對(duì)市政道路工程的施工，特別是在軟土路基方面，更是要采取有效的處理措施應(yīng)對(duì)沉降的問(wèn)題，以保障施工道路工程的施工質(zhì)量?；诖耍疚木褪姓缆饭こ誊浲谅坊某两导笆┕ぬ幚泶胧┻M(jìn)行了分析，相信對(duì)有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

1 軟土路基特性及沉降機(jī)理

1.1 軟土路基工程特性

在工程地質(zhì)中，軟土路基包含淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土等，它的特性為孔隙率比較大，含水量高，在承載力較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同程度的沉降。在市政道路修建中，如果軟土處理不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致沉降過(guò)大破壞路面結(jié)構(gòu)層等問(wèn)題，為后續(xù)運(yùn)營(yíng)中的行車安全埋下隱患。軟土在工程中主要的性質(zhì)體現(xiàn)為塑性及壓縮性。

1.2 軟土路基沉降機(jī)理

1.2.1 當(dāng)土體由于正應(yīng)力引起體積變形時(shí)，在性質(zhì)上只會(huì)使土體的體積產(chǎn)生縮變，但不會(huì)引起土體的破壞，破壞形成的主要作用是剪應(yīng)力，當(dāng)荷載產(chǎn)生剪應(yīng)力作用時(shí)，剪應(yīng)力超過(guò)土體的極限承載范圍，便會(huì)產(chǎn)生土體變形。土體的密切性直接反映為土體的沉降量，軟土路基由于其壓縮性大所以沉降量也大。一般的土質(zhì)在荷載增大時(shí)沉降量增大，荷載減小時(shí)沉降量減小，而軟土土體隨著荷載的變化呈現(xiàn)不同情況。軟土路基在荷載受力的開(kāi)始階段呈現(xiàn)體積減小趨勢(shì)，隨著荷載的增大，土體體積縮小量達(dá)到一個(gè)定值，并且在一段時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)水平值狀態(tài)，最后隨著時(shí)間的推移，土體類似“彈簧”性質(zhì)，體積有微增大現(xiàn)象。

1.2.2 路基在整個(gè)道路結(jié)構(gòu)層的主要作用就是承載，上部路面結(jié)構(gòu)的壓力通過(guò)路基分散到下部，所以穩(wěn)定性好并且強(qiáng)度高的路基對(duì)于整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的使用壽命及強(qiáng)度影響最大。經(jīng)過(guò)相關(guān)試驗(yàn)證明土體的應(yīng)力應(yīng)變類型主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）異向性：由于地基土質(zhì)一般是由于沉積形成，呈分層狀分布，在每一層平面上土體較為均勻，但層與層之間的土體性質(zhì)在物理結(jié)構(gòu)構(gòu)造上面有很大的不同。在同層平面上，土體之間表現(xiàn)為同向性，但是垂直方向的土體由于土質(zhì)的模量、密度、孔隙率的不同將會(huì)表現(xiàn)為異向性。

（2）塑性變形：軟土路基的塑性變形是造成沉降的主要原因。由于軟土路基的孔隙率大且含水率高，在土體受壓后，土體顆粒之間將產(chǎn)生相對(duì)的位移，土粒之間將由于剪切力產(chǎn)生相應(yīng)的位移。土體荷載消除后，土體無(wú)法恢復(fù)到原有體積，塑性變形最明顯的體現(xiàn)就是沉降值變大。

（3）固結(jié)作用：軟土土體之間主要是土顆粒吸附及粘聚力的作用。在承壓較大時(shí)土顆粒會(huì)由于承載力產(chǎn)生破碎使得土體體積發(fā)生改變。在市政道路運(yùn)營(yíng)中，如果軟土路基上通行車輛噸位較大，土體將會(huì)受到高壓荷載作用而產(chǎn)生土體固結(jié)作用產(chǎn)生沉降。

（4）硬化軟化作用：在進(jìn)行路基施工時(shí)，要對(duì)土體進(jìn)行三軸試驗(yàn)，軟土土體破壞前的應(yīng)變會(huì)隨著應(yīng)力的變化而成正相關(guān)，即應(yīng)力增大，土體應(yīng)變也增大，直到土體破壞，但當(dāng)應(yīng)力下降時(shí)，應(yīng)變卻在成增大趨勢(shì)。軟化作用在實(shí)際施工中會(huì)對(duì)周圍土體的強(qiáng)度起到降低作用，并且對(duì)周圍土體產(chǎn)生副作用，造成大面積的土體破壞。

1.2.3 在福建等南方地區(qū)，軟土路基出現(xiàn)沉降的原因還包括：①地下水的影響。地下水位的高低直接影響著路床的穩(wěn)定性，在土體含水量降低時(shí)，土體體積也會(huì)隨之減小，土體產(chǎn)生收縮發(fā)生沉降，另外由于空隙水壓力的影響將會(huì)使固結(jié)壓縮量增大產(chǎn)生下沉。②沖刷滲流影響。土體中由于部分土顆粒會(huì)由于滲流作用使土體的空隙串通，串通的空隙在承載力的作用下會(huì)進(jìn)行平層下降，或者由于地下管網(wǎng)出現(xiàn)滲漏也會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生沖刷作用造成地表下沉。

2 軟土路基沉降變形過(guò)程研究

軟土路基的沉降變形主要包括形狀變形和體積變形兩類。在荷載作用下軟土路基的變形一般分為三個(gè)階段（如圖1所示）：

（1）沉降瞬態(tài)變形（瞬態(tài)與沉降常態(tài)為對(duì)應(yīng)關(guān)系）。在路基經(jīng)過(guò)荷載受力的瞬間，由于受力時(shí)間非常迅速，土體體積的變化基本可以忽略。在研究中，瞬態(tài)沉降變形對(duì)土體的影響基本可以保持為一個(gè)常數(shù)。但是荷載對(duì)于土體橫向?qū)?huì)產(chǎn)生相應(yīng)的剪切變形。

（2）主固結(jié)狀態(tài)沉降變形。當(dāng)承載力為恒載時(shí)，土體由于外力作用將會(huì)把空隙中的水分排出，土體顆粒之間的距離也會(huì)減小，在體積變化過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)明顯的壓縮變形?？紫端牧鞒鏊俣扰c空隙壓力及滲透壓縮性能有關(guān)，這部分產(chǎn)生的狀態(tài)變形，稱為主固態(tài)變形，它所產(chǎn)生的土體沉降是軟土沉降變形的主要階段。

（3）次固結(jié)作用沉降變形。當(dāng)軟土路基的承載力全部由土顆粒承擔(dān)時(shí)，空隙壓力所排出的水分速度將會(huì)下降，達(dá)到不變的應(yīng)力狀態(tài)，這是土體的固結(jié)排水過(guò)程已經(jīng)結(jié)束。后續(xù)軟土路基將會(huì)隨著時(shí)間的推移進(jìn)行緩慢變化，稱之為蠕變。

圖1 軟土路基變形三個(gè)階段

3 工程概況

某道路工程是該文化廣場(chǎng)內(nèi)東西走向的重要道路。新榕路西起規(guī)劃新建的奔馳大道，終點(diǎn)接324國(guó)道。新榕路為城市II級(jí)次干道，路面采用水泥混凝土結(jié)構(gòu)，路線全長(zhǎng)1817.65m，道路寬度24m，道路橫斷面：24m=1.5m（人行道）+1.5m（樹(shù)池）+9m（行車道）+9m（行車道）+1.5m（樹(shù)池）+1.m（人行道）。

本道路工程有部分地段的路基根據(jù)地質(zhì)勘察資料顯示廣泛分布有淤泥，最大層厚達(dá)30m。該地段的地貌單元屬于海陸交互相沖淤積平原地貌，地勢(shì)總體較為平坦、開(kāi)闊，地表硬殼層厚度較小，現(xiàn)狀道路兩側(cè)多為耕地、空地、河溝、池塘等。此工程路段中軟土路基處理全長(zhǎng)為457.65m，樁號(hào)為K1+360-K1+817.65，設(shè)計(jì)圖紙綜合了某道路工程路基路面的構(gòu)成和本道路征地紅線范圍里的土質(zhì)狀況，對(duì)于該軟基路段采取的處理措施為以深層攪拌粉體固化劑的打樁法為主，并且對(duì)于軟基效果明顯的區(qū)域鋪設(shè)砂石墊層及高強(qiáng)度的土工格柵布置。墊層及土工格柵在力學(xué)性能上能夠增加軟基底部剛度，并為路基提供一個(gè)完成的受力剛度平面。

4 軟基處理施工措施

4.1 水泥土攪拌粉噴樁法施工方法的原理

水泥攪拌樁法的原理主要是通過(guò)水泥膠凝材料的物理化學(xué)性能改善軟土土體性質(zhì)。通過(guò)攪拌樁等設(shè)備將水泥原料噴灑入需要軟土中，并且不斷拌合均勻，使軟土土體與膠凝材料充分拌合發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使兩者之間形成一個(gè)受力整體。在實(shí)際工程中，水泥攪拌樁法主要分為粉液噴與漿液噴兩種方法，前者較后者的主要優(yōu)勢(shì)在于前者處理程度要高，并且整個(gè)施工過(guò)程方便，對(duì)于質(zhì)量可以很好地控制，在粉液噴漿過(guò)程中必須保持整個(gè)過(guò)程連續(xù)。

4.2 軟土路基處理方案

本工程道路兩邊邊線外0.5m的范圍里的軟土地基施工時(shí)采用了粉體固化劑攪拌樁施工的方法，且進(jìn)行換填50㎝厚度的砂墊層，砂墊層的底線控制要求在路面結(jié)構(gòu)層以下50㎝且地面以下50㎝處，按設(shè)計(jì)要求在砂墊層內(nèi)或底部鋪筑一層高強(qiáng)鋼塑雙向土工格柵來(lái)加強(qiáng)土體粘結(jié)力，使路基沉降趨于均勻，保持路基穩(wěn)定。方案施工結(jié)構(gòu)詳圖如圖2。

圖2 施工結(jié)構(gòu)詳圖

4.3 水泥土攪拌粉噴樁法施工

4.3.1 本工程經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量原地面的標(biāo)高并與設(shè)計(jì)路基面標(biāo)高對(duì)比，現(xiàn)場(chǎng)原地面標(biāo)高高于設(shè)計(jì)面，故先平整現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地至路基設(shè)計(jì)面標(biāo)高以下50cm處并進(jìn)行壓實(shí)。按照道路設(shè)計(jì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行道路邊線（按道路寬度25m放）測(cè)量放樣。

4.3.2 攪拌樁的平面布置按照設(shè)計(jì)的要求，樁位只在設(shè)計(jì)的道路邊線兩邊各加寬0.5m的路基基礎(chǔ)內(nèi)進(jìn)行施工，樁距按間距2m處理，按照梅花型排列布置施工。攪拌樁平面布置詳圖見(jiàn)圖3。

圖3 攪拌樁平面布置詳圖

4.3.3 本工程水泥土攪拌樁的單根設(shè)計(jì)樁徑：D=500㎜，長(zhǎng)度為10m。噴粉使用材料是普通硅酸鹽水泥，其標(biāo)號(hào)可以采用42.5級(jí)。根據(jù)配合比設(shè)計(jì)在攪拌樁摻入水泥量約為總體積的15%。施工前先試樁5根，確定每延長(zhǎng)水泥固化料用量約56㎏，使用FPJ—2粉體噴射攪拌機(jī)械，鉆桿數(shù)量1根，鉆頭直徑為0.5m，轉(zhuǎn)速為正轉(zhuǎn)85～290r/min、反轉(zhuǎn)60r/min，加固深度為12m。在施工處根據(jù)放線位置架設(shè)好機(jī)械，確保整機(jī)的垂直，將攪拌鉆頭貫入到指定樁底標(biāo)高后，采用高強(qiáng)度將空氣壓縮后產(chǎn)生壓力將水泥粉體噴射到土體內(nèi)，并且進(jìn)行深層攪拌，攪拌機(jī)鉆頭前方的葉片將會(huì)使兩種膠體充分拌合，并且發(fā)生反應(yīng)后行程固結(jié)整體，加強(qiáng)其土體密實(shí)度及強(qiáng)度，這樣即完成了一根水泥土攪拌樁施工。為了保證處理質(zhì)量可以重復(fù)進(jìn)行攪拌，根據(jù)放線位置進(jìn)行下一根樁施工。在施工中要注意控制以下幾點(diǎn)：

（1）鉆桿要保證垂直度。

（2）要控制好鉆頭進(jìn)入地基的深度。

（3）水泥粉料的投入量。

（4）鉆機(jī)的正反轉(zhuǎn)的速度。

4.4 攪拌樁砂墊層施工

水泥土攪拌樁施工完畢，成樁4周后，水泥土樁體的抗壓強(qiáng)度滿足要求后，進(jìn)行場(chǎng)地的清理，按照設(shè)計(jì)路基面標(biāo)高下50cm的高度進(jìn)行平整。利用運(yùn)輸機(jī)械和手推車采取機(jī)械和人工結(jié)合的辦法先鋪筑25cm厚的砂墊層，然后鋪設(shè)一層高強(qiáng)鋼塑雙向土工格柵，土工格柵采用搭接的方式進(jìn)行連接，連接的寬度為1m，并用塑料帶綁扎。最后再進(jìn)行砂墊層的施工，鋪設(shè)到設(shè)計(jì)路面的標(biāo)高，并用人工平振的辦法壓實(shí)。砂墊層施工完畢后進(jìn)行下一道工序的施工。

5 軟土路基變形觀測(cè)

軟土路基施工完畢后，進(jìn)行路基的沉降與位移的觀測(cè)。在施工監(jiān)測(cè)時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況在同一個(gè)斷面選取地形變化較大并且易出現(xiàn)問(wèn)題的部位進(jìn)行布點(diǎn)觀測(cè)。本工程采用每隔50m設(shè)置一個(gè)觀測(cè)橫斷面，每個(gè)斷面上設(shè)置3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，并在周邊固定處設(shè)置5個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，開(kāi)始每?jī)商炖没鶞?zhǔn)點(diǎn)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)路基穩(wěn)定后每一周測(cè)量一次，測(cè)量結(jié)果表明該軟路基的變形在合理范圍內(nèi)，即可進(jìn)行下道工序的施工。

軟土土體經(jīng)過(guò)上述處理方案施工后，通過(guò)一個(gè)周期的沉降觀測(cè)可以看出土體隨著時(shí)間的推移，沉降量明顯減小并且慢慢趨于穩(wěn)定?？梢宰C明該處理方案在實(shí)際操作中效果明顯，并且沉降量滿足相應(yīng)規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，市政道路作為城市建設(shè)中非常關(guān)鍵重要的一部分，我們必須要保障道路施工的質(zhì)量，特別是對(duì)軟土路基的處理應(yīng)對(duì)上。作為施工方，我們需要認(rèn)真分析路基沉降的問(wèn)題，并及時(shí)采取有效的措施做好處理，以保證軟土路基處理后達(dá)到營(yíng)運(yùn)階段所需要的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，從而為市政道路的使用打下堅(jiān)實(shí)保障。

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由于施工過(guò)程中的夯實(shí)處理的作業(yè)量不足，導(dǎo)致路面出現(xiàn)臺(tái)階、裂縫和松散等現(xiàn)象。

具體可采取如下防止措施：縱橫裂隙的裂縫必須按照相關(guān)施工技術(shù)和要求來(lái)進(jìn)行處理，攤鋪新的瀝青混合料之前，必須使用切割機(jī)來(lái)切割道路的邊緣部分，并要保證切線順直和側(cè)壁垂直，在清除切除碎粒之后，在涂刷0.4kg/㎡～0.7kg/㎡的粘層瀝青，最后進(jìn)行新料的攤鋪，同時(shí)掌握均勻攤鋪的系數(shù)；縱向接縫的問(wèn)題必須采取合理的碾壓工藝，在對(duì)縱向接縫進(jìn)行碾壓時(shí)，壓路機(jī)必須先在已壓實(shí)的道路上行進(jìn)一段距離，碾壓新鋪層十厘米至二十厘米，然后壓實(shí)道路的新鋪層，縱向接縫必須充分的壓實(shí)，并達(dá)到市政道路施工的實(shí)際要求。

（三）其余問(wèn)題

市政道路路面泛油，主要是由于瀝青道路路面的瀝青用量過(guò)多，瀝青混合料的粘稠度較低所引起的；啃邊，瀝青路面的邊緣位置不斷的缺損，道路邊緣參差不齊，市政道路路面的寬度不斷的減小。針對(duì)這兩種問(wèn)題的特點(diǎn)，筆者推薦如下的防治措施：

1、路面泛油：可以根據(jù)泛油量，采取鋪撒不同粒徑礦料的方式來(lái)進(jìn)行處理。

2、啃邊：常用的處理方法是在道路啃邊處設(shè)置路緣石或加快路面并加固露肩

四 市政道路路面養(yǎng)護(hù)處理措施

市政道路路面的養(yǎng)護(hù)處理將涉及到規(guī)劃、施工、養(yǎng)護(hù)和管理等多個(gè)工作環(huán)節(jié)，主要的目的就是為了保護(hù)道路的使用周期，延長(zhǎng)道路的使用壽命，讓市政道路始終處于一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)。首先，在施工過(guò)程中要對(duì)施工材料進(jìn)行嚴(yán)格的控制和檢驗(yàn)，并采取科學(xué)的方式對(duì)施工原材料進(jìn)行評(píng)價(jià)和歸類，存放的材料主要包括施工原材料的檢驗(yàn)表、聲音錄像以及一些原始資料；其次，做好道路竣工后的養(yǎng)護(hù)管路工作，道路施工和道路后期養(yǎng)護(hù)作業(yè)同樣重要，后期的養(yǎng)護(hù)應(yīng)該采取科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)該組建專業(yè)的市政道路養(yǎng)護(hù)隊(duì)伍，配置專業(yè)的養(yǎng)護(hù)人員和養(yǎng)護(hù)設(shè)備，定期開(kāi)展相應(yīng)的巡查和養(yǎng)護(hù)工作期，及時(shí)發(fā)現(xiàn)市政道路在日常交通中的問(wèn)題，做到問(wèn)題及時(shí)發(fā)展及時(shí)處理，從而有效保證了過(guò)往車輛的安全；最后，隨著市政道路施工技術(shù)不斷的發(fā)展，城市道路后期的建設(shè)和養(yǎng)護(hù)還應(yīng)該隨之科學(xué)的進(jìn)步而引進(jìn)新的技術(shù)，采取科學(xué)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)保障道路的壽命，合理規(guī)劃有限的資金和技術(shù)資源，讓市政道路隨時(shí)保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，從而提升城市的運(yùn)行效率，為居民的生活和工作提供更好的交通環(huán)境。

結(jié)束語(yǔ)

如果將一個(gè)城市比作是人，那么市政道路就是城市的血脈。市政道路與居民的生活、工作有著直接的聯(lián)系，市政道路在建設(shè)過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)考慮到路面和路基這個(gè)施工點(diǎn)，在施工過(guò)程中不斷分析者兩個(gè)施工點(diǎn)內(nèi)的問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題的特點(diǎn)來(lái)作出相應(yīng)的處理，從而保證市政道路能夠滿足城市日常運(yùn)轉(zhuǎn)和未來(lái)發(fā)展的需求。

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