市政道路施工中軟基加固技術(shù)探討

徐根生

（江西南昌　330000）

市政道路施工中軟基加固技術(shù)探討

徐根生

（江西南昌330000）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也在快速開展，而在市政道路工程施工中的中難免會碰到一些問題，尤其是軟土地基，軟基也是影響市政工程施工質(zhì)量的最為關(guān)鍵問題。本文就主要針對市政道路施工中軟基加固技術(shù)有關(guān)問題進(jìn)行闡述，供同行參考。

市政道路；軟基處理；強(qiáng)夯法；加固技術(shù)

引言

目前，在很多市政道路施工建設(shè)過程中，軟土地基經(jīng)常都會遇到，為了保證路堤的穩(wěn)定性，滿足軟土路基的沉降要求，須對軟土路基進(jìn)行特殊處理。常用的是軟基加固處理技術(shù)也比較多，如水泥攪拌樁加固技術(shù)、強(qiáng)夯法加固技術(shù)、粉煤灰碎石樁加固技術(shù)等，而強(qiáng)夯法實(shí)用于多種土性地基，如碎石土、砂土、低飽和度的粉土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等，具有效果明顯、經(jīng)濟(jì)易行、設(shè)備簡單、節(jié)約三材等優(yōu)點(diǎn)。但對于飽和軟黏土，由于其含水量高、滲透性差，當(dāng)受到強(qiáng)烈沖擊時，不能迅速排水，因而孔隙水壓力上升快，消散慢，使坑周土體強(qiáng)度降低，因此，一般認(rèn)為軟黏土地基不宜采用強(qiáng)夯法處理加固。但近年來強(qiáng)夯加固軟土地基理論和實(shí)踐發(fā)展很快，積累了不少經(jīng)驗(yàn)，在很多工程中取得了良好的效果，其中有強(qiáng)夯結(jié)合袋裝砂井綜合處理法、強(qiáng)夯置換法處理軟土地基等新措施，本文對強(qiáng)夯結(jié)合袋裝砂井如何處理飽和軟黏土的有關(guān)問題進(jìn)行簡要的分析。

1　工程概況

該地區(qū)軟土屬高含水量、低強(qiáng)度、高壓塑性的超軟弱黏土。地層自上而下為：①人工填土，色雜、松散-稍密，厚度1.0～2.0m；②海陸交互相沉積層（軟土層），為淤泥，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，夾淤泥質(zhì)細(xì)砂，灰黑色，飽和，流塑，松散，該層層底埋深3～15m左右；③沖積層，雜色，花斑狀粉質(zhì)黏土，可塑，灰黑色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，飽和、流塑及灰黑色中砂層，飽和、松散-稍密，厚約0～8m；④殘積層，為黃-灰黃色砂質(zhì)黏性土、硬塑為主，為花崗巖殘積土，厚約0～6m。天然含水量w0=73.2%，液性指數(shù)IL=1.66，塑性指數(shù)IP= 24.8，孔隙比e0=2.013，壓縮系數(shù)a=2.247MPa-1，豎直向固結(jié)系數(shù)Cv=0.792×10-3cm2/s，水平向固結(jié)系數(shù)Ch=5.019×10-3cm2/s，內(nèi)摩擦角φ=6.4°，凝聚力c=6.2kPa，容許承載力[σ0]=40kPa。

根據(jù)估算，在不作軟基處理情況下路基極限填土高=1.86m左右。

根據(jù)路基軟基穩(wěn)定控制、工后沉降控制、路面結(jié)構(gòu)的基底強(qiáng)度要求必須對軟基采取處理。而道路的施工期只有8個月，軟基的實(shí)際預(yù)壓時間只有5個月左右。所以采用的軟基處理方案滿足該工程特點(diǎn)要求。

2　施工方案

2.1選擇合理的處理方法

一般比較常用的軟土處理方法有清淤換填、袋裝砂井（插塑板）、強(qiáng)夯法、真空預(yù)壓、碎石樁、攪拌樁、CFG樁等多種。

袋裝砂井（插塑板）加預(yù)壓排水固結(jié)方法需預(yù)壓，一般固結(jié)的時間較長（180～360d），工后沉降較大；同時本工程所處的位置距河口非常近，受潮汐影響水位變化大，由于微薄砂層的存在，與附近河水水力聯(lián)系密切，排水固結(jié)效果不甚明顯。特別是有些地段地層上部分布雜填土（如原已填魚塘地段），地基采用此方法處理困難。

對橋頭路堤，由于填土相對較高，工后沉降要求不大于0.1m，可采用復(fù)合地基處理。對于軟土厚度小于15m的橋頭路基采用水泥攪拌樁，大于15m的地段采用CFG樁處理。該處理方法效果好，亦不需預(yù)壓，但工程造價較高，不能廣泛采用。

袋裝砂井（插塑板）加強(qiáng)夯法：它通過設(shè)置豎向排水體系（袋裝砂井），并結(jié)合靜荷載（填土堆載）和動荷載（強(qiáng)夯夯擊能），使得地基土在較短時間內(nèi)完成大部分固結(jié)沉降，減少工后沉降并迅速提高承載力；此外，還可通過對地基的預(yù)震作用，有效地消除砂土液化、基坑開挖涌砂現(xiàn)象；有利于地下管線的開挖埋設(shè)。

通過對不同處理方法的對比，并結(jié)合周邊已建工程的實(shí)例及效果，對于軟土埋深小于8m的地段，采用了動力固結(jié)（強(qiáng)夯加袋裝砂井）作為一般軟土路基的處理方法之一。對于上部分布雜填土軟基，則單純采用強(qiáng)夯法處理。

2.2作用原理

強(qiáng)夯法加固非飽和土的過程，就是土中的氣相被擠出的過程。而對飽和土，傳統(tǒng)的固結(jié)理論認(rèn)為，在快速加荷條件下，孔隙水無法瞬間排出，所以是不可壓縮的，但無法解釋飽和土在強(qiáng)夯后產(chǎn)生的明顯較沉降。L·梅耶動力固結(jié)理論認(rèn)為：

（1）強(qiáng)夯中土的滲透系數(shù)是隨時間變化的；

（2）強(qiáng)夯中飽和土孔隙水具有壓縮性；

（3）強(qiáng)夯中飽和土有局部液化現(xiàn)象；

（4）強(qiáng)夯中飽和土有觸變現(xiàn)象。

所以在重復(fù)夯擊作用下土體中產(chǎn)生裂紋，土中部分吸附水變成自由水，隨著孔隙水壓力的消散，土的抗剪強(qiáng)度和變形模量不斷增長。

單純的強(qiáng)夯由于豎向裂縫的產(chǎn)生并非規(guī)則的和連續(xù)貫通的，因而在孔隙水和氣體排除過程中并非很暢通，這就造成在施工過程中孔隙水壓力消散緩慢，從而影響到加固的效果和施工進(jìn)度，效果不佳。采用排水固結(jié)法結(jié)合強(qiáng)夯，當(dāng)土體受到?jīng)_擊荷載時，土中孔隙水壓力增加，孔隙水可滲透到袋裝砂井中，沿袋裝砂井直接排到地表，這樣縮短了排水距離，加速了孔隙水壓力的消散過程和地基沉降的發(fā)展，而達(dá)到加固的目的。

2.3設(shè)計參數(shù)

到目前為止，強(qiáng)夯法還沒有一套成熟和完善的理論和設(shè)計計算方法，只能通過試夯的方法確定施工參數(shù)。試夯區(qū)面積不應(yīng)小于20m×40m，對不同地質(zhì)條件，至少進(jìn)行一處試夯，通過試夯確定施工參數(shù)，如夯錘重量、夯錘落距、單點(diǎn)總夯擊能、夯點(diǎn)距離、間歇時間、夯擊遍數(shù)及有效加固深度等。

（1）加固深度按式（1）估算：

H=a（mh）1/2（1）

式中：m———錘自重，t；

h———錘落距，m；

a———修正系數(shù)，黏性土取0.6左右；

H———強(qiáng)夯影響深度，m。

（2）強(qiáng)夯機(jī)具、夯錘重量、夯錘落距的選擇。

強(qiáng)夯機(jī)械采用履帶式起重機(jī)械，一般國內(nèi)夯錘重為10～25t，我國至今采用的最大夯錘重為40t，夯錘一般采用圓形，帶氣孔的錘較好。同時，由于軟基強(qiáng)夯過程中產(chǎn)生較深的夯坑，會產(chǎn)生一定的能量損失，所以對于軟黏土，錘底的面積不宜小于6m2。

目前我國通常采用的夯錘落距一般為8～20m。

（3）軟土夯擊工藝及參數(shù)往往決定強(qiáng)夯法的效果，根據(jù)試夯結(jié)果和附近施工資料，強(qiáng)夯夯擊遍數(shù)、單點(diǎn)夯擊能、夯擊次數(shù)、夯點(diǎn)間距、每遍間隔時間、夯擊順序等參數(shù)參考值見表1。

表1　軟土夯擊參數(shù)表

首先應(yīng)查明場地下建筑物及地下管線，采取適當(dāng)?shù)拇胧悦庠斐蓳p壞。地表上鋪設(shè)1.0m（一般要求0.5～2.0m）厚砂墊層。砂墊層起到支承起重設(shè)備、擴(kuò)散“夯擊能”的作用，也起到作為地下水排出通道的作用。

袋裝砂井布置間距1.5～2.0m，直徑0.07m，等邊三角形布置。

根據(jù)設(shè)計初步確定的參數(shù)，在現(xiàn)場有代表性的場地進(jìn)行試夯。通過測試，數(shù)據(jù)對比，檢查其強(qiáng)夯效果，以便確定工程采用的各項參數(shù)。

強(qiáng)夯過程中嚴(yán)格控制前后兩遍的夯擊間隔時間，以利超孔隙水壓盡可能消散。當(dāng)完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿夯。

3　效果檢測

測試應(yīng)在孔隙水壓力消散后進(jìn)行，一般應(yīng)在強(qiáng)夯結(jié)束一定時間后進(jìn)行檢驗(yàn)。試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)分別取在夯點(diǎn)及夯點(diǎn)間，常用的方法有靜力觸探和動力觸探、荷載試驗(yàn)、波速試驗(yàn)等。

檢測表明效果如下：

（1）孔隙水壓力一般在一個星期內(nèi)基本消散完畢，設(shè)置的排水措施使其達(dá)到原設(shè)計參數(shù)條件要求，起到了不錯的效果。避免了由于孔隙水壓力消散慢，導(dǎo)致土體液化出現(xiàn)“橡皮土”的現(xiàn)象。

（2）本工程的加固深度一般在12m以內(nèi)，但處理效果明顯的只在表層8m以內(nèi)，主要是由于現(xiàn)場沒有高能量的強(qiáng)夯設(shè)備，夯擊能量參數(shù)沒達(dá)到4000kN·m設(shè)計要求，所以有效加固深度沒有達(dá)到設(shè)計預(yù)計效果。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，及時對設(shè)計措施進(jìn)行了調(diào)整，對軟土分布深度在8m以上的地段采取了復(fù)合地基、真空預(yù)壓等其他處理措施。

表2　地基下沉量對照表（單位：cm）

由表2看出，強(qiáng)夯處理能短時間內(nèi)完成加固深度內(nèi)的沉降，有效減少后期沉降的影響。

4　目前軟黏土地基的強(qiáng)夯處理須注意的問題

（1）動力固結(jié)理論未完全成熟。土體的沉降主要是動力固結(jié)、側(cè)向變形、上部一部分土體發(fā)生超固結(jié)等組成。目前強(qiáng)夯法的施工沉降主要靠試夯得出，如何根據(jù)理論計算也是今后待解決的問題。

（2）軟黏土地基強(qiáng)夯必須關(guān)注如何降低孔隙水壓和增大有效深度。然而兩者有所矛盾，增加加固深度，要求增加能量，而增加能量，按常規(guī)工藝會增大孔壓。當(dāng)前軟黏土地基強(qiáng)夯處理效果不佳的原因有三個方面：①由于夯擊能量不足，有效加固深度不夠，下部土體未完成固結(jié)沉降；②由于強(qiáng)夯使上部軟黏土結(jié)構(gòu)性破壞，不僅降低了強(qiáng)度，還大幅度降低了滲透性；③當(dāng)前規(guī)定的強(qiáng)夯工藝不適應(yīng)軟黏土地基強(qiáng)夯特點(diǎn)，導(dǎo)致地基中孔隙水壓力居高不下而形成“橡皮土”。針對上述原因，采取了適應(yīng)強(qiáng)夯加固的有效排水系統(tǒng)，采用了適應(yīng)軟黏土地基的“先輕后重、逐級加能、少擊多遍、逐層加固”的夯擊方式，確立了以不破壞土體宏觀結(jié)構(gòu)為原則的收錘標(biāo)準(zhǔn)，形成了能夠有效抑制孔壓上升，加速孔壓消散，防止土體液化，增強(qiáng)強(qiáng)夯效果，降低能耗的一整套強(qiáng)夯新工藝。

（3）強(qiáng)夯法宜用于要求施工期短缺少預(yù)壓時間、或者缺少預(yù)壓荷載、軟土層較淺、寬大場地排水不易等情況，特別是在上覆雜填土或大塊石的地基。對于一般在正常條件下處理的軟基，強(qiáng)夯法由于同樣需要結(jié)合砂井及墊層，所以處理費(fèi)用比普通填土預(yù)壓措施要貴，但它比復(fù)合地基便宜，施工也方便。

5　結(jié)束語

綜上所述，強(qiáng)夯法是較為經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)較為可靠的地基處理方法。因此，在進(jìn)行軟基處理時要強(qiáng)調(diào)過程控制，強(qiáng)調(diào)用經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)施工，切忌忽視過程技術(shù)數(shù)據(jù)，只看最終檢測結(jié)果的情況發(fā)生。

[1]張慶國.強(qiáng)夯法加固機(jī)理與應(yīng)用[M].山東：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2]劉玉卓.公路工程軟基處理[M].北京：人民交通出版社，2002：107～118.

[3]李愛閱.市政公路工程軟土地基處理技術(shù)研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012（09）：93～94.

U416.1

A

1673-0038（2015）15-0203-02

2015-3-25

徐根生，男，高級工程師，本科，畢業(yè)于南昌大學(xué)，主要從事市政工程施工管理方面的工作。