高速公路深厚軟土地基處治技術(shù)探究

李華明

（四川樂漢高速公路有限責(zé)任公司， 四川 樂山 614000）

0 引言

軟土是近代形成的一種特殊的土質(zhì)，它主要形成于濱海、湖泊、沼澤、河灘等地區(qū)。它具有工程性能差、天然含高水量、可滲透能力差、可壓縮能力大、抵抗剪切力的能力低、固結(jié)時間長、非常高的靈敏度等方面的特性。在國內(nèi)外都具有非常高的分布性，尤其是沿海等經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的地區(qū)，其成為工廠、城市小區(qū)、高速公路、飛機(jī)場、船舶碼頭等各種建筑的集中區(qū)，這就使得針對軟土的特性進(jìn)行合理的、科學(xué)的研究變得十分重要，進(jìn)行軟土地基的處治更是刻不容緩。

我們通常把軟土厚度超過10 米且軟土底板埋深超過25 米的軟土叫做深厚軟土?！豆奋浲恋鼗返淘O(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ1017-96）僅僅對軟土的形成以及其具有的各種特性指標(biāo)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，但是在實際工程中，軟土作為影響高速公路質(zhì)量的一個重要的方面，不但要研究其物理性能等方面，還要針對其埋藏深度進(jìn)行合理科學(xué)的研究，其中深層軟土的埋藏深度情況更是至關(guān)重要，如果僅僅像對待傳統(tǒng)的淺層軟土一樣進(jìn)行處理，不但會造成工程造價的浪費，還有可能造成極其嚴(yán)重的交通事故。

1 國內(nèi)外針對軟土的研究

1.1 軟土的定義

關(guān)于軟土的定義，無論是國內(nèi)各專業(yè)部門還是國外的相關(guān)單位都沒有統(tǒng)一的結(jié)論。有的就把軟土簡單的定義成主要由細(xì)顆粒土組成的一種土質(zhì)。有的把那些具有含水高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、滲透系數(shù)低等物理性能的粘性土統(tǒng)稱為軟土。有的泛指那些由于近代沉積出現(xiàn)的剪切強(qiáng)度低，壓縮性能大的酥軟土層，其最重要的成分就是飽和軟黏土。有的指那些在靜水中亦或是在流速非常慢的活水中的細(xì)顆粒占大部分的沉淀物，還有的定義那些天然含水量大，壓縮性能強(qiáng)，承受載重性能弱的粘性土（比如淤泥、高飽和的粘性土等）。

1.2 軟土具有的工程特性

人類建筑施工的歷史已經(jīng)有幾千年的時間，但是研究土質(zhì)結(jié)構(gòu)及其物理性能只有短短的幾十年，太沙基（K.Terzaghi）在1925 年推出其著作《土力學(xué)》前，也有許多的專家人士針對這方面的問題進(jìn)行研究，但是人們還是習(xí)慣稱太沙基為土力學(xué)的奠基者，因為他是第一個對土質(zhì)物理特性進(jìn)行實際研究的人。我國在土質(zhì)物理特性方面的研究已經(jīng)進(jìn)行了二十余年，針對我國的軟土工程問題進(jìn)行了非常詳細(xì)的實驗和積累，對于國內(nèi)各地分布的軟土的物理性能也有了基本的了解。在我國的環(huán)渤海地區(qū)、長江三角洲、珠江三角洲和福建省沿海地區(qū)以及貴州等省份、自治區(qū)都存在各種軟土土質(zhì)，下表1 是各地方的軟土土質(zhì)物理特性。

表1 軟土分布情況及其物理特性表

（%） （kPa） 2～12 50 1.70 1.42 39 22 3×10-8 9.5 60～48 寧波 12～28 38 1.86 1.08 36 21 7×10-8 7.2 2～14 45 1.75 1.32 37 19 7×10-6 11 舟山 17～32 36 1.80 1.03 34 20 3×10-7 6.3 溫州 1～35 63 1.62 1.79 53 23 19.3 3～19 68 1.50 1.87 54 25 8×10-8 20.3 福州 1～3 19～35 42 1.71 1.17 41 20 5×10-7 7.0 5～18 龍溪 0～6 89 1.45 2.45 65 34 23.3 廣州 0.5～10 73 1.60 1.82 46 27 3×10-6 11.8 深圳 0～20 73.2 1.58 2.07 56.8 33.6 3×10-7 17.4 10

可以得到，我國沿海地區(qū)的軟土物理特性主要有以下特點：

（1）軟土含水量較高，很多都在35%～90%之間，都超過了其自身的液限，這就表明這些地區(qū)的軟土土質(zhì)的空隙中充滿了水分，使得整個土層結(jié)構(gòu)處在流動亦或是流塑狀態(tài)下。

（2）軟土的孔隙比大都處在1.0～1.3 之間，有些地區(qū)的軟土孔隙比甚至超過了1.5，與之相對的壓縮系數(shù)是0.7～2.3Mpa-1之間，這說明這些軟土具有高壓縮性，當(dāng)這些軟土遇到載荷作用時會發(fā)生大面積的沉降現(xiàn)象。

（3）軟土的滲透系數(shù)處于10-6～10-8中間，這些軟土一般都是以粘粒為主，使得其自身的滲透性非常低，當(dāng)這種軟土在載荷作用下，其本身的沉降過程非常緩慢。

（4）這些地區(qū)的軟土不排水強(qiáng)度一般都處于5～30KPa 之間，強(qiáng)度較低，不能夠承受很大的載荷。

針對軟土中的這些物理特性，我國著名學(xué)者高國瑞教授進(jìn)行了廣泛的研究工作，其他的學(xué)者也在這方面進(jìn)行了深入的研究工作，在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況下，軟土結(jié)構(gòu)的研究得到了廣泛的關(guān)注。

2 我國高速公路軟土地基處治措施

深厚軟土在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)分布的非常廣泛，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙這些地區(qū)的工程建設(shè)，對其經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響。結(jié)合國內(nèi)外已經(jīng)成功的案例進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，可以得到比較常見的幾種處治方案。

2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)

預(yù)應(yīng)力管樁主要是由樁基、樁尖及其樁帽組成，其中的樁身以及樁頂都要預(yù)先在相應(yīng)的工廠依據(jù)所要求的實際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，然后統(tǒng)一進(jìn)行裝備，樁帽一般采用C30 鋼筋混凝土。在施工的過程中要使用壓樁機(jī)把整個預(yù)應(yīng)力樁柱靜壓入地基當(dāng)中。因為預(yù)應(yīng)力管樁具有極其高的強(qiáng)度特性，它可以和地基一起組成復(fù)合地基，提高深層軟土地基的承載能力和減少沉降量，達(dá)到科學(xué)合理地加固處治軟土地基的目的。

2.1.1 預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計參數(shù)

預(yù)應(yīng)力管樁的成本價格較高，一般只在橋頭或者局部其他工藝無法處治的軟土段進(jìn)行處治。在處治施工過程中，為了能夠起到有效加固軟土的作用，一般都采用從兩側(cè)向中間施工的工序，橋頭施工時預(yù)應(yīng)力管樁的間距在2～2.4m 之間，橋頭過渡段預(yù)應(yīng)力管樁的距離在2.5～2.8m 之間。預(yù)應(yīng)力管樁的樁徑通常采用300 ～400mm，管樁的壁厚一般都是采用50～55mm。預(yù)應(yīng)力管樁的樁身通常都是利用C60 的混凝土進(jìn)行張拉預(yù)制，樁帽一般都是采用C30 混凝土，尺寸一般為100cm×100cm×35cm。

2.1.2 預(yù)應(yīng)力管樁的質(zhì)量檢測

預(yù)應(yīng)力管樁的質(zhì)量檢測詳細(xì)情況參見表2，在檢查預(yù)應(yīng)力管樁的樁位時一般要包含橫縱兩個方向。

表2 預(yù)應(yīng)力管樁質(zhì)量查驗表

2.2 水泥混凝土薄壁筒樁技術(shù)

水泥混凝土薄壁筒樁采取振動沉模、內(nèi)管排土、現(xiàn)場灌注混凝土、振動拔管工藝成樁，依靠筒樁與樁間土共同承擔(dān)荷載，并通過在樁頂設(shè)置的褥墊層調(diào)整樁土之間的荷載分擔(dān)比例，減少應(yīng)力集中，對軟土地基起到很好的加固作用。

2.2.1 筒樁設(shè)計參數(shù)

水泥混凝土薄壁筒樁在平面上一般采取正三角形的方式進(jìn)行布置，通常用自動排土振動進(jìn)行澆筑。水泥混凝土薄壁筒樁一般在橋頭路段的間距是2.3～2.5m；在橋梁施工的橋頭過渡路段的間距一般為2.5～3.3m。水泥混凝土薄壁筒樁的直徑一般是100cm，筒壁的厚度一般是12cm，筒壁通常是采用C25 素混凝土澆筑，筒樁的樁帽采用C30 混凝土進(jìn)行澆筑，筒樁樁帽的尺寸大小一般為150cm×150cm×35cm。

2.2.2 筒樁的質(zhì)量檢測

水泥混凝土薄壁筒樁在建筑施工結(jié)束一段時間后要進(jìn)行系統(tǒng)的質(zhì)量檢測，其中養(yǎng)護(hù)齡期通常都是28d。

（1）施工過程中允許出現(xiàn)的偏差如表3

表 3 水泥混凝土薄壁筒樁施工允許誤差表

單樁灌注量/% 大于設(shè)計 查施工記錄 單樁、復(fù)合地基承載力/kpa 大于等于設(shè)計 查驗0.5～2.0% 樁身完整度 小應(yīng)變，抽驗2%

（2）在成樁7d 內(nèi)，施工單位先行自檢，然后觀察樁體的具體情況以及均勻程度，檢查的數(shù)量應(yīng)該為總體的1%，挖開的深度不能小于3 米，然后進(jìn)行記錄，如果發(fā)現(xiàn)混凝土質(zhì)量較差的情況，應(yīng)該及時進(jìn)行補(bǔ)樁處理。

（3）在成樁28d 后，針對不同軟土地基的情況，不同樁長路段等條件進(jìn)行具體的取樣調(diào)查，然后進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度實驗，抽查的數(shù)量應(yīng)該為樁數(shù)的0.5～ 1%，而且每個工點的數(shù)量不少于5 根。

2.3 Y 形沉管灌注樁技術(shù)

此技術(shù)由圓形沉管灌注樁發(fā)展而來，在傳統(tǒng)的沉管灌注樁基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，它充分利用了異形樁樁側(cè)表面積增加的特點，使得樁側(cè)摩阻力大幅增加，其斷面形狀為三段圓弧線向內(nèi)，外加三個尖角組成的曲邊三角形。該技術(shù)利用現(xiàn)有沉管灌注樁施工設(shè)備，采取振動沉模成孔，現(xiàn)場澆筑，樁頂預(yù)插鋼筋，待樁體達(dá)到一定強(qiáng)度后，澆筑樁帽，并在樁頂設(shè)置褥墊層，形成復(fù)合地基。

2.3.1 Y 形沉管灌注樁設(shè)計參數(shù)

在相同截面面積的情況下，不同外包圓半徑、不同模板弧度的Y 形樁異性優(yōu)化效應(yīng)不同，模板弧度越大，異形優(yōu)化效應(yīng)越明顯，同時為保證施工中混凝土的充盈，目前普遍采用模板弧度為60 度，外包圓尺寸為399.5mm 和311.7mm 兩種，在距樁頂1.5m 范圍內(nèi)，斷面采用正三角形。

2.3.2 Y 形沉管灌注樁的質(zhì)量檢測

其偏差檢驗一般包含樁徑、樁長、垂直度、單樁灌注量以及Y 形樁的強(qiáng)度等方面，其余檢驗內(nèi)容與水泥混凝土薄壁筒樁的要求基本保持一致。

3 結(jié)束語

我國的高速公路建設(shè)正處于快速發(fā)展時期，路線的選擇不可避免的處于各種深厚軟土區(qū)域，所以這方面的研究工作已經(jīng)變得至關(guān)重要。首先，本文對軟土地基的定義和工程特性進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述和說明，然后對國內(nèi)外軟土土質(zhì)物理力學(xué)特性的研究工作進(jìn)行了簡單的介紹，對我國的軟土地基分部區(qū)域和其物理力學(xué)特性進(jìn)行了分析，最后針對高速公路軟土地基的處置措施進(jìn)行了方案的列舉，簡單分析了各種處理方案的設(shè)計參數(shù)和檢測方法。通過本次高速公路深厚軟土地基處治技術(shù)的探討，希望能對今后工程建設(shè)中類似的軟土地基處治工作起到一定的借鑒和參考作用。