江漢平原高速公路軟土地基處理方法研究

毛峰 邵然 呂香華

摘 要：根據(jù)江漢平原已通車(chē)高速公路軟土地基的工后沉降量情況，結(jié)合軟土地基的物理、力學(xué)性質(zhì)以及軟土地基處理方法，根據(jù)實(shí)測(cè)資料，分析不同的軟土地基處理方法對(duì)通車(chē)后工后沉降量的影響。工程實(shí)際表明如果有足夠的預(yù)壓高度、約6個(gè)月的預(yù)壓時(shí)間，采用排水固結(jié)法處理后的工后沉降量與采用復(fù)合地基處理后的工后沉降量基本相當(dāng)，完全滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)工后沉降量的要求。

關(guān)鍵詞：軟土地基;高速公路;工后沉降量;地基處理

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

近年來(lái)，由于社會(huì)及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在江漢平原的荊州、仙桃、公安、潛江等地市修建了大量的高速公路，由于這些地區(qū)地處長(zhǎng)江及漢江沖積平原地區(qū)，不同程度分布著性質(zhì)各異的軟土，為避免軟土地基對(duì)通車(chē)后高速公路造成過(guò)大的沉降，設(shè)計(jì)經(jīng)常采用清淤換填、塑料排水板、水泥攪拌樁、CFG樁及預(yù)應(yīng)力管樁等處理軟土地基。本文從軟土分布的特點(diǎn)出發(fā)，分析了清淤換填、排水固結(jié)法及復(fù)合地基處理的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了塑料排水板處理地基與采用攪拌樁處理地基的沉降變形特點(diǎn)，可為類(lèi)似的工程提供參考[1]。

2 江漢平原軟土分布與特點(diǎn)

江漢平原屬長(zhǎng)江沖湖積平原和四湖平原并列地帶，線(xiàn)路區(qū)整體地勢(shì)平頭寬闊，起伏較小，根據(jù)地貌成因、形態(tài)及組合特征，線(xiàn)路區(qū)的地貌為河湖積平原區(qū)地貌單元，主要是經(jīng)過(guò)河湖長(zhǎng)期堆積而形成的平緩開(kāi)闊地形;地勢(shì)平坦開(kāi)闊，海拔高度20 m～35 m不等（局部地形略高）。池塘、小湖泊較為發(fā)育。

該區(qū)基巖埋藏較深，表層堆積有大量的第四系沉積物，以細(xì)顆粒為主，地下水位較淺，在地勢(shì)低洼或水草茂盛的地方，多為過(guò)去的河漫灘湖泊等，該區(qū)多分布有一層或多層較厚的帶狀或透鏡體狀的軟土。軟土的分布厚度也不均勻，軟土的性狀也相差較大。表面的地形主要為第四系全新統(tǒng)沖積層，表層粉質(zhì)粘土為主，未見(jiàn)基巖出露，局部見(jiàn)沖湖積淤泥及淤泥質(zhì)土，下部未上更新的砂土、粘性土。

（1）根據(jù)地層巖性、時(shí)代成因、物理力學(xué)性質(zhì)，主要的地層分布為：第四系全新統(tǒng)沖積、沖洪積層（）遍布路線(xiàn)區(qū)，上覆蓋約2 m～4 m的可塑～硬塑狀褐黃色、黃褐色粉質(zhì)粘土層及灰褐、深灰色淤泥質(zhì)土，軟塑～流塑狀，局部含較多的有機(jī)質(zhì)及腐殖質(zhì)。其中沖洪積層總體軟土要比沖積層區(qū)發(fā)育;于池塘密集區(qū)分布時(shí)，基本地表軟土大面積發(fā)育;于零星的池塘底分布時(shí)，軟土厚度薄，厚度一般小于1.5 m，清表或挖除換填即可。

（2）第四系上更新統(tǒng)沖積層。主要分布于全新統(tǒng)沖積層下，出漏地層為粘性土及砂、礫石層。粘性土主要為黃褐色、褐黃色、可塑～僵硬狀態(tài)，隙中充填灰白色礦物及鐵錳質(zhì)結(jié)核或薄膜，多具弱膨脹性，該層屬相對(duì)不透水層、承載力中等，壓縮性較低，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。粘性土中間發(fā)育砂、礫石層，層厚一般7 m～30 m，發(fā)育有粉砂、細(xì)砂等。

軟土一般包括（）淤泥質(zhì)粘性土和（）飽和軟弱粘性土。飽和軟弱粘性土是指含水量W接近或大于35%、孔隙比接近于1、液性指數(shù)IL接近或大于1、軟塑～流塑、壓縮系數(shù)一般大于0.5 MPa-1、容許承載力低于150 kPa的土體，具有高壓縮性，屬軟土的范疇。

（3）江漢平原軟土分布的特點(diǎn)。江漢平原的軟土地基處理的厚度一般在不大于15 m（如超過(guò)15 m一般采用橋梁通過(guò)的方法），如前所述，軟土間夾透鏡體，在軟土以下部位一般為粉砂、卵石等分布，有利于其排水固結(jié);而在魚(yú)塘、藕塘等局部段落，軟土一般為淤泥，其含水量超過(guò)90%、天然孔隙比超過(guò)，具有高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低、極易發(fā)生失穩(wěn)破壞等特點(diǎn)。

3 江漢平原地區(qū)常用的軟土地基處理方法

軟土地基上高速公路路基的修建，路基的修建主要表現(xiàn)為沉降與穩(wěn)定問(wèn)題，在進(jìn)行軟土地基的處理設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行路基的穩(wěn)定及沉降計(jì)算，在滿(mǎn)足路基穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，使路基的工后沉降量滿(mǎn)足規(guī)范的要求。

江漢平原軟土地基上高速公路常采用清淤換填法、排水固結(jié)法以及復(fù)合地基方法等[2]。

3.1 清淤換填處理

在江漢平原地區(qū)，由于存在著大量的河塘，部分段落也在表層存在著三米以下的軟土，對(duì)于非河塘段落三米以下的軟土，其軟土一般為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，土體具有較快的沉降穩(wěn)定速度，計(jì)算工后沉降量一般可滿(mǎn)足規(guī)范的要求，可采用地基不處理的方法，通過(guò)施工期間路基的自重進(jìn)行預(yù)壓，達(dá)到減小工后沉降量的目的;而對(duì)于河塘段落的淤泥，由于淤泥具有抗剪強(qiáng)度低、壓縮性大等特點(diǎn)，則應(yīng)盡可能采用清淤換填的方案。

目前由于工期以及環(huán)保的限制等原因，對(duì)于河塘段落的淤泥處理，常采用攪拌樁的方法處理淤泥地基，但由于河塘段落的淤泥含水量及天然孔隙比均較大、且含有大量的腐殖質(zhì)，攪拌樁的成樁效果不理想，樁身的強(qiáng)度較低，對(duì)于這些段落的處理，應(yīng)采用清淤換填的方法，即清除淤泥，換填當(dāng)?shù)氐暮由暗炔牧?，避免由于處理效果較差而造成路基的沉降過(guò)大甚至造成局部失穩(wěn)等現(xiàn)象。

江漢平原某高速公路對(duì)于河塘段落的軟土地基，均采用清除淤泥換填河砂等處理方法，通車(chē)后地基的工后沉降量均滿(mǎn)足要求，未出現(xiàn)橫向、縱向裂縫，也沒(méi)有明顯的橋頭跳車(chē)等現(xiàn)象，地基處理的效果良好;而某高速公路的一段路基左幅處于河塘段落，右幅為正常路基段，河塘段軟土的厚度約為3 m，地基左幅河塘采用攪拌樁處理的方案，但在路基的施工過(guò)程中即發(fā)現(xiàn)左幅路基的沉降明顯大于右幅的沉降，通車(chē)后的左幅的沉降也明顯大于右幅的沉降。通車(chē)前左側(cè)的累計(jì)沉降量為326 mm，路中間的累計(jì)沉降量290 mm，右側(cè)的觀(guān)測(cè)點(diǎn)其累計(jì)沉降量56 mm，左側(cè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)通車(chē)前的月沉降速率為19 mm，中間觀(guān)測(cè)點(diǎn)為14 mm，右邊觀(guān)測(cè)點(diǎn)的月沉降速率為2.6 mm，仍然為左邊觀(guān)測(cè)點(diǎn)的沉降量明顯大于中間觀(guān)測(cè)點(diǎn)的沉降量，預(yù)計(jì)左幅通車(chē)后有著較大的工后沉降量。

經(jīng)過(guò)約26個(gè)月的通車(chē)試運(yùn)行，左側(cè)的沉降量為116 mm，右側(cè)的沉降量為17 mm，左側(cè)地基的沉降量明顯大于右側(cè)的沉降量，且在右側(cè)出現(xiàn)了明顯的跳車(chē)現(xiàn)象，為避免明顯的跳車(chē)現(xiàn)象，已經(jīng)實(shí)施了加鋪一層瀝青混凝土。

3.2 塑料排水板處理與攪拌樁處理軟土地基的沉降量比較[3]

3.2.1 施工期間其沉降量的對(duì)比

由于江漢平原的軟土大部分為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，軟土以下分布著的卵石層或粉砂層，有利于地基的排水固結(jié)，采用排水固結(jié)法處理地基往往能取得較好的效果。在江漢平原的軟土地基處理中，采用塑料排水板作為豎向排水體，然后在路基上采用等超載預(yù)壓的方法加速孔隙水的排出，一般預(yù)壓的時(shí)間為6個(gè)月。

目前常采用攪拌樁處理橋頭及結(jié)構(gòu)物地基，以期達(dá)到提高地基的強(qiáng)度，減少地基的總沉降量的目的，但由于本地基部分段落含水量較大，攪拌樁處理后地基的沉降總沉降量仍較大。

江漢平原某高速公路采用攪拌樁、CFG樁處理橋頭及結(jié)構(gòu)物地基，采用塑料排水板處理一般路段的地基，通車(chē)后地基未發(fā)生較大的工后沉降量，行車(chē)平穩(wěn)舒適，有必要對(duì)兩種地基的處理方法的沉降量進(jìn)行對(duì)比，以期發(fā)現(xiàn)其沉降的規(guī)律。

路基的填筑時(shí)間約為8個(gè)月，在路基完成后，采用在路床頂加載預(yù)壓，預(yù)壓的高度為1.2 m～1.5 m，預(yù)壓的時(shí)間約為6個(gè)月。為研究其沉降變形規(guī)律，共統(tǒng)計(jì)了50個(gè)采用復(fù)合地基處理的橋頭及小構(gòu)的段落，與復(fù)合地基處理的相鄰段落則采用塑料排水板處理，兩種不同處理斷面的間距不超過(guò)30 m，因兩個(gè)斷面的間距較小，地基的沉降量能充分說(shuō)明兩種地基處理方法的效果，對(duì)復(fù)合地基及塑料排水板各50個(gè)觀(guān)測(cè)斷面的總沉降量、施工期沉降量及預(yù)壓期的沉降量進(jìn)行比較。

由于處理方法的不同，兩種地基處理方法確實(shí)存在著沉降差，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，攪拌樁處理地基的總沉降量明顯小于塑料排水板處理的沉降量，采用塑料排水板處理地基的總沉降量約為46.8 cm，攪拌樁處理地基的沉降量為36.7 cm，塑料排水板處理后地基的總沉降量要大于攪拌樁處理的沉降量約10 cm，路基施工期及預(yù)壓期塑料排水板的沉降量也明顯大于攪拌樁處理的沉降量，但預(yù)壓期的沉降差要小于施工期的沉降差，說(shuō)明隨著時(shí)間的推移，其沉降差也逐漸減小，特別是經(jīng)過(guò)6個(gè)月的預(yù)壓，路面施工期間塑料排水板的沉降量與攪拌樁處理段落的沉降量基本相當(dāng)，路面施工期間的沉降量分別為1.3 cm及1.2 cm。值得說(shuō)明的是不均勻沉降差并沒(méi)有造成地基的橫向裂縫，這主要是由于路堤的不均勻沉降是在路基的填筑過(guò)程中逐漸發(fā)生的，并非突然一次發(fā)生，且路堤本身具有一定抗變形的能力，故沒(méi)有出現(xiàn)由于不均勻沉降引起明顯的橫向裂縫。

3.2.2 工后沉降量的對(duì)比

通車(chē)46個(gè)月觀(guān)測(cè)其工后沉降量，采用復(fù)合地基處理的段落其工后沉降量平均約為4.1 mm，采用塑料排水板處理的段落其工后沉降量也為4.1 mm，軟土較厚段落的塑料排水板處理后的工后沉降量要大于復(fù)合地基處理后的工后沉降量，絕大部分段落兩種地基處理方法處理后的工后沉降量基本一致，說(shuō)明兩種地基處理方法的效果基本相當(dāng)。

工程實(shí)例表明在江漢平原軟土地基，采用塑料排水板或粉噴樁處理軟土地基，加上6個(gè)月的預(yù)壓期，其工后沉降量可以滿(mǎn)足規(guī)范的要求，且兩種處理方法處理的效果基本相當(dāng)。圖1為兩種地基處理方法不同施工階段的沉降量值。

4 結(jié)論

江漢平原的軟土地基具有軟土分布較廣、軟土厚度變化大等特點(diǎn)，軟土以下分布著卵石層或粉砂層，有利于地基的排水固結(jié);而對(duì)需要提高地基的強(qiáng)度、減少地基總沉降量的地基宜采用復(fù)合地基的處理方法;對(duì)于河塘局部的軟土地基，由于河塘的淤泥具有含水量高、孔隙比大的特點(diǎn)，且富含腐殖質(zhì)，攪拌樁的成樁效果較差，如采用塑料排水板處理該類(lèi)型的地基，則由于地基的固結(jié)速度較慢，地基的強(qiáng)度不易提高，對(duì)于此類(lèi)地基，應(yīng)采用清淤換填的處理方法。

由于本地區(qū)的軟土具有排水速度較快的特點(diǎn)，采用塑料排水板處理地基，經(jīng)過(guò)6個(gè)月的等超載預(yù)壓，可有效減少地基的工后沉降量，使之滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)工后沉降量的要求，地基處理的效果與采用攪拌樁處理的效果基本相當(dāng)。

參考文獻(xiàn)：

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