公路施工中軟土地基處理技術(shù)分析及其應(yīng)用分析

聶先祿

摘要：隨著我國(guó)公路網(wǎng)的不斷拓展，公路建設(shè)等級(jí)要求也不斷提高，但由于部分地區(qū)地質(zhì)的影響，導(dǎo)致公路線路路基下方存在較深的軟土層，如果不進(jìn)行恰當(dāng)?shù)牡鼗幚?，后期公路在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)地基沉降、差異沉降過(guò)大等情況，這些將嚴(yán)重影響公路的正常運(yùn)行使用，同時(shí)也將直接影響公路地基的承載力。因此公路施工中的軟土地基處理技術(shù)就十分重要，本文針對(duì)其技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，并討論其實(shí)際應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：公路施工;軟土地基處理;分析;應(yīng)用

我國(guó)社會(huì)水平的快速提高，離不開(kāi)公路工程的進(jìn)步，公路工程不僅提升了我國(guó)的交通水平，更能有效促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的而發(fā)展。公路施工中，經(jīng)常會(huì)遇到軟土路基的情況，軟土路基土質(zhì)含水量很高，土質(zhì)地間隙很大，如不進(jìn)行妥善處理，會(huì)嚴(yán)重影響公路的質(zhì)量以及壽命，導(dǎo)致公路裂縫、甚至是塌陷的產(chǎn)生，大大降低了公路的安全系數(shù)，因此要對(duì)公路施工中的軟土路基進(jìn)行妥善的處理，軟土路基處理技術(shù)就誕生了。

我國(guó)的軟土路基發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一、上個(gè)世紀(jì)70年代，由于軟土路基處理技術(shù)不成熟，公路施工主動(dòng)繞開(kāi)軟土地區(qū);第二、上個(gè)世紀(jì)80年代至90年代，軟土路基處理技術(shù)有了一定的發(fā)展，公路軟土路基施工得以展開(kāi);第三、上個(gè)世紀(jì)末至今，軟土路基處理技術(shù)逐漸成熟，處理方案多元化。

一、 軟土的研究

（一） 軟土的定義

軟土指的是天然含水率高、天然孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高的細(xì)粒土，包括淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土等。軟土的構(gòu)成主要由環(huán)境決定，通常是由于湖泊、沼澤或沿海等水域中形成的，主要由粘土和粉土顆粒組成，軟土中的粘土成分和水分子形成了很強(qiáng)的結(jié)合，因此軟土通常含有較多水。

軟土的物理特性有：含水量高（高達(dá)180%），孔隙率高（液限在40%-60%），軟土的壓縮性和抗剪強(qiáng)度是受含水量和孔隙率影響的;滲透性弱，由于軟土含水量較高，處于飽和狀態(tài)，導(dǎo)致其滲透性較差，孔隙壓力較大;壓縮性高，軟土層壓縮系數(shù)為0.5至1.5MPa-1，甚至可以達(dá)到4.5MPA-1，壓縮系數(shù)一般約為0.35至0.75，自然狀態(tài)的軟土層是固結(jié)狀態(tài)的，但是也有部分地區(qū)是超固結(jié)狀態(tài)，也有部分地區(qū)屬于欠固結(jié)狀態(tài)（海邊），固結(jié)狀態(tài)是影響軟土變形的重要參數(shù)，當(dāng)軟土處于超固結(jié)狀態(tài)時(shí)，其應(yīng)力若未超過(guò)之前超固結(jié)的壓力，產(chǎn)生的地基沉降可以忽略不計(jì)，因此應(yīng)加強(qiáng)軟土固結(jié)狀態(tài)參數(shù)的測(cè)定。

（二） 軟土的性質(zhì)

其一，透氣性差。軟土層的滲透系數(shù)在較小，因此固結(jié)速度很慢。土壤有機(jī)物含量較高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)氣泡，從而降低了土壤的滲透性，這導(dǎo)致了軟土層基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定過(guò)程較長(zhǎng)，地基土強(qiáng)度增長(zhǎng)非常緩慢，不利于軟土層基礎(chǔ)的施工。此外，軟土層的滲透性具有各向異性，水平滲透能力要比垂直滲透能力好，尤其是含有水平砂層的軟土層，其水平滲透能力更強(qiáng)，這是一個(gè)可以利用的因素。

其二，抗剪強(qiáng)度低。軟土層抗剪強(qiáng)度低和固結(jié)排水度密切相關(guān)的。當(dāng)軟土層不排水時(shí)，內(nèi)摩擦角近似為0，通常軟土層的抗剪強(qiáng)度不大于20kPa。實(shí)際土工試驗(yàn)中軟土的抗剪強(qiáng)度會(huì)在5至25kPa的范圍內(nèi)變化，內(nèi)摩擦角在20至35度之間變化，若軟土基礎(chǔ)再載荷的影響下進(jìn)行固結(jié)排水，其強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，固結(jié)速率加快，軟土層強(qiáng)度會(huì)明顯上升。

其三，流變特性。軟土承受載荷時(shí)，會(huì)發(fā)生剪切變形，從而進(jìn)一步降低軟土層的抗剪強(qiáng)度，軟土層發(fā)生一次固結(jié)后很可能會(huì)發(fā)生更大的二次固結(jié)。

二、 常用的軟土地基處理方法

軟土地基的特性決定它不能直接進(jìn)行路基建設(shè)，要進(jìn)行相應(yīng)的改造。軟土地基處理效果將直接影響公路的整體質(zhì)量以及使用壽命，常用的軟土地基處理方法有以下幾個(gè)：

（一） 砂墊層法

砂墊層法是在軟土路基頂鋪設(shè)砂墊層，砂墊層的厚度、寬度等要根據(jù)具體施工情況而定，太厚的砂墊層會(huì)影響施工，太薄又達(dá)不到排水效果。砂墊層若作為軟土路基的上部排水層，從而加速路基固結(jié)沉降，縮短固結(jié)周期，若作為下部排水層，可以降低水位，改善路基施工條件。砂墊層法不需要額外的設(shè)備進(jìn)行施工，同時(shí)操作方法簡(jiǎn)單，它主要適用于四種軟土路基情況的處理：極限高度是路基高度的兩倍以上;軟土表層滲透性較高;軟土層厚度不大、或是可以進(jìn)行雙排水;工期較長(zhǎng)。

砂墊層法使用時(shí)，要注意砂的選用，最好中砂或粗砂，砂顆粒的不均勻系數(shù)小于5，含量在3%至5%之間。砂墊層利用挖掘機(jī)和推土機(jī)進(jìn)行攤鋪，要注意攤鋪的均勻程度，從而保證軟土路基受到是均勻載荷。路基土成分為粉土類土?xí)r，土壤的透水性會(huì)交叉，鋪設(shè)砂墊層可能會(huì)阻礙側(cè)向排水，因此要進(jìn)行砂墊層側(cè)部的處理。路堤填筑時(shí)，要保證填筑速度適中，保證加載速度能適應(yīng)地基承載力，不破壞地基。

（二） 穩(wěn)固劑表層處理法

穩(wěn)固劑表層處理法利用生石灰、熟石灰以及水泥等土壤穩(wěn)固材料，摻入軟土地基表層土壤中，從而改善地基的壓縮性，提高地基前度，為作業(yè)提高良好基礎(chǔ)條件，提高路堤填土的壓實(shí)效果。在進(jìn)行具體地基整治前，應(yīng)先將軟土排水曬干，防止平地機(jī)等機(jī)械陷入土中。作為穩(wěn)固劑的水泥、石灰不能在工地大量堆積，最好堆放足夠一天使用的量，最多不能堆放超過(guò)三天的使用量，因?yàn)槭?、水泥等材料都比較容易受潮，長(zhǎng)期放置會(huì)變質(zhì)。

軟土路基穩(wěn)固劑的表面厚度應(yīng)根據(jù)具體的施工情況來(lái)定，通常在30至60cm之間，適宜的厚度能獲得最大的排水效果，同時(shí)能減少成本投入。摻入穩(wěn)固劑的重要環(huán)節(jié)有兩個(gè)：壓實(shí)、養(yǎng)生。在摻入水泥、熟石灰等穩(wěn)固劑并在最后一次拌和后立即進(jìn)行壓實(shí);在摻入生石灰時(shí)，剛開(kāi)始拌和的時(shí)候要進(jìn)行碾壓處理，在生石灰進(jìn)行水解以后進(jìn)行二次碾壓，最后進(jìn)行壓實(shí)，這樣可以一定程度上提升強(qiáng)度，減少養(yǎng)護(hù)的次數(shù)，但是不論現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件如何，都應(yīng)做好第一周的養(yǎng)護(hù)工作。

（三） 其他常見(jiàn)方法

強(qiáng)夯法，不適用厚層淤泥以及淤泥質(zhì)地質(zhì)的固結(jié)排水工作，但是對(duì)于大多數(shù)常規(guī)土質(zhì)的固結(jié)排水效果較好。

換填法，將軟質(zhì)土層清除后用較硬的材料換填，比如片石、鵝卵石、鋼渣等材料換填，可以獲得較好的路基處理效果。換填法適用于軟質(zhì)土層較淺的路基改良，較深的軟質(zhì)土層若應(yīng)用換填法是十分不經(jīng)濟(jì)的。

水泥攪拌樁法，我國(guó)在1978年就開(kāi)始廣泛采用水泥攪拌樁法（濕干法），它是利用灌入孔內(nèi)的水泥與周圍土體混合來(lái)形成一種強(qiáng)度較高的復(fù)核樁體，各孔經(jīng)過(guò)濕干法處理后可以與周圍軟土結(jié)合，形成連續(xù)、強(qiáng)度較高的軟土路基層，穩(wěn)定性較強(qiáng)、沉降量較低，是我國(guó)常用的一種軟土路基處理方法。

靜力排水固結(jié)法，在軟土路基上設(shè)置靜力載荷，將土體內(nèi)水分逐漸排除，降低孔隙比，加快土體固結(jié)，土壤的超靜水壓力會(huì)逐漸減小，土體應(yīng)力逐漸增強(qiáng)，進(jìn)而提高軟土層的抗剪強(qiáng)度，提前沉降。靜力排水固結(jié)法可以有效解決軟土路基二次沉降以及穩(wěn)定性問(wèn)題。靜力排水固結(jié)法會(huì)讓路基沉降提前，同時(shí)提升了軟土層的應(yīng)力強(qiáng)度，因此可以很好解決前面兩個(gè)問(wèn)題。

三、 公路工程中軟土路基處理技術(shù)的應(yīng)用

（一） 公路工程項(xiàng)目概述

本工程的軟土路基處理設(shè)計(jì)主要分布在三個(gè)區(qū)域，（1）銅盂互通工程主線K25+380～K25+860、D閘道DK0+090～DK0+237;（2）銅盂互通與練江特大橋之間主線路基K25+860～K26+216;（3）練江特大橋與北環(huán)高架橋之間主線路基K27+582～K28+504。路線處理長(zhǎng)度：1905米。

軟土路基的處理方式為：（1）袋裝沙井等載;（2）A型素砼樁+袋裝沙井;（3）B型素砼樁。袋裝沙井的直徑7cm，A型和B型素砼樁直徑40cm。

袋裝沙井打入深度5.3～20米，布置間距0.9～2.3米;素砼樁打入深度8～25.5米，布置間距1.8～2.3米。布置方式為等邊三角形。素砼樁頂部設(shè)置0.8*0.8m，高度0.3米C20砼樁帽。

（二） 袋裝沙井處理

利用袋裝砂井進(jìn)行軟基處理時(shí)，可以遵從下述施工規(guī)范：（1）袋裝砂井放樣時(shí)按路線橫向S、縱向0.86S布置袋裝砂井S為砂井間距，并注意按等邊三角形布置。（2）文件中袋裝砂井的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度是按現(xiàn)有地質(zhì)資料確定的平均值，具體施工時(shí)可能會(huì)與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度有一定的偏差，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)施打情況適時(shí)調(diào)整袋裝砂井長(zhǎng)度。（3）袋裝砂井施工應(yīng)在鋪設(shè)砂墊層后、鋪設(shè)土工格柵之前進(jìn)行。袋裝砂井留出孔口長(zhǎng)度應(yīng)保證伸入砂墊層不小于0.6m。施工完成后可將袋裝砂井出露端彎折埋置于砂墊層，整平砂墊層。（4）袋裝砂井采用袋裝砂井打設(shè)機(jī)具。袋裝砂井可采用錘擊法和振動(dòng)法施工。（5）施工時(shí)導(dǎo)軌應(yīng)垂直，鋼套管不得彎曲;打設(shè)時(shí)應(yīng)用經(jīng)緯儀或重錘控制垂直度。施工過(guò)程中應(yīng)保證袋裝砂井連續(xù)不斷。施工時(shí)應(yīng)采取措施減少對(duì)周邊土體的擾動(dòng)。

（三） 素砼樁處理

素砼樁一般情況下采用振動(dòng)沉管法施工，對(duì)于施工點(diǎn)靠近對(duì)沉降敏感的建筑物時(shí)，應(yīng)改用長(zhǎng)螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓灌注成樁法，并取消樁間的袋裝砂井。此次利用素砼樁進(jìn)行軟基處理，需要注意下述幾個(gè)方面的步驟：（1）嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量。實(shí)施時(shí)嚴(yán)格按批準(zhǔn)的配合比進(jìn)行投料拌和，拌和時(shí)間不得少于60秒，同時(shí)須控制坍落度及和易性，下料均勻流暢。（2）振動(dòng)沉管工法∶當(dāng)施工準(zhǔn)備工作結(jié)束，具備鉆鈷機(jī)施工條件后，首先鉆機(jī)就位，當(dāng)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度后，不加壓原地空轉(zhuǎn)105，然后邊振邊拔管，每提升2m，則繼續(xù)留振10s，，當(dāng)拔管離地表2m時(shí)，拔管速度應(yīng)放慢至小于1/=in，且每米留振20s。（3）長(zhǎng)螺旋鉆孔內(nèi)泵壓混凝土工法∶當(dāng)施工準(zhǔn)備工作結(jié)束，具備鉆機(jī)施工條件后，首先鉆機(jī)就位，當(dāng)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度后，不加壓原地空轉(zhuǎn)20s，然后將鉆頭提離孔底10cm左右，同時(shí)開(kāi)始泵送混合料，直至樁頂設(shè)計(jì)高程。.

（四） 擋土墻防護(hù)處理

本項(xiàng)目在半路半橋，局部路段放坡受限路段，為了保證路基的穩(wěn)定性、方便施工、不致路基放坡太遠(yuǎn)，或占用地方道路、河流、民房，設(shè)置了擋土墻。本項(xiàng)目主要采用重力式擋土墻、衡重式擋土墻。軟基段擋墻高度超過(guò)4m時(shí)，則采用懸臂式擋土墻或扶壁式擋土墻。

對(duì)于沿線圬工擋土墻路段，在護(hù)坡道處按一定間距種植攀藤植物和常綠樹(shù)木。對(duì)于擋土墻外的自然邊坡，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其加強(qiáng)綠化防護(hù)。

（1）擋土墻路堤穩(wěn)定性計(jì)算：

①擋土墻路堤沿斜坡地基或軟弱層帶滑動(dòng)的穩(wěn)定性采用不平衡推力法進(jìn)行分析計(jì)算。

在計(jì)算工作中，先給定穩(wěn)定安全系數(shù)，計(jì)算最后一塊土條的剩余下滑力，當(dāng)剩余下滑力小于零時(shí)，路堤穩(wěn)定;等于零，路堤處于極限平衡狀態(tài);大于零，表明路堤不穩(wěn)定。土的物理力學(xué)性治指標(biāo)采用直接快剪指標(biāo)，穩(wěn)定安全系數(shù)取1.30。

②滑面選擇

計(jì)算滑面為自然坡面、土層與巖層分界面。

③水荷載的影響

經(jīng)地質(zhì)勘察和現(xiàn)場(chǎng)踏勘，發(fā)現(xiàn)地下水位埋深都較深，因此計(jì)算時(shí)未考慮地下水的影響。

④地震烈度：本項(xiàng)目區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度為0.2g（K15+530之前）和0.15g（K15+530之后），根據(jù)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 004-89）規(guī)定，考慮相應(yīng)段落地震作用的影響。

⑤汽車荷載

本項(xiàng)目根據(jù)路基設(shè)計(jì)規(guī)范，將汽車荷載換算成等代均布土層，土層厚度按下式計(jì)算：

h0=q/γ

其中，q取20kN/m2;γ取19 kN/m3。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)

①墻后填土：綜合內(nèi)摩擦角φ=35°、容重γ=19KN/m3;

②基底摩擦系數(shù)f=0.4。

本工程采取上述方法處理后，大大減少了路基工后沉降，確保了工程質(zhì)量，取得了較好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

四、結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)公路工程的軟土地基處理技術(shù)已經(jīng)較為完善，發(fā)展也較為迅速，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)、沉降監(jiān)測(cè)等工作，施工單位應(yīng)做好軟土地基處理技術(shù)的選擇，同時(shí)注重處理技術(shù)的革新。

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（作者單位：中鐵隧道局集團(tuán)建設(shè)有限公司）