軟基處理施工技術(shù)在市政公路施工中的應(yīng)用

吳建偉

（甘肅圓峰交通工程有限公司，甘肅蘭州730011）

0 引言

軟土地層廣泛分布于我國的盆地、湖泊、沿海等區(qū)域，在城市不斷發(fā)展的過程中，土地資源的利用量不斷增加，原本不利于市政公路建設(shè)的軟土地基也需要進(jìn)一步開發(fā)。相對而言，軟土地基有比普通地基更大的含水量，孔隙比較大以及含有有機(jī)質(zhì)，存在承載能力差、易壓縮等影響公路穩(wěn)定性的問題。為了確保軟土地基的穩(wěn)固性，市政公路施工單位通常需要綜合應(yīng)用各類軟土地基處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對地基的加固處理，避免在公路運(yùn)行期間出現(xiàn)大面積沉降、承載力不足等問題。

1 軟土地層的參數(shù)指標(biāo)及分類介紹

軟土地層通常指具有1.0 以上孔隙比的細(xì)顆粒土，此類土層往往具有較低的抗剪強(qiáng)度、較高的壓縮性并蘊(yùn)含了大量天然水分[1]。一般而言，軟土地層在不進(jìn)行排水處理的情況下，具有30kPa 以下的抗剪強(qiáng)度，壓縮系數(shù)通常超過了0.5MPa-1，其內(nèi)部還具有大量的有機(jī)質(zhì)組分。軟土地層按特性通?？梢苑譃槟嗵抠|(zhì)土、泥炭土、淤泥、淤泥質(zhì)土、軟黏土幾大類。軟土地層的詳細(xì)指標(biāo)見表1。

表1 軟土鑒別指標(biāo)表

軟土地層的出現(xiàn)與所處環(huán)境有關(guān)，關(guān)鍵在于水環(huán)境。當(dāng)?shù)貙訁^(qū)域存在流速緩慢乃至靜止的水流時，大量泥炭、砂石、有機(jī)質(zhì)在氧氣含量較少的水環(huán)境中會沉降，形成各類軟土地層。不同的沉降環(huán)境所形成的軟土地層也有所不同，主要分為河灘溝谷沉降、河湖沉降以及海濱沉積等幾種類型；按照所處區(qū)域不同，可以分為谷地、斜坡軟土；按照母巖結(jié)構(gòu)組分可以分為碎屑巖、碳酸鹽巖、碳質(zhì)巖、花崗巖、膨脹土等各種軟土地層。

2 市政公路施工中的軟基處理技術(shù)分析

在處理軟基時，施工單位需要以提升路基承載能力為目標(biāo)，采取預(yù)壓、換土、排水等處理技術(shù)，確保地層具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，避免在上層鋪設(shè)市政公路時，出現(xiàn)路基沉降等穩(wěn)定性不足的問題。施工單位還需要對地基的變形率進(jìn)行控制，避免因上部載荷的影響，出現(xiàn)較大的縱向沉降或橫向位移。根據(jù)技術(shù)原理的差異性，施工單位常用的軟基處理技術(shù)可以分為土質(zhì)改良和復(fù)合地基兩類。土質(zhì)改良主要包括真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓、擠淤置換、換土墊層等技術(shù)；復(fù)合地基主要包括強(qiáng)夯置換、水泥土攪拌樁等技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用時，可以將多種技術(shù)融合應(yīng)用。下面對市政公路施工中常用的軟基處理技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)論述。

2.1 堆載預(yù)壓法

堆載預(yù)壓法的原理是通過加壓的方式，將軟基中所蘊(yùn)含的大量水分排出，實(shí)現(xiàn)對地層的加固處理。在現(xiàn)場施工階段，施工單位需要將預(yù)載壓力施加在道路施工區(qū)域的地基之上，通過砂井、排水板等將孔隙水從軟土層中導(dǎo)出。在孔隙水不斷排出的情況下，軟基會不斷沉降，土層也在固結(jié)的過程中不斷提升自身強(qiáng)度，進(jìn)而滿足后續(xù)的公路建設(shè)需求。在堆載預(yù)壓法應(yīng)用過程中，施工人員需要做好堆載預(yù)壓區(qū)域的檢測分析工作，結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行加壓、填土等操作，通過壓實(shí)、沉降、固結(jié)等工序提升地基強(qiáng)度，避免出現(xiàn)路堤沉降等影響道路穩(wěn)定性的問題。相對而言，堆載預(yù)壓法適用于各類軟基環(huán)境，不僅操作簡單，所應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備以及材料也相對較少。然而，堆載預(yù)壓法需要經(jīng)過較長時間的加壓后，方可滿足需求，這將導(dǎo)致公路建設(shè)效率受到影響，而且在深層飽和軟土區(qū)域，大量的堆載以及緩慢的排水固結(jié)效率往往容易影響市政公路的施工進(jìn)度。

2.2 真空預(yù)壓法

在排水固結(jié)處理技術(shù)中，真空預(yù)壓法與堆載預(yù)壓法原理接近，兩者在公路建設(shè)時還可以聯(lián)合應(yīng)用，后文將進(jìn)行詳細(xì)論述。在技術(shù)應(yīng)用期間，施工人員需要將大氣壓堆載于地基上方。在應(yīng)用之前，需要利用塑料排水帶或砂井等構(gòu)建豎向排水通道并布置于加固區(qū)域，在地表鋪設(shè)砂墊層，應(yīng)能夠透水且層數(shù)為一層。在排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，施工人員需要在砂墊層上方布置各級大氣與土地的密封膜，并借助真空裝置，抽離砂井或塑料排水帶中的空氣，使密封膜內(nèi)部氣壓遠(yuǎn)低于外部氣壓。內(nèi)部土體在大氣壓差的作用下受到壓力，不斷將孔隙水排出，實(shí)現(xiàn)固結(jié)目的，真空預(yù)壓法的原理情況如圖1所示。在應(yīng)用過程中，施工人員需要做好技術(shù)指標(biāo)的控制工作，按照不低于80kPa 的標(biāo)準(zhǔn)對密封膜內(nèi)的真空度進(jìn)行控制，在施工范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)85%以上的固結(jié)度。在選擇真空抽氣設(shè)備時，也需要對施工范圍進(jìn)行控制，確保每天設(shè)備的工作范圍在1000～1500m2。

圖1 真空預(yù)壓法示意圖

2.3 換土墊層法

考慮軟土地基的缺陷，換土墊層法采用地層替換的方式實(shí)現(xiàn)加固處理的工作目標(biāo)。需要先借助設(shè)備將軟土挖出，把準(zhǔn)備的具有抗腐蝕、穩(wěn)定特性的砂石等材料分層鋪設(shè)在挖空的地層區(qū)域，借助機(jī)械設(shè)備將鋪設(shè)的土層壓實(shí)，使其滿足公路運(yùn)行的需求[2]。換土墊層法能快速增強(qiáng)地基的承載能力，有效解決排水固結(jié)緩慢等問題，對于膨脹土、濕陷性黃土等土層缺陷具有良好的治理效果，但成本相對較高。換土墊層法應(yīng)用期間的砂墊層應(yīng)力情況如圖2所示。

圖2 換土墊層法中的砂墊層應(yīng)力分布

2.4 擠淤置換法

擠淤置換法在應(yīng)用時，需要同步開展擠淤、填充碎石以及強(qiáng)夯等各種工作，將原本的淤泥軟土地基替換為具有更強(qiáng)承載能力的碎石墩體，大幅度減少地基的沉降量。在擠淤換填的過程中，施工人員可以采取爆炸、壓載以及震動等方式，針對擠出軟土后的地基，結(jié)合換填的尺寸范圍進(jìn)行填料的選型工作，通過合理的計算做好滑移穩(wěn)定性、土層沉降量的優(yōu)化控制工作。在實(shí)際應(yīng)用時，擠淤置換法對于淤泥質(zhì)土以及淤泥土層且土層厚度較薄的環(huán)境，具有較強(qiáng)的應(yīng)用效果。

2.5 水泥土攪拌樁復(fù)合地基法

水泥土攪拌樁復(fù)合地基法需要借助固化劑對軟土進(jìn)行固化處理，主要材料為石灰以及水泥。使用深層攪拌機(jī)鉆入軟土地層，并將石灰和水泥材料與軟土拌和，通過軟土與兩種材料的反應(yīng)改變原有的土層結(jié)構(gòu)，形成具有更高強(qiáng)度和穩(wěn)定性的加固土，確保在上方修建的市政公路不會在運(yùn)行期間出現(xiàn)沉降、位移等問題[3]。在實(shí)際操作時，施工單位通常會采用攪拌土體+固化劑漿液或者攪拌土體+固化劑粉末的方式開展施工，相關(guān)工序如圖3所示。水泥土攪拌樁復(fù)合地基法在應(yīng)用時，無須如換土墊層法一般對原有的軟土挖掘替換，不會因?qū)ν馏w的鉆入與攪拌導(dǎo)致地基承受側(cè)向擠壓應(yīng)力。在施工期間，不會對城市周邊造成較大的施工噪聲和環(huán)境污染。對市政道路周邊的管道建筑不會產(chǎn)生較大影響，可以靈活選擇塊狀、柱狀等多種攪拌樁類型，還可以結(jié)合載荷以及公路結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化布置。

圖3 水泥土攪拌樁復(fù)合地基法工序示意圖

2.6 旋噴樁復(fù)合地基法

旋噴樁復(fù)合地基法是復(fù)合地基技術(shù)的一種。在應(yīng)用時，需要借助鉆機(jī)完成地層鉆孔工作，借助孔洞將注漿管插入到指定位置，通過高壓泵提供的20MPa的壓力將漿液噴射到軟土層之間，實(shí)現(xiàn)漿液與軟土的混合固化，具體施工工序如圖4所示[4]。在實(shí)際應(yīng)用時，施工單位需要靈活選擇擺噴、旋噴以及定噴等噴射方式，實(shí)現(xiàn)對樁基固化形狀的優(yōu)化控制。

圖4 旋噴樁復(fù)合地基法施工順序示意圖

3 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法的應(yīng)用分析

3.1 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法的工藝和施工方法

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法融合了堆載預(yù)壓以及真空預(yù)壓兩種技術(shù)，在施工過程中，需要嚴(yán)格按照施工工序開展作業(yè)，工序流程包括：排干公路施工區(qū)域的地表水—平整施工區(qū)域—圍堰建造—土工格柵鋪設(shè)—土工布（防水）鋪設(shè)—砂墊層（風(fēng)化、濾水）鋪設(shè)—塑料排水板打設(shè)—淤泥等軟土空攪—濾水網(wǎng)埋設(shè)—檢測設(shè)備布置—壓膜溝挖掘—土工布鋪設(shè)（即保護(hù)密封膜）—三層密封膜布置—擋水埝與壓膜、真空泵連接及試驗(yàn)—十天穩(wěn)壓抽真空—土工布鋪設(shè)（保護(hù)密封膜）—分級堆載—監(jiān)測評估預(yù)壓效果—卸載。

3.2 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法施工的質(zhì)量控制

施工單位需要結(jié)合實(shí)際需求，做好兩種預(yù)壓固化技術(shù)應(yīng)用順序的控制工作。一方面，施工單位可以在真空預(yù)壓15 天左右時，內(nèi)部氣壓相對穩(wěn)定的情況下，開展堆載預(yù)壓工作；另一方面，施工單位也可以在地基沉降受真空預(yù)壓影響變得極為緩慢時，應(yīng)用堆載預(yù)壓技術(shù)[5]。在砂墊層鋪設(shè)施工期間，施工人員需要做好排水砂的質(zhì)量檢測工作，同時對真空泵、排水板等設(shè)備材料進(jìn)行功能驗(yàn)證和質(zhì)量核查工作，避免影響預(yù)壓效果。在打設(shè)塑料排水板期間，施工人員需要對其深度進(jìn)行合理控制，避免出現(xiàn)打設(shè)過深貫通地下水的情況，確保預(yù)壓固化效果不受地下水影響。在抽真空期間，施工人員需要對三層密封膜的狀態(tài)加強(qiáng)監(jiān)測力度，及時修復(fù)處理漏氣問題，避免影響后續(xù)的堆載預(yù)壓質(zhì)量。在填筑堆載料期間，施工人員需要按標(biāo)準(zhǔn)對填筑質(zhì)量進(jìn)行分層檢測，避免在不合格的填筑層上方施工。

4 結(jié)語

綜上所述，市政公路在施工過程中，通常會面臨軟土地基這類強(qiáng)度低、易沉降的施工環(huán)境。針對軟土地基，施工單位需要合理應(yīng)用堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、換土墊層法、擠淤置換法、水泥土攪拌樁復(fù)合地基法或旋噴樁復(fù)合地基法等軟基處理施工技術(shù)，做好軟土層固化處理工作，還可以聯(lián)合應(yīng)用堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)優(yōu)勢的融合，滿足市政公路工程的質(zhì)量和進(jìn)度要求。