軟土地基條件下的公路工程施工技術(shù)研究

張文貴

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

軟土地基是公路工程施工的常見問題之一，若未經(jīng)有效處理，可能導(dǎo)致不均勻沉降，使路面與其他構(gòu)筑物被破壞。因此，有必要結(jié)合公路工程的實(shí)際情況，在分析明確軟土分布情況、力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，按照軟土地基處理原則和標(biāo)準(zhǔn)，針對不同地段采取合理可行的軟土地基處理措施。

1 工程概況

某公路工程全長約58.4km，在沿線范圍內(nèi)主要包含以下構(gòu)造物：7 座特大橋、2 座大橋、16 座中橋、15 座小橋、114 處獨(dú)立涵洞、85 處通道與天橋、4 座分離式立交和2 處互通式立交。該公路線路從兩個(gè)地貌單元上跨越，沿線內(nèi)軟土分布和地形地貌、沉降環(huán)境都有密切關(guān)聯(lián)，全線軟土地基總長在27km 左右。軟土地基的存在除了影響沿線內(nèi)大中型構(gòu)造物的穩(wěn)定性與安全性，還會(huì)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)或不均勻沉降。對此，必須重視并做好軟土地基處理，保證公路施工與運(yùn)營安全。

2 軟土分布與力學(xué)參數(shù)

該公路所在地區(qū)的軟土地基分布相對廣泛，雖然地表存在厚度在1.0～3.0m 范圍內(nèi)的硬土層，但以過濕土為主，實(shí)際含水量保持在25%～40%范圍內(nèi)；軟土層的厚度保持在2～17m 范圍內(nèi)，實(shí)際含水量可以達(dá)到40%～50%，只有65～80kPa 的承載力，且孔隙比通常在1.5 以下。此外，絕大部分軟土層中還夾有砂層，局部軟土以淤泥質(zhì)亞砂土為主，其天然含水量為40%。從縱向看，軟土的實(shí)際埋深較淺，只有1～2m。除了設(shè)有高架橋的地段，其他地段的軟土層厚度都比較薄，不超過12m。為明確該公路工程軟土地基的力學(xué)特性，于現(xiàn)場進(jìn)行了靜力觸探和十字板剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)孔的孔數(shù)分別為215 個(gè)和34 個(gè)。在此基礎(chǔ)上開展了大量室內(nèi)試驗(yàn)，以此確定軟土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，見表1。

表1 公路軟土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，軟土鑒別可按照以下指標(biāo)進(jìn)行：天然含水量達(dá)到35%及以上或液限、天然孔隙比達(dá)到1.0 及以上，十字板剪切強(qiáng)度小于35kPa。該公路工程軟土鑒別將靜力觸探總貫入阻力作為主要指標(biāo)，當(dāng)該值不超過0.5MPa 時(shí)，為淤泥；當(dāng)該值大于0.5MPa，但不超過0.8MPa 時(shí)，為淤泥質(zhì)土。與之對應(yīng)，若通過鉆探取樣試驗(yàn)得出土體天然含水量不小于35%或液限、天然孔隙比不小于1.5，則為淤泥；若天然含水量不小于35% 或液限、天然孔隙比不小于1.0，但小于1.5，則為淤泥質(zhì)土。以上述判定標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，該公路沿線范圍內(nèi)分布的軟土以淤泥和淤泥質(zhì)土為主[1]。

3 軟土地基處理原則和標(biāo)準(zhǔn)

軟土地基處理主要目的在于使路堤在整個(gè)施工和運(yùn)營過程中不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，包括局部剪切破壞與整體剪切破壞，使強(qiáng)度與穩(wěn)定性都能達(dá)到要求，同時(shí)在正常使用過程中不會(huì)產(chǎn)生明顯的沉降及不均勻沉降，確保路基結(jié)構(gòu)完整，車輛能夠舒適、平穩(wěn)且安全地通行[2]。根據(jù)該公路工程的實(shí)際情況，軟土地基處理原則和標(biāo)準(zhǔn)為：

其一，保證路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，先分析路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，即通過計(jì)算確定當(dāng)固結(jié)度不小于80%時(shí)，路基整體能否達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)安全系數(shù)不小于1.25 時(shí)，優(yōu)先考慮固結(jié)排水方法，同時(shí)通過分析計(jì)算確定不同方案對應(yīng)的排水時(shí)間，據(jù)此選擇與建設(shè)周期及沉降要求完全相符的方案；當(dāng)安全系數(shù)不小于1.25 時(shí)，不可采用固結(jié)排水方法，建議采用復(fù)合地基，選擇與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況相適應(yīng)的方案。在確定了具體的地基處理方案之后，做好穩(wěn)定計(jì)算與沉降分析，以得出最終的穩(wěn)定系數(shù)與工后沉降[3]。

其二，做好工后沉降控制。該工程設(shè)計(jì)要求一次性完成路面鋪筑施工，按照完工15年之后的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對工后沉降予以嚴(yán)格控制。對于一般路段，工后剩余沉降不能超過30cm；對于橋頭路段，后臺填高的5～7倍范圍內(nèi)，工后剩余沉降不能超過10cm，同時(shí)還要按照要求設(shè)置長度足夠的過渡區(qū)；對于暗涵與暗通處，工后剩余沉降不能超過20cm。為滿足總工期的要求，對于一般路段，填土期與預(yù)壓期時(shí)間總和不能超過18 個(gè)月；對于反開挖路段，填土期與預(yù)壓期時(shí)間總和不能超過12 個(gè)月。對于壓縮層的厚度，按照附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值為0.15 進(jìn)行控制，并做好校核，結(jié)合建設(shè)工期方面的要求，確定具體的處理方案。路面施工時(shí)間的控制方法以沉降速率法為宜，也就是在路堤修筑完成后進(jìn)行沉降變化實(shí)時(shí)觀測，若實(shí)際的沉降速率低于某個(gè)限定值，同時(shí)按照沉降曲線通過推斷確定沉降量是否處在工后沉降標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，當(dāng)滿足時(shí)即可進(jìn)行路面施工[4]。

4 軟土地基處理措施

結(jié)合該公路工程軟土地基的具體情況，包括軟土厚度、路堤填高及位置等，針對不同段落采用不同措施進(jìn)行加固處理，從根本上保證軟土地基的加固效果，為之后公路正常運(yùn)營奠定良好的基礎(chǔ)。按照以上沉降處理的基本原則，設(shè)計(jì)采用以下各項(xiàng)加固措施：

4.1 砂墊層、土工格柵與等載預(yù)壓相結(jié)合

當(dāng)軟土層中存在砂層或滲透系數(shù)相對較大的亞砂土及亞黏土?xí)r，考慮到良好的固結(jié)排水條件，同時(shí)經(jīng)計(jì)算確定工后沉降不超過30cm，故采用該方案。若填土高度等于或小于硬殼層的厚度，或填高較小，軟土的存在并不會(huì)造成太大危害，經(jīng)計(jì)算確定工后沉降不超過30cm，也可采用該方案。在該方案當(dāng)中，砂墊層可為橫向排水提供良好條件，使實(shí)際的排水條件得以改善，并加快排水固結(jié)速度；采用土工材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，充分利用其各項(xiàng)力學(xué)性能，如強(qiáng)度與韌性，提高土體整體抗拉強(qiáng)度與剛度，與砂墊層形成完整的復(fù)合結(jié)構(gòu)[5]。

砂墊層鋪設(shè)開始前應(yīng)先做好驗(yàn)槽，清除基底表面存在的雜物、浮土與淤泥，并在兩側(cè)設(shè)置適當(dāng)?shù)钠露?，以免在振搗時(shí)發(fā)生塌方。若砂墊層底面標(biāo)高存在明顯差異，需將土面開挖成階梯狀或采用斜坡進(jìn)行搭接，按照從深到淺的順序進(jìn)行施工，將搭接部位夯壓至密實(shí)狀態(tài)。在分層鋪設(shè)過程中，也需要將接頭處做成斜坡或階梯狀以便搭接，相鄰兩層要有一定錯(cuò)開，注意做好振搗。在砂墊層邊緣部位砌筑擋砂墻，直到高度與砂墊層相同[6]。擋砂墻和基礎(chǔ)底板外側(cè)之間的距離不能小于砂墊層自身的回填深度。擋砂墻內(nèi)外部應(yīng)同時(shí)進(jìn)行分層夯填，采用機(jī)械將其振搗密實(shí)。填筑第一層松砂時(shí)，厚度不能超過200mm，填筑完成后立即夯實(shí)，以免對原土造成擾動(dòng)，其他各層的鋪設(shè)厚度按照不超過250mm 控制，壓實(shí)量按照50～70mm 控制。每夯填完一層便由建設(shè)方或監(jiān)理方人員做好貫入度檢測，用長度為1.5m 的鋼筋從距離地面700mm的高度自由下落。在施工到設(shè)計(jì)要求的基底標(biāo)高后，由建設(shè)方或監(jiān)理方人員實(shí)施環(huán)刀檢測，具體的測試點(diǎn)數(shù)以檢測要求為依據(jù)確定。測試完成后，若符合設(shè)計(jì)要求，方可開始下一道工序施工。在鋪設(shè)砂墊層的過程中，應(yīng)注意防止對下臥層和側(cè)壁造成擾動(dòng)，避免被現(xiàn)場作業(yè)人員踩踏和長時(shí)間被水浸泡，使其強(qiáng)度降低。砂墊層的鋪設(shè)必須分層進(jìn)行，在基坑范圍內(nèi)預(yù)先設(shè)好標(biāo)樁，嚴(yán)格控制每層鋪設(shè)厚度；若地下水位相對較高或在已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)的軟土地基上進(jìn)行砂墊層鋪設(shè)，則要加強(qiáng)基坑以內(nèi)和外側(cè)排水，避免泡水導(dǎo)致砂大量流失，使基坑的邊坡始終保持穩(wěn)定。必要時(shí)，可采取有效的降水措施，確保地下水位處在基坑底部500mm 以下。將鋪筑砂完全振搗密實(shí)之前，要以干濕程度與氣候條件為依據(jù)，采用適當(dāng)灑水的措施確保砂處在最佳含水量范圍內(nèi)，通常要達(dá)到8%～12%。該工程主要采用兩種振實(shí)方法：第一種為借助插入式振搗器進(jìn)行振搗。插入點(diǎn)的間隔距離為100mm，以不再產(chǎn)生氣泡為振搗完成標(biāo)準(zhǔn)。在振搗的同時(shí)采取有效措施對注水與排水進(jìn)行嚴(yán)格控制，重復(fù)振搗砂墊層的接頭部位，振搗完成后需將孔洞填塞密實(shí)。在振搗第一層砂墊層的過程中，注意不能直接在原土層或基槽邊緣處插入振搗器，否則會(huì)影響到砂墊層成型后的強(qiáng)度。第二種為平振法，即利用平板式振搗器往復(fù)振搗。具體的往復(fù)次數(shù)以實(shí)測密實(shí)度為基準(zhǔn)確定。在移動(dòng)振搗器的過程中，每行都要有1/3 的搭接，以免漏振，同時(shí)要對砂的含水率進(jìn)行嚴(yán)格控制，通常不能超過20%。將最后一層砂振搗密實(shí)后，在其表面采用拉線的方法找平，使標(biāo)高滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求[7]。

4.2 粉噴樁、砂墊層與等載預(yù)壓相結(jié)合

當(dāng)軟土地基危害較大，預(yù)定周期以內(nèi)工后沉降超出允許范圍，但軟土地基深度小于15m 時(shí)，可考慮采用該方案。同時(shí)，橋頭路堤實(shí)際處理深度在12m 以內(nèi)時(shí)，也可采用該方案進(jìn)行處理。需要注意，若軟土的天然含水量達(dá)到70%及以上，且pH 值小于4，則不適用該方案。通過對該公路工程結(jié)構(gòu)物的實(shí)時(shí)觀測可知，采用該方案能顯著減小沉降，還能和兩側(cè)路堤沉降良好適應(yīng)，是一種合理可行且效果顯著的處理方案。此外，實(shí)踐表明，該方案造價(jià)不高。粉噴樁施工質(zhì)量檢測項(xiàng)目與要求見表2。

表2 粉噴樁施工質(zhì)量檢測項(xiàng)目與要求

在設(shè)計(jì)樁長范圍內(nèi)進(jìn)行一次重復(fù)攪拌，在鉆進(jìn)提升過程中管道壓力不能太大，避免淤泥向孔壁周圍擠壓產(chǎn)生空洞。若發(fā)生意外導(dǎo)致樁身質(zhì)量受到影響，需要在水泥達(dá)到終凝之前采取有效措施進(jìn)行補(bǔ)救，但要注意補(bǔ)噴重疊長度不能超過1.0m。當(dāng)補(bǔ)噴無效時(shí)，應(yīng)重新打樁，新打設(shè)的樁和廢樁之間的距離應(yīng)達(dá)到20cm 以上。經(jīng)常對輸灰管進(jìn)行檢查，不能發(fā)生泄漏或堵塞，管道長度應(yīng)達(dá)到60m。同時(shí)定期做好鉆頭檢查，要求其直徑的磨耗量不能超過1cm，鉆頭直徑不能超過53cm。當(dāng)需要在灌注樁的兩側(cè)分別設(shè)置粉噴樁時(shí)，需要為鉆孔樁施工預(yù)留好位置，使凈距達(dá)到140cm。成樁施工需按照從四周到中心的順序進(jìn)行，對于兩根相鄰的樁位，應(yīng)跳躍間打。砂墊層要在樁體強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)要求70%后進(jìn)行鋪筑[8]。

4.3 塑料排水板、砂墊層、土工格柵與等載預(yù)壓相結(jié)合

該公路工程K24+000—K46+530 段的軟土厚度相對較小，只有1.8～6.6m，同時(shí)軟土中沒有粉細(xì)砂透鏡體。充分考慮上述特點(diǎn)，在地基范圍內(nèi)插入排水板后形成若干排水通道。該路段采用以上措施進(jìn)行處理取得良好效果。塑料排水板實(shí)測項(xiàng)目與要求見表3。

表3 塑料排水板實(shí)測項(xiàng)目與要求

對于軟土地基上相鄰構(gòu)筑物連接的部位，應(yīng)引起高度重視，否則可能導(dǎo)致路基滑塌，或路面開裂，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使構(gòu)筑物和路堤之間的連接部位產(chǎn)生較大不均勻沉降，造成頻繁跳車，輕則影響行車舒適度，嚴(yán)重時(shí)將引發(fā)交通事故，加劇路基路面或其他構(gòu)筑物的損壞。針對這種情況，在軟土地基分布區(qū)域內(nèi)，大中型構(gòu)筑物的基礎(chǔ)形式以鉆孔灌注樁為宜，以下部卵礫石層為持力層，使樁端在該層中進(jìn)入一定深度；小型構(gòu)筑物的基礎(chǔ)形式建議通過粉噴樁施工形成復(fù)合地基。除此之外，對該工程大面積分布的過濕土，通過摻加生石灰與翻耕晾曬加以處理，有效改善土體物理力學(xué)性質(zhì)[9]。

5 結(jié)語

綜上所述，軟土地基處理是公路工程建設(shè)施工的主要環(huán)節(jié)之一，處理效果直接影響后續(xù)公路施工與使用，因此必須引起相關(guān)人員的高度重視。結(jié)合實(shí)例對軟土地基處理措施進(jìn)行了初步分析與總結(jié)，明確了軟土地基的處理方法和要點(diǎn)，旨在為其他類似公路工程的軟土地基處理施工提供技術(shù)參考。