軟土地基處理技術(shù)在市政工程施工中的應(yīng)用

韓國良

（太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

隨著城市道路建設(shè)的不斷增加，各種地理?xiàng)l件和施工環(huán)境對(duì)城市道路建設(shè)的質(zhì)量提出更高的要求，軟土地基就是嚴(yán)重影響城市道路建設(shè)質(zhì)量的不利條件之一，對(duì)軟土地基的處理在市政道路工程質(zhì)量控制中尤為重要。

1 軟土地基性質(zhì)概述

在市政工程建設(shè)過程中出現(xiàn)的軟土地基大致可分為兩種。

（1）淤泥及淤泥質(zhì)土，這種地質(zhì)主要出現(xiàn)在河道附近或地下水位較高的地段，這種軟土地基強(qiáng)度較低，在地基土質(zhì)中天然含水量大、高孔隙比、滲透性較弱，并有流變性，這種軟土地基的不均勻沉降速度較快，且沉降歷時(shí)較長(zhǎng)。這種軟土地基抗剪強(qiáng)度低，在進(jìn)行道路施工時(shí)其路基承載力較難符合設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)，另外在荷載的長(zhǎng)期作用下，極可能導(dǎo)致孔隙水壓力較大，對(duì)地基強(qiáng)度造成嚴(yán)重影響，一旦出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，將導(dǎo)致其強(qiáng)度降低或迅速呈現(xiàn)稀釋狀態(tài)[1]。

（2）雜填土或其他高壓縮性土，這種地質(zhì)在市政工程建設(shè)中經(jīng)常遇到，例如，原地貌是沖擊深溝，后期用建筑垃圾、生活垃圾等雜填土回填起來的地段就屬于這類型的地基，或在地基土壤中含有其他有機(jī)物的腐殖土或飽和松散的粉細(xì)砂等均屬于該類型，這種地基結(jié)構(gòu)松散，分布極不均勻，強(qiáng)度低、遇水會(huì)出現(xiàn)濕陷的現(xiàn)象。這種軟土地基呈現(xiàn)較強(qiáng)的壓縮性，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定，在市政道路中容易形成大幅度的路基沉降，嚴(yán)重破壞路面結(jié)構(gòu)。

2 市政工程軟土地基的特征

2.1 承載能力弱

淤泥質(zhì)軟土本身含有較多的天然水，且其透水性低，根據(jù)大多數(shù)市政工程的實(shí)際案例相關(guān)資料及實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，在河道附近或地下水位較高地段的淤泥質(zhì)軟土路基中天壤水的含量在50%～70%，由于含水量的較高，土質(zhì)的松軟度也大幅提高，進(jìn)而導(dǎo)致地基所承擔(dān)的承載能力不斷減弱。雜填土或其他高壓縮土的軟土地基由于土壤顆粒之間的孔隙率較大，結(jié)構(gòu)松軟，嚴(yán)重影響地基承載力。在這種地基上進(jìn)行市政工程建設(shè)時(shí)會(huì)使構(gòu)筑物或路橋工程面臨沉降甚至坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 沉降量大

淤泥質(zhì)軟土地基由于受到天然水水量及壓縮性能的影響，軟土路基的荷載能力會(huì)隨之發(fā)生變化，不斷下降，如果承載量過大，會(huì)導(dǎo)致軟土地基產(chǎn)生強(qiáng)制壓縮，從而嚴(yán)重?fù)p壞軟土地基的整體效果，出現(xiàn)大面積的沉降現(xiàn)象。在震動(dòng)荷載的作用下，軟土地基極容易出現(xiàn)沉降、側(cè)向滑動(dòng)以及擠出底面兩側(cè)等問題，造成路堤出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。在一定荷載長(zhǎng)期作用下，軟土地基還具有流變性。隨著荷載作用時(shí)間的延長(zhǎng)，土質(zhì)變形越大，導(dǎo)致其長(zhǎng)期強(qiáng)度遠(yuǎn)低于瞬時(shí)強(qiáng)度，嚴(yán)重影響路堤、邊坡等穩(wěn)定性。另外軟土地基還呈現(xiàn)出不均勻性，容易造成路基出現(xiàn)不均勻沉降，對(duì)路面結(jié)構(gòu)造成破壞。

3 市政工程施工中軟土地基的處理原則

3.1 依據(jù)要求及標(biāo)準(zhǔn)處理

由于施工環(huán)境的不同，市政工程與其他工程建設(shè)存在巨大的區(qū)別。市政工程的施工設(shè)計(jì)要求相對(duì)比較高，并且更加嚴(yán)格。不同軟土地基的穩(wěn)定性存在不同差異，路面平整度要求也相應(yīng)地存在明顯的區(qū)別。如果軟土地基的等級(jí)較高，施工人員應(yīng)選擇科學(xué)的方式進(jìn)行處理，有效避免軟土路基出現(xiàn)沉降現(xiàn)象；如果地基的軟土等級(jí)較低，施工人員就可以運(yùn)用加載技術(shù)，在軟土地基發(fā)生沉降之后，按照實(shí)際情況對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。除此之外，在處理方案中軟土地基的高度及深度會(huì)對(duì)軟土地基產(chǎn)生重大的影響，為此，在對(duì)軟土地基進(jìn)行處理的過程中，施工人員需要依據(jù)施工具體方案嚴(yán)格執(zhí)行，從而保證市政路橋及施工進(jìn)度及工程質(zhì)量。

3.2 因地制宜進(jìn)行施工處理

不同地區(qū)的軟土地基，無論是含水量還是疏松程度都存在一定的差異。施工人員需要對(duì)土質(zhì)的特點(diǎn)進(jìn)行劃分，并且與施工的實(shí)際狀況相結(jié)合，采取具有針對(duì)性的處理方式。在市政工程路橋正式施工前，需要指派施工人員前往施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察，充分了解施工現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)和資料。例如，如果工程建設(shè)場(chǎng)地是具有一定黏性的土壤，施工人員需要運(yùn)用恰當(dāng)?shù)穆访鎵簩?shí)技術(shù)，防止因?yàn)槭┕と藛T的具體操作而對(duì)地基產(chǎn)生影響，盡可能保障地基的完整性。若地基是砂質(zhì)土壤，則施工人員需要運(yùn)用擠壓聯(lián)合的方式對(duì)路橋工程進(jìn)行處理。如砂樁與鎮(zhèn)壓技術(shù)，其能夠改善地基的結(jié)構(gòu)，保證其流動(dòng)性。

4 軟土路基處理技術(shù)在市政工程施工中的運(yùn)用

根據(jù)不同類型的軟土地基以及市政工程項(xiàng)目對(duì)承載力及荷載作用方式的不同，需對(duì)軟土地基采取不同的處理方式，主要措施包括改善地基變形和穩(wěn)定條件的換填、擠淤、排水固結(jié)法，土體擠密改善孔隙率的強(qiáng)夯、振沖法，土顆粒彼此膠結(jié)的旋噴、攪拌法。

4.1 換填技術(shù)

換填技術(shù)是市政工程施工過程中常用的地基處理工藝，主要適用于市政排水管道基礎(chǔ)的處理以及擋墻等結(jié)構(gòu)物地基的處理，也用于雜填土地質(zhì)的路基處理。其主要的施工原理是將軟弱土層挖掉，借助土質(zhì)優(yōu)良的回填土或粗粒料，將原有的軟土層進(jìn)行替換，從而優(yōu)化原有的軟土層地基的基本性能，最大限度地提升地基承載能力，對(duì)軟土地基問題進(jìn)行有效防控。在進(jìn)行填土施工的過程中，需要慎重選擇填料，其直接影響換填處理技術(shù)的實(shí)際施工效果，因此施工過程中必須根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的填料。在進(jìn)行填筑操作的過程中，要按照從中間向兩側(cè)填筑的方式進(jìn)行施工，并嚴(yán)格控制好每一層的厚度[2]。

4.2 拋石擠淤

在河道附近或在地下水位較高的部位進(jìn)行市政工程施工時(shí)，對(duì)淤泥或淤泥質(zhì)濕軟地基的處理會(huì)經(jīng)常用到拋石擠淤處理技術(shù)。這類型軟土地基含水量高，在處理以前很難把水分完全抽干，需要選用拋填片石的方法進(jìn)行處理，使用碎石料加以填充，從而達(dá)到固化地基增加強(qiáng)度的效果。在實(shí)施過程中要嚴(yán)控石料粒徑，一般保持在30cm左右即可。在拋填施工過程中，要從中間往兩邊進(jìn)行拋填，或從一頭向另一頭拋填，從而順利擠出淤泥，并將擠出的淤泥全部清除，最后用碎石填充卡縫，確保地基平整性，便于重型壓路機(jī)開展碾壓施工工作。

4.3 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是施工中常用的一種地基處理技術(shù)，適用于地下水位較高的軟土地基的處理。它是指當(dāng)軟土層較厚時(shí)，向地基插入豎向排水管，使豎向排水管與地面上的排水管連通，形成一套完整的排水系統(tǒng)，進(jìn)而有效排放地基水，使地基土強(qiáng)度得到有效提高，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性和安全性。通過排水固結(jié)處理，可以有效地延長(zhǎng)軟土地基的使用壽命，減少地基在使用過程中的沉降。排水固結(jié)法在施工過程較為簡(jiǎn)便，施工技術(shù)要求和施工費(fèi)用成本較低，因此這項(xiàng)技術(shù)在很多工程實(shí)例中有著廣泛應(yīng)用，但是這項(xiàng)技術(shù)需要較長(zhǎng)的固結(jié)時(shí)間，為保證施工質(zhì)量，必須有足夠的施工工期，因此不適合工期較短的工程。

4.4 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法操作非常簡(jiǎn)便，而且工藝較為簡(jiǎn)單，是一種較為傳統(tǒng)的處理方式，一般適用于河灘地區(qū)或有濕陷性土、人工回填土的軟弱地基的大面積處理。使用8～30t的重錘作為重力裝置，將其提升到10～25m的高度，使重錘自由下落，利用重錘強(qiáng)大的沖擊力壓實(shí)地基。為了充分發(fā)揮強(qiáng)夯法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在施工過程中需要對(duì)強(qiáng)夯力度、強(qiáng)夯高度及頻率進(jìn)行精準(zhǔn)控制，這樣既能確保軟土地基具備足夠的穩(wěn)定性，又能夠有效避免出現(xiàn)夯擊過度的現(xiàn)象。在強(qiáng)夯法的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷的優(yōu)化和改進(jìn)，衍生出了強(qiáng)夯置換法，就是利用重錘對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的軟土進(jìn)行夯擊，然后使用片塊石或者其他粗顆粒材料進(jìn)行回填，其能夠與軟土層共同作用，形成相對(duì)穩(wěn)定的復(fù)合地基結(jié)構(gòu)。

4.5 振沖法

對(duì)軟土地基進(jìn)行處理時(shí)，振沖法施工方便，處理成本相對(duì)較低。一般適用于市政工程中軟弱土層的路基處理，通過振沖法對(duì)路基土體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。振沖法按加固原理不同又分振沖置換法和振沖擠密法兩種。振沖置換法適用于不排水抗剪強(qiáng)度大于等于20kPa的黏質(zhì)土、粉質(zhì)土、飽和黃土等地基處理，振沖擠密法主要適用于加固粘粒含量小于10%的細(xì)砂等松散砂層地基。振沖法施工原理是通過振沖設(shè)備的水平向振力作用下將碎石等填充材料擠入側(cè)壁的軟土中，從而使樁體直徑擴(kuò)大，直到擠入力和土體約束力平衡時(shí)振沖擠密樁的樁徑不再變化，振入的碎石等粗集料與樁周的粘質(zhì)土構(gòu)成復(fù)全地基，復(fù)合地基中的樁體有應(yīng)力集中和砂井排水雙重作用，樁長(zhǎng)未到達(dá)硬土層時(shí)復(fù)合地基又起著墊層的作用，因而能提高地基抗剪強(qiáng)度，減少沉降，從而提高軟土地基的承載力。

4.6 膠結(jié)法

膠結(jié)法處理軟土地基的處理技術(shù)也是在市政工程施工中常用的地基處理方法之一，多適用于場(chǎng)地平坦部位的結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的軟基處理。膠結(jié)法包括有旋噴樁和攪拌樁兩種工藝，兩種方法工藝不同但是原理相同，主要利用特制的旋噴設(shè)備或深層攪拌機(jī)械，將固化劑與地基深入的軟土進(jìn)行攪拌，使兩者之間產(chǎn)生一系列的化學(xué)、物理反應(yīng)，從而使軟土有效固結(jié)。此技術(shù)使地基具備水穩(wěn)定性、整體性以及一定的強(qiáng)度，使地基沉降量有效減少，地基承載能力提高[3]。其中固化劑主要采用石灰或水泥等材料，通過此方法處理的地基能夠?qū)崿F(xiàn)樁和土對(duì)荷載的共同承擔(dān)。此處理技術(shù)具有方法簡(jiǎn)單、施工速度快、處理深度較深等優(yōu)勢(shì)，但造價(jià)較高，并且在地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，難以控制處理質(zhì)量。

4.7 化學(xué)加固技術(shù)

在路橋工程的施工過程中，化學(xué)加固技術(shù)主要包括電化學(xué)加固、硅化加固等。在大多數(shù)施工建設(shè)過程中，常會(huì)應(yīng)用電化學(xué)加固方式對(duì)軟土路基進(jìn)行處理，能夠有效解決軟土路基問題。硅化加固方法主要是在混凝土施工階段，施工人員利用多孔金屬灌注管將硅酸溶液注入相應(yīng)的土層，這種加固方式既能夠獲得充裕的加固時(shí)間及加固半徑，又能改善土壤的滲透性及黏性[4]。在實(shí)際的施工過程中，施工人員可以根據(jù)土層特征，適當(dāng)選擇單孔灌注的方式進(jìn)行處理。

4.8 石灰攪拌樁

石灰攪拌樁的原理主要是利用石灰漿軟土地基中的大量水分進(jìn)行吸收，這樣不僅能夠?qū)④浲恋鼗兊酶痈稍铩Ａ硗?，也可以利用石灰將軟土中的灰分進(jìn)行吸收，使軟土和石灰在這個(gè)過程中能夠非常好的凝結(jié)在一起，進(jìn)一步形成攪拌樁。因此，石灰攪拌樁一般是被應(yīng)用在地基內(nèi)部的，與水泥攪拌樁相同，在實(shí)際施工中也需要重點(diǎn)關(guān)注石灰規(guī)格、比例。

5 市政工程軟土地基處理質(zhì)量管理對(duì)策

5.1 保證地質(zhì)情況的準(zhǔn)確性和處理方案的可行性

對(duì)市政工程軟土地基有效的處理，需要提前全面掌握施工場(chǎng)地環(huán)境和地質(zhì)情況等，從而擬定科學(xué)的實(shí)施方案，避免在操作過程中發(fā)生突發(fā)現(xiàn)象，對(duì)工程實(shí)施和最后的成果帶來負(fù)面影響?；诖?，在施工前需要仔細(xì)勘察施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)和建筑環(huán)境等，詳細(xì)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，通過整合分析數(shù)據(jù)，核定出準(zhǔn)確的地質(zhì)信息，繼而將其作為依據(jù)，設(shè)計(jì)出可行的工程設(shè)計(jì)方案，讓軟土地基施工進(jìn)度可以正常推進(jìn)，確保工程質(zhì)量。

5.2 保證地基處理所用材料的滿足設(shè)計(jì)要求

市政工程項(xiàng)目的正常運(yùn)行和后期的養(yǎng)護(hù)與工程整體建設(shè)質(zhì)量有很大的關(guān)系，工程項(xiàng)目所需要的材料質(zhì)量直接影響工程整體質(zhì)量，尤其是對(duì)軟土地基這些特殊部位進(jìn)行處理時(shí)要嚴(yán)格控制工程材料的質(zhì)量，必須滿足設(shè)計(jì)方案對(duì)材料的要求，并且對(duì)材料進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)，保證各種材料的性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5.3 保證地基處理施工工藝的準(zhǔn)確性

在地基處理施工前，要先做好施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)調(diào)查工作，認(rèn)真勘察施工現(xiàn)場(chǎng)，圖紙核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況是否與設(shè)計(jì)圖紙一致，設(shè)計(jì)處理方案在現(xiàn)場(chǎng)是否可行，如有異常情況需及時(shí)與設(shè)計(jì)人員取得聯(lián)系，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整處理方案。在實(shí)施前需對(duì)施工技術(shù)人員進(jìn)行詳細(xì)的交底，明確施工工藝的有關(guān)參數(shù)及控制指標(biāo)，并在施工過程中及時(shí)檢查落實(shí)，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整，確?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案執(zhí)行，保證地基處理工藝的準(zhǔn)確性，保證工程質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求[5]。

6 結(jié)語

目前，軟土地基處理已經(jīng)漸漸成為市政工程施工建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，在項(xiàng)目實(shí)施過程中，施工人員需做好對(duì)軟土地基的整治及處理工作，最大限度地保證市政工程施工的安全、質(zhì)量及效率，確保市政設(shè)施能夠正常運(yùn)行。在施工過程中，需要對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行有效勘察，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)施工場(chǎng)地的軟土地基進(jìn)行分析，準(zhǔn)確掌握地質(zhì)信息，選擇可行的地基處理技術(shù)，以此提高工程建設(shè)質(zhì)量。