淺談軟土地基加固處理的幾種方法

尚文偉,孫員風(fēng)

（鷹潭市公路管理局）

1 砂墊層法

在軟土地基上鋪設(shè)厚度為0.5～1.2m的砂層,稱作砂墊層。其作用為。

（1）作為軟土層固結(jié)所需的上部排水層（配合其他固結(jié)排水措施）。

（2）作為路堤內(nèi)的底部排水層,以降低路堤內(nèi)水位或降低路堤內(nèi)濕度。

（3）改善路堤和地基處理工程施工時(shí)的機(jī)械作業(yè)條件。（4）軟土層薄時(shí),單獨(dú)用作地基處理（固結(jié)排水）措施。砂墊層材料以透水性好的砂或砂礫（0.074mm篩孔通過(guò)率3％以下）為宜,以保證所需的排水能力。

2 換填法

用好土全部或部分替換軟土的方法,以達(dá)到保證路堤穩(wěn)定和降低沉降量的目的。換填土可以采用開挖和強(qiáng)制換填兩種施工方法。

全部開挖換填是在路堤全寬范圍內(nèi)將需要處理的軟土層挖除,并置換好土。這種方法適用于軟土層厚為3m以內(nèi),路堤需在短期內(nèi)填筑完成的情況。部分開挖換填則是僅挖除表層最軟弱部分的軟土,換填好土,使沉降量減少到可接受程度。

強(qiáng)制換填法是利用路堤填土重力將軟土從路堤下向兩側(cè)或前方擠出；或者,用炸藥裝入軟土層內(nèi),通過(guò)爆破將軟土從路堤下擠出。由于軟土從路堤下擠出,兩側(cè)和前方的地基會(huì)隆起,影響周圍環(huán)境；爆破震動(dòng)則對(duì)周圍的影響更大。因而,這種方法僅適用于對(duì)周圍環(huán)境的影響無(wú)不利后果的情況。

換填材料宜選用排水性能好,處于地下水位以下仍能保持有足夠承載力的砂、砂礫及其他粗粒料。

3 反壓護(hù)道法

當(dāng)路堤的填筑高度超過(guò)地基不作處理時(shí)所能容許的安全高度（稱作極限高度或臨界高度）時(shí),路堤和軟土層達(dá)不到要求的滑動(dòng)破壞安全系數(shù)。可在路堤兩側(cè)填筑一定高度和寬度的護(hù)道,利用護(hù)道的填土重增加穩(wěn)定力矩,以平衡主路堤的滑動(dòng)力矩（參見圖1）。這種方法需要有大量的用地和豐富的填料來(lái)源,在用地和填料困難的情況下往往顯得很不經(jīng)濟(jì)。

圖1 反壓護(hù)道斷面圖

反壓護(hù)道的高度一般為路堤高度的1/2～1/3,并且不得超過(guò)由下式確定的高度值

式中：He為反壓護(hù)道最大高度；Hc為路堤極限高度,可按式（2）估算

式中：γ為填土的重度（kN/m3）；Cu為軟土的不排水剪黏結(jié)力,kPa；Ns為穩(wěn)定系數(shù),與邊坡角β和深度系數(shù)nd=[nd=（H+D）/H]有關(guān),可由圖2確定；H為填土高度,m；D為軟土層厚度,m；Fs為安全系數(shù)。

反壓護(hù)道應(yīng)與主路堤同時(shí)填筑,其填筑速度不得慢于主路堤。

4 分階段施工

路堤填筑到一定高度,其穩(wěn)定性安全系數(shù)達(dá)到預(yù)定的下限值后,放置一段時(shí)間,使軟土地基通過(guò)固結(jié)而增加其剪切強(qiáng)度,達(dá)到能支承下一層填土重量；而后,進(jìn)行第二階段的路堤填筑,在其安全系數(shù)下降到預(yù)定下限值后再放置一段時(shí)間；重復(fù)多次,填到設(shè)計(jì)高度為止（見圖3）。

圖2 穩(wěn)定系數(shù) M

圖3 分階段填筑路堤

在軟土層初始剪切強(qiáng)度太低,不足以保證路堤穩(wěn)定性時(shí),可以采用這種分階段施工方法。但其總工期很長(zhǎng),特別在土固結(jié)很慢的情況下。同時(shí),這種方法有最大限度的填土高度,超出此高度,分階段施工仍不能保證路堤的穩(wěn)定性。

路堤第一階段的填筑高度,按軟土的不排水剪切強(qiáng)度（約為0.22Pc,Pc為先期固結(jié)壓力）,通過(guò)穩(wěn)定性分析確定。施工時(shí)破壞后果不嚴(yán)重并易于修復(fù)的路堤,穩(wěn)定性安全系數(shù)可取為1.3；而破壞后果嚴(yán)重時(shí),安全系數(shù)應(yīng)不小于1.5。第一階段的填筑高度應(yīng)盡可能高,以充分利用分期施工的效果。

固結(jié)后軟土的剪切強(qiáng)度,可按經(jīng)驗(yàn)取為有效豎向應(yīng)力的0.25倍。路堤內(nèi)的有效豎向應(yīng)力,按路堤填土重產(chǎn)生的豎向應(yīng)力和達(dá)一定固結(jié)度時(shí)（通常為80％）的超孔隙水壓力確定。填土高度接近于設(shè)計(jì)高度的路堤,其安全系數(shù)應(yīng)在1.5以上。

各階段的沉降分析,采用相應(yīng)應(yīng)力范圍的固結(jié)系數(shù)Cv值,并且分階段獨(dú)立進(jìn)行,而后將它們疊加成總的固結(jié)沉降曲線。

雖然在路堤填筑前應(yīng)按軟土的初始剪切強(qiáng)度、固結(jié)速率、不排水剪切強(qiáng)度同有效應(yīng)力的關(guān)系等,分析安排分階段的填筑高度和施工進(jìn)度,但由于各項(xiàng)參數(shù)的不確定性,需要在填筑過(guò)程中監(jiān)測(cè)軟土層內(nèi)有效應(yīng)力的實(shí)際增長(zhǎng),以檢查設(shè)計(jì)和控制施工。監(jiān)測(cè)通過(guò)埋在軟土層內(nèi)的孔隙水壓力儀和沉降儀進(jìn)行。

5 超載預(yù)壓法

路堤填筑到超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高的高度,使軟土地基受到超載作用而加速固結(jié)沉降,從而可較早地達(dá)到路堤設(shè)計(jì)荷載下的沉降量,并減少路面鋪筑后的剩余沉降量,如圖4所示。在設(shè)計(jì)路堤自重荷載的作用下,軟土地基的沉降曲線為S1（t）；在超載作用下,沉降曲線為（t）。在鋪筑路面前S2（t）（時(shí)間為t1）,超載的沉降量要比路堤設(shè)計(jì)的沉降量增加ΔS1=[S2（t1）-S1（t1）]。鋪筑路面時(shí),挖除超載部分的填土高度,其沉降曲線轉(zhuǎn)為S1（t＞t2）段。如忽略卸載時(shí)的膨脹,可假設(shè)S1（t2）=S2（t1）。因而,鋪筑路面后的剩余沉降量便由ΔSd1降為ΔSd2。

圖4 超載預(yù)壓法

應(yīng)用超載預(yù)壓法的主要目的是將鋪筑路面后的剩余沉降量控制在容許范圍內(nèi)。因而,往往按容許剩余沉降量、軟土層的沉降一時(shí)間曲線和容許工期等因素,設(shè)計(jì)所需的超載和放置時(shí)間等。然而,超載量不能超過(guò)受路堤和軟土層穩(wěn)定狀況控制的最大值。在所需超載量大,而穩(wěn)定性有問(wèn)題時(shí),可結(jié)合豎向排水法一起應(yīng)用。

超載部分的材料,應(yīng)考慮到在卸載后能應(yīng)用于鄰近工程中。除了超載預(yù)壓法以外,也可采用真空預(yù)壓法或降低地下水位法等來(lái)達(dá)到相同的加速固結(jié)沉降和減少剩余沉降量的目的。