芻議公路工程軟土地基的處治措施

周志益

（廈門路橋咨詢監(jiān)理有限公司，福建 廈門 361000）

一、軟土地基概述

1.1 軟土性質

軟土泛指淤泥和淤泥質土及泥炭等，是第四紀晚更新世以來，在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境(缺氧飽和水的環(huán)境)下沉積，并經過生物化學作用形成的飽和軟粘土，其廣泛分布于各河流的入海處和濱海地區(qū)，但不少內陸的湖、塘、溝、谷和河漫灘等地也常遇到。軟土一般具有高含水量，大孔隙比，弱透水性，高壓縮性，抗剪強度低，高靈敏度、顯著的觸變性和蠕變性等特點。

1.2 軟土地基的危害

軟土地基的變形破壞是軟土最常見的工程地質問題。軟土的承載力低，抗剪強度也很低，長期強度更低，往往導致地基喪失強度而發(fā)生擠出破壞。軟土壓縮性很高，沉降變形量大，常出現(xiàn)由于地基下沉引起基礎變形或開裂，甚至造成建筑物或構筑物破壞。軟土的含水量大，多接近或超過其液限而成為軟塑或流塑狀態(tài)，且因其固結排水不暢，地基的強度增長緩慢，沉降的延續(xù)時間很長，影響工程建設的工期和工程質量。軟土的成分和結構復雜，平面分布及垂直分布往往不均勻，易使建設工程發(fā)生不均勻沉降，產生裂縫甚至破壞。

在軟土地基上修建公路或鐵路，路堤高度常受到軟土強度的控制。路堤過高，將導致擠出破壞，產生坍塌和滑坡等。軟土受到振動時，很容易破壞其海綿狀結構，使軟土產生振動液化而喪失強度，導致地基土大面積失效，從而引起道路破壞。如不采取有效的加固措施將會危及行車安全。

二、軟土地基常用處理方法

2.1 淺層軟土地基處理

2.1.1 表層排水法

對土質較好因含水量過大而導致的軟土地基，在填土之前，地表面開挖溝槽，排除地表水，同時降低地基表層部分的含水率，以保障施工機械通行。為了發(fā)揮開挖出的溝槽在施工中達到盲溝的效果，應回填透水性好的砂礫或碎石。

2.1.2 砂墊層法

對于地基上部軟土層極薄且含水量大時，在軟土地基上敷墊厚0.5m～1.2m 左右的砂墊層。這樣可達到固結軟土層，使砂墊層起到上部排水層作用；同時，砂墊層又成為填土內的地下排水層，以降低填土內的水位;在進行填土及地基處理施工時，為施工機械提供良好的通行條件。

2.1.3 換填法

換填法是將地基淺層一定深度的軟弱土層挖除，回填強度較大、壓縮性較小、料源豐富、價格低廉且無腐蝕的砂、碎石、石渣、素土、灰土、礦渣以及其他性能穩(wěn)定的材料，分層夯實至要求的干密度作為持力層，可以起到提高地基承載力、減小沉降量、加速軟弱土層的排水固結、防止凍脹、消除膨脹土的脹縮作用。換填法適用于淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理。

2.1.4 土工織物加強法

土工織物的制造過程是首先把聚合物原料加工成絲、短纖維、紗或條帶，然后再制成平面結構的土工織物。其突出的優(yōu)點是重量輕，整體連續(xù)性好，施工方便，抗拉強度較高，耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好。土工格柵是一種主要的土工合成材料，與其他土工合成材料相比，它具有獨特的性能與功效。采用土工織物鋪設于軟基表面，可起到反濾、排水、隔離和補強的作用。

2.1.5 添加劑法

表層為粘性土時，可在表層土內摻入添加劑，改善地基的壓縮性和強度特性，以保證施工機械的行駛，同時也可達到提高填土穩(wěn)定及固結的效果。添加材料通常是生石灰，熟石灰和水泥。石灰類添加材料通過現(xiàn)場拌和或廠拌，除了降低土壤含水量、產生團粒效果外，對被固結的土隨著時間的推移還會發(fā)生化學性固結，使粘土成分發(fā)生質的變化，從而促進土體穩(wěn)定。水泥穩(wěn)定土是黃土摻水泥(一般含水泥3%～5%)后使用，其造價較貴，其優(yōu)點是不需太長的養(yǎng)生時間就可使地基固化板結達到施工要求的強度。

2.2 深層軟土地基處理

2.2.1 靜力排水固結法

排水固結法，又稱預壓法。在軟粘土地基上修建高速公路，排水固結法處理軟土地基具有成本低、效果好等優(yōu)點，一般應優(yōu)先考慮。排水固結法是利用天然地基土本身的透水性或設置在地基中的豎向排水體，通過預先在地表進行加載或利用建(構)筑物自身重量使地基中的孔隙水逐漸排出、土體逐漸固結和壓密，強度逐步提高的方法。該方法適用于飽和粘土，有機質粘土的地基處理。采用排水固結法處理軟土地基的優(yōu)點是成本低，地基處理質量可靠。其缺點是施工工期長，在填土過程中需要嚴格控制填土速率：地基固結沉降大，需增加路堤填土用料。另外，當豎向排水通道設置深度淺，或豎向排水通道井阻嚴重，或預壓時間短未達到要求的固結度，采用排水固結法處理地基時工后沉降較大，此時，地基工后次固結沉降也大。

2.2.2 強夯法

強夯法亦名動力固結法，國外稱dynamicconsolidation，dynam-ic compaction，heavy tamping 等。強夯法是法國Menard 技術公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，通常以8t～30t的重錘和8m～20m的落距，對地基土施加很大的沖擊能，強制壓實地基。我國于20世紀80年代引進，交通部第一航務工程局科研所及協(xié)作單位在天津首先開展試驗研究。由于設備簡單、效果顯著、經濟和施工快，很快得到推廣。其缺點是施工時噪聲和振動較大，因而不宜在人口密集的城市內使用。

強夯法可提高地基承載力，經強夯加固處理后，地基承載力通常可提高1 倍～5 倍;強夯可加固深層地基，有效加固深度一般為5m～10m，高能量強夯法加固深度可超過10m。飽和疏松粉細砂經強夯后可以消除液化。強夯可消除濕陷性黃土的濕陷性，同時強夯還可以減少地基沉降量，并可解除不均勻沉降的危害。強夯法用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。對于飽和度較高的粘性土，一般來說處理效果不顯著。尤其是對于淤泥和淤泥質土地基，需經試驗證明施工有效時方可使用。但近年來，對高飽和度的粉土與粘性土等地基，有采用回填塊石、碎石或其他粗顆粒材料進行強夯置換，取得較好效果的工程實例。

2.2.3 復合地基

復合地基是指在天然地基的土體內增加人工增強體(樁)構成人工地基，使地基中應力按材料模量重新分布，大部分荷載由樁體承擔，樁間土與樁共同承擔荷載。常用的復合地基有如下幾種:

1)石灰樁:石灰攪拌樁是靠石灰與土之間發(fā)生一系列的物理化學反應而形成的，不同的土質會產生不同的加固效果。深層攪拌石灰樁施工時通過機械攪拌，鉆進時噴射壓縮空氣，使準備加固的土在原位受到擾動。鉆進到設計標高后，鉆機鉆頭反向旋轉，邊提升邊由壓縮空氣輸送生石灰，向著由鉆頭攪拌葉片旋轉產生的空隙部位噴入，使土體和石灰進行充分拌和，形成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的石灰土樁，加固深度可以達到20m。石灰攪拌樁適宜于蒙脫土類礦物含量粘土地基。

2)深層水泥土攪拌樁:水泥土攪拌樁是利用水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械邊鉆進邊往軟土中噴射漿液，借助攪拌軸上翼片的旋轉攪拌，使固化劑與軟土充分拌合在一起。攪拌成的混合材料經過一系列的物理化學反應，改變了原狀土的結構，硬結成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥土樁體，若干根這類樁與樁間土構成復合地基。

水泥土攪拌樁具有良好的整體性和水穩(wěn)性，且成樁效率高、施工場地周圍不受污染，施工過程無振動、無噪聲、工期短、造價低等優(yōu)點，適用于加固飽和軟粘土地基，尤其適用于20m 深度范圍內無理想持力層的軟土地基。

3)碎石樁:又稱振沖置換法，它是利用一個產生水平振動的管狀設備，采用高壓水邊振邊沖從而在軟弱粘土地基中成孔，然后分批填入碎石并加以振搗，利用樁體對樁周圍土體的擠密作用，使其與周圍粘性土形成復合地基。碎石樁具有置換、排水固結和復合地基的特點，適用于石料豐富地區(qū)、軟土厚度較大的地段。

4)粉噴樁:粉噴樁是"粉體噴射攪拌樁"的簡稱，是利用專用噴粉攪拌鉆機將水泥等粉體固化劑噴入軟土地基，將軟土與固化劑強制攪拌，固化劑與軟土之間產生物理化學反應，使軟土固結成具有一定強度的水泥樁體而形成復合地基的一種施工方法，又稱干法。由于粉噴樁有抗側向變形能力強、承受較大的加荷速率、有效減少總沉降量、大大縮短施工周期等優(yōu)點，目前在城市道路、橋梁、高速公路建設領域應用的較為廣泛。

5)高壓旋噴樁:高壓旋噴樁利用鉆機，將預先配制好的水泥、石膏等材料作為固化劑的漿液，當鉆機鉆到設計標高后，用高壓旋噴機把安有水平噴嘴的注漿管下到孔底，利用高壓設備使噴嘴以20MPa～25MPa的壓力把漿液噴射出去，沖擊切割土體，并與土體攪拌混合，隨著注漿管的旋轉和提升而形成圓柱體樁體，固結成樁，從而使地基得到加固，適用于軟土地基軟土層厚度較厚(14m 以上)，軟土的含水率較高、塑性高、壓縮性高、強度低、地基穩(wěn)定性差，同時工后沉降要求高的軟基處理工程。高壓旋噴法將深層攪拌法和高壓噴射法結合起來，既克服了深層攪拌法在正常樁徑 (500mm～700mm)和正常滲入比(15%)情況下，軟土中樁體無側限抗壓強度僅在15MPa 左右形成的樁身強度決定復合地基承載力的不合理模式，又避免了高壓噴射注漿法需要較大切割能量的問題。

6)水泥粉煤灰碎石樁(CFG 樁):CFG 樁是一種低標號的混凝土樁，混凝土的主要材料可用水泥、粉煤灰、碎石，也可用水泥、砂、碎石組成。加固原理和施工方法類似于碎石樁，適用于軟土厚度大、承載力要求高的橋涵構造物及高路堤地段。處理的厚度可大于15m。水泥粉煤灰碎石樁適用于處理軟弱粘性土、粉土、砂土和已自重固結的素填土地基。采用水泥粉煤灰、碎石進行配比，抗壓強度等級達到C15。施工常采用長螺旋鉆管內泵壓施工和振動沉管施工方式。

結語

近年來，隨著科技的進步，出現(xiàn)了很多軟土地基處理的新技術和新方法，例如:預應力管樁、現(xiàn)澆混凝土管樁、真空-堆載聯(lián)合預壓法、軟土地基強夯法聯(lián)合堆載預壓、新型動力排水快速固結軟地基處理工法、高真空擊密法、凍結法、建筑垃圾樁等。如此多的軟土地基處理方法，各種方法都有它的使用范圍，設計者和施工者應綜合考慮工程地質、上部結構、工期要求、造價、工程用料等方面，確定出適合的方案，同時也應多嘗試和研究新的方法和技術，高效快速地處理軟土地基。

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