換填氣泡混合輕質土在公路工程軟基沉降處理中的應用

【摘 要】 我省沿海地區軟地基較多，大多存在著地基承載力不足、沉降差大等問題，在這種軟基上修建公路，軟基的沉降處理是必須解決好的難題。本文以某公路工程為例，對軟基沉降的常見處理方法進行了比較，最后介紹了換填起泡混合輕質土在軟基沉降處理中的應用和施工工藝，取得了令人滿意的效果，為類似工程的應用提供施工經驗。

【關鍵詞】 軟基；沉降處理；換填起泡混合輕質土；沉降量

軟土是指天然含水量大、壓縮性高、承載力低和強度低的一種軟塑性到流塑性狀態的粘性土。這種土質在我省沿海地區廣泛分布著，這樣就導致路基的承載力和穩定性不能滿足工程的要求，因此，在此種路基上修建公路無疑是一個巨大的難題。

1 工程概況

某公路工程HK0+245～HK0+277.5L1合同段表層為2.9m厚亞粘土硬殼層，其下為厚約11.3m的淤泥質亞粘土軟弱層，再下為亞粘土層。原設計采用水泥漿液攪拌樁處理，處理深度15m，間距1.4m，預壓填土高度3.23m。該段沉降板觀測數據表明，達到恒載后，沉降速率一直沒有趨于穩定，2008年5月份沉降速率為8mm/月，6月份沉降速率為7mm/月，當時預測7月份沉降速率為6.7mm/月，8月份沉降速率為6.1mm/月。

K9+740～K9+810L3合同段表層為2.2m厚亞粘土硬殼層，其下為厚約22.55m的淤泥質亞粘土軟弱層，再下為亞粘土層。原設計采用塑料排水板處理，板長25m，間距1.3m，平面上梅花形布置。根據實測資料，該路段目前實際超載高度為1.18m，實測累計沉降量為2746mm，已經超出設計預期理論沉降量269mm，2008年5月沉降速率為30mm/月，6月沉降速率為26mm/月，當時預測7月沉降速率為22.4mm/月，8月份沉降速率為19.0mm/月，9月份沉降速率為17.3mm/月。

2 軟土路基沉降處理方法

對預測的2008年8月底不能滿足卸載標準的路段，當時已無超載預壓時間，而設置路基超填高度又難以解決根本問題，其只能作為輔助方案考慮，故提出了預應力管樁、高壓旋噴樁2種增強地基和采用粉煤灰、EPS（泡沫塑料）塊體、EPS顆粒混合土和氣泡混合輕質土（FCB）4種輕質填料減輕永久荷載共6種方法進行比選。

3 方案比選

對上述6種方案進行了技術、經濟比較，見表1。

由表1可知，增強地基法中，補打預應力管樁是最優方案；減小永久荷載法中，換填FCB輕質土是最優方案。就造價而言，樁長小于16m時，補打預應力管樁的造價小于換填FCB輕質土；樁長大于16m時，補打預應力管樁的造價大于換填FCB輕質土。從工期考慮，補打預應力管樁需要全斷面開挖，打設管樁并現澆樁帽后，再回填壓實路基；而換填FCB輕質土開挖量少，換填料采用現澆法，無需壓實，工作面要求小，工期相對較短。處理效果上，盡管補打預應力管樁法在確保樁端進入持力層約1m后，復合地基壓縮量很小，但由于墊層的設置以及路堤自身的密實變形，還是會產生一定的沉降量（很難計算），因此處理效果不易保證，且工程實例少；換填FCB輕質土法通過大量減少永久荷載，根據超載預壓原理，效果比較容易得到保證。此外，考慮橋臺臺背施工對橋臺穩定性的影響以及臺后填料的壓實度，橋頭路段和構造物兩側路段均不宜采用補打預應力管樁方案。因此經綜合比較，確定采用換填FCB輕質土方法。

4 實體工程軟土路基沉降處理

FCB輕質土制作流程見圖1。由固結度概念可知，t時刻土層的平均固結度為此時土層各點土骨架承擔的有效應力圖面積與起始超孔隙水壓力（或附加應力）圖面積之比：

=（有效應力圖面積）/（起始超孔隙水壓力圖面積）。

根據有效應力原理，土的變形只取決于有效應力。因此，對一維豎向滲流固結，土層的平均固結度又可定義為：

式中，Sct為地基t時刻的固結沉降量；Sc為地基最終固結沉降量。

根據超載預壓原理，假設換填氣泡混合輕質土后路基的永久荷載（附加應力）為，則在此荷載下路基的最終沉降為，如果令Sct=，此時有=1，即土體完全固結。因此，只要使=（為當前的有效應力），理論上土層的沉降全部完成，徹底消除了工后沉降。

橋梁和道路過渡段處理方案見圖2。縱斷面臺階寬8～10m，高度根據換填厚度確定，為0.6～1.2m，最后一級臺階厚度應大于1.0m。在輕質土與橋臺交接處設厚3cm的泡沫板變形縫，橫斷面臺階隨該處縱斷面的深度變化，并逐步過渡到矩形。一般換填路基段處理方案見圖3，換填橫斷面也為臺階型，中間厚度最大，兩端厚度最小。在氣泡混合輕質土頂層用底基層材料對縱、橫坡度進行調整，見圖4。

換填氣泡混合輕質土具體施工方法如下。

1）施工前做好基底防排水工作，在坑槽最低處開挖寬度小于1m的泄水口，以避免坑槽內積水。

2）嚴格控制開挖斷面底標高，確保基底壓實度達到規定要求；填筑施工時，橫向施工縫間距為0.1m，氣泡混合輕質土頂面0.3m下布置1層網孔為5cm×5cm的鋼絲網片，鋼絲直徑為32mm，網片縱、橫向互相搭接，搭接長度為10cm。

3）氣泡混合輕質土澆筑施工時，單層厚度應控制在0.3～0.8m內，不同層澆筑時間間隔以人在已澆筑好的輕質土層上行走時看不到明顯腳印為宜。施工過程中如遇到大雨應立即停工，并采取遮雨措施保護未終凝的輕質土。

4）氣泡混合輕質土澆筑好后，7d內不允許任何機械在其上面行駛，至少養護7d后才能在其上進行路面施工。為便于用底基層材料對路面縱、橫坡度進行調整，氣泡混合輕質土頂層施工時應做成小臺階。

處理結果：換填處理后軟弱地基段路基的沉降曲線迅速趨于平穩，連續5個月路基沉降量都基本為零，達到了處理預期效果。

5 結語

實踐證明，換填氣泡混合輕質土在公路工程軟基沉降處理中的應用是可行、有效地，該方法可大幅度地減輕路基荷載，使沉降速率迅速收斂，有效縮短預壓時間，同時具有良好的流動性，輸送距離遠，不干擾交通，無需振搗、壓實等施工特點，適合于施工場地狹小的地段施工。因此，換填氣泡混合輕質土有著十分廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 胡坤鵬；劉菲.氣泡混合輕質土在軟土路基處理中的應用[J].科技致富向導，2011年第17期

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