軟土路基處理設(shè)計(jì)淺析

林楓，黃偉明

（溫州市城建設(shè)計(jì)院，浙江溫州 325000）

0 引言

我國地域遼闊，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，在人類活動(dòng)、氣候環(huán)境和自然環(huán)境的影響下，進(jìn)一步加劇了工程地質(zhì)的復(fù)雜性，因此在道路工程建設(shè)中會(huì)遇到各種類型的地質(zhì)情況。軟土地基作為道路設(shè)計(jì)較為常見的一種不良地質(zhì)，處理不好會(huì)導(dǎo)致路基失穩(wěn)、道路沉降等一系列問題，大大縮短道路使用壽命。為了解決軟土路基對(duì)道路運(yùn)營質(zhì)量的影響，必須對(duì)軟土路基性質(zhì)、處理方法加以了解。

1 軟土路基的基本特征及常見工程問題

1.1 基本特征

軟土是濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土，成分比較復(fù)雜，通常是在流水環(huán)境中沉積而成的，有明顯的地區(qū)差異性存在。一般情況下，軟土路基主要有下面幾個(gè)方面的特點(diǎn)。

（1）主要由粉土粒和黏土粒組構(gòu)而成，具有孔隙大、含水量高等特點(diǎn)。一般軟土路基的空隙比為1～2，含水量為35%～80%。

（2）具有良好的流動(dòng)性。在剪應(yīng)力的影響下，會(huì)有剪切變形的情況出現(xiàn)，降低抗剪強(qiáng)度，在完成固結(jié)沉降后，還會(huì)產(chǎn)生次固結(jié)沉降[1]。

（3）具有明顯的結(jié)構(gòu)性。當(dāng)原狀軟土受到擠壓和振動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)土體的絮狀結(jié)構(gòu)造成破壞，在靜置時(shí)間不斷增加的情況下，軟土路基的強(qiáng)度會(huì)恢復(fù)。

（4）透水性差，壓縮性高。由于軟土的壓縮模量在4 MPa以下，隨著液限的增加，壓縮性也會(huì)增加，而且由于軟土的豎向滲透系數(shù)為10.5～10.9 cm/s,所以需要經(jīng)過一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，自重作用下的土層才會(huì)達(dá)到完全固結(jié)的要求。

（5）抗剪切強(qiáng)度不高。我國軟土路基的天然排水剪切強(qiáng)度在20 kPa以下，有效內(nèi)摩擦角為20°～350°，在荷載的影響下，軟土抗剪強(qiáng)度也會(huì)隨著軟土路基的排水固結(jié)而出現(xiàn)變化，固結(jié)速度越快，強(qiáng)度變化越明顯。

1.2 常見工程問題

（1）地基承載力和穩(wěn)定性問題

在道路荷載（靜力和動(dòng)力荷載）作用下，地基承載力不能滿足要求時(shí)，地基會(huì)產(chǎn)生局部或整體剪切破壞，影響道路的正常使用，引起道路破壞或邊坡失穩(wěn)。

（2）沉降、水平位移及不均勻沉降問題

在荷載作用下（靜力和動(dòng)力荷載），地基產(chǎn)生變形。當(dāng)?shù)缆烦两祷蛩轿灰疲虿痪鶆虺两党^相應(yīng)的允許值時(shí)，將會(huì)影響道路的正常使用，甚至可能引起破壞。道路沉降量較大時(shí)，不均勻沉降往往也比較大，不均勻沉降對(duì)道路的危害較大。

2 城市道路軟土路基處理措施

2.1 軟土路基淺層處理措施

2.1.1 換土墊層法

對(duì)于軟基厚度較小的路段，挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實(shí)土，按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。干渣分為分級(jí)干渣、混合干渣和原狀干渣；粉煤灰分為濕排灰和調(diào)濕灰[2]。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量，常用機(jī)械碾壓、平板振動(dòng)和重錘夯實(shí)進(jìn)行施工。通常情況下，換土墊層法主要在開挖土方量比較大、基坑面積比較大的回填方工程中進(jìn)行應(yīng)用，一般在淺層軟弱地基和低洼區(qū)填筑區(qū)域施工，處理深度為2～3 m，比較適用于素填土、淺層非飽和軟弱土層、雜填土地基環(huán)境。

2.1.2 加筋墊層法

對(duì)于軟基層地基設(shè)計(jì)使用鋪墊材料的方法進(jìn)行施工。鋪墊材料法指的是使用多層或單層土工織物進(jìn)行鋪設(shè)，由于土工織物具有良好的抗拉強(qiáng)度、連續(xù)性、耐腐蝕性等方面的優(yōu)點(diǎn)，通過使用鋪墊材料的方法進(jìn)行施工，可以降低路基的不均勻沉降，提高路基的承載力。一般會(huì)使用土工格柵、土工布作為鋪墊材料，通過在軟土路基的表面進(jìn)行鋪設(shè)，可以起到良好的排水、反濾、補(bǔ)強(qiáng)和隔離效果。在施工的過程中，會(huì)鋪設(shè)加筋材料組成筋墊層，從而提高路基的承載能力，增加壓力擴(kuò)散角，適合各種類型的軟土地基使用。

2.1.3 沖擊壓實(shí)法

沖擊壓實(shí)法指的是使用振動(dòng)的、揉擠的、恒定重量的、沖擊的壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行施工，達(dá)到提升路基承載力的目的。這種施工方法具有影響深度大、生產(chǎn)效率高等方面的優(yōu)點(diǎn)。一般在處理特殊地基時(shí)會(huì)使用到這種方法，可以有效降低路基的沉降。

2.1.4 輕質(zhì)填料法

在處理軟土路基時(shí)，常用的輕質(zhì)填料處理法主要有粉煤灰處理、EPS處理和泡沫混凝土處理方法。

粉煤灰由于顆粒直徑比較小，表面積大，很容易和軟土拌合，而且由于粉煤灰屬于工業(yè)廢棄材料，對(duì)粉煤灰進(jìn)行利用可以起到良好的環(huán)保效果，但需要注意粉煤灰層的包裹處理，避免出現(xiàn)污染物被淋濾下滲對(duì)地下水環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

EPS材料又稱聚苯乙烯板塊，具有密度小、力學(xué)性能好等封面的優(yōu)點(diǎn)，可以有效降低路堤的自身重量，降低路基的沉降量和壓縮變形模量。在施工時(shí)，考慮到材料的耐化學(xué)性、抗風(fēng)化性和耐沖擊性差，需要將其埋入地下[3]。此外，由于材料自身的重量比較小，為了避免水的浮力將EPS路堤抬高，對(duì)路堤造成破壞，地表洪水泛濫的地區(qū)，不宜使用。

泡沫混凝土是使用氣泡群、水、水泥等材料按照特定的比例進(jìn)行混合得到的一種水泥類環(huán)保材料，具有自身重量輕、壓縮性低、固化自立性、施工便利等方面的優(yōu)點(diǎn)，作為輕質(zhì)填料在高填方路段使用有不錯(cuò)的效果。

2.2 軟土路基深層處理措施

2.2.1 排水固結(jié)法

對(duì)于沖填土地基和厚度比較大的飽和軟土地基，設(shè)計(jì)使用排水固結(jié)法進(jìn)行加固，通過對(duì)排水條件進(jìn)行改善，對(duì)排水井進(jìn)行垂直布置，使用加壓抽氣抽水的措施來提高土體的強(qiáng)度，達(dá)到加固地基的目的。使用這種方法不僅可以有效提高土體的承載力，而且可以有效降低沉降。通常真空預(yù)壓、堆截預(yù)壓、電滲排水法是比較常用的排水固結(jié)法。一般情況下，排水固結(jié)法主要適用于對(duì)飽和軟弱土層進(jìn)行處理，但是對(duì)于滲透性比較低的泥碳土來說要慎重使用。

2.2.2 深層攪拌法

水泥攪拌樁加固主要是利用加固土體的化學(xué)反應(yīng)，然后使用機(jī)械設(shè)備將水泥噴入到需要處理的道路軟土路基中，在澆筑的過程中，要不停地進(jìn)行上下攪拌，使水泥和土出現(xiàn)水解化的反應(yīng)，組成膠凝體，最后形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體，有效地對(duì)土體的強(qiáng)度進(jìn)行提高，達(dá)到路基所需承載力的基本要求。

根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)水泥攪拌存在以下幾個(gè)問題。

（1）均勻性差：無法充分?jǐn)嚢柰馏w，導(dǎo)致樁身強(qiáng)度低。

（2）受力不合理：樁徑自上而下完全相同，不能根據(jù)地基應(yīng)力狀態(tài)合理布置樁形，樁身強(qiáng)度得不到充分利用。

（3）漿液上冒：施工過程中，在土壓力、孔隙水壓力、噴漿壓力以及攪拌葉片旋轉(zhuǎn)力相互作用下，水泥漿沿鉆桿上冒甚至冒出地面，無法就地?cái)嚢瑁瑢?dǎo)致樁身上部水泥含量高及大量水泥漿的浪費(fèi)。

對(duì)此，有關(guān)單位研發(fā)了釘形雙向水泥土攪拌樁，因?yàn)槠渚哂须p向攪拌和可變樁形的特點(diǎn)，可避免常規(guī)攪拌樁存在的上述問題，具有良好的使用效果，大大拓展了水泥攪拌樁的使用范圍。

2.2.3 薄壁筒樁

薄壁筒樁派生于沉管灌注樁技術(shù)，采用自動(dòng)排土振動(dòng)灌注而成，具有施工工藝簡(jiǎn)單、成樁速度快、質(zhì)量易于控制等特點(diǎn)。薄壁筒樁屬于大直徑樁型，突破600 mm的限制，可充分發(fā)揮大直徑樁的穩(wěn)定性和強(qiáng)度；擠土效應(yīng)小，避免自身的位移和對(duì)周邊地基的形變；單樁豎向承載力較高，通過放置鋼筋籠，可以大大提高水平極限承載力；從施工角度看，薄壁筒樁是連續(xù)灌注而成，在中高頻率振動(dòng)中起拔，樁的整體性和樁體混凝土質(zhì)量較好，連續(xù)施工長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)十米。薄壁筒樁適用于軟黏土、黏土、砂黏土、砂礫土及風(fēng)化嚴(yán)重的巖層，其中特別適用于軟黏土。

3 實(shí)際應(yīng)用案例

3.1 案例介紹

溫州某應(yīng)急道路的總長(zhǎng)度為2 355 m，設(shè)計(jì)速度為30 km/h，紅線寬24～36 m，沿線有橋梁4座、箱涵1座，根據(jù)工期安排，需要在較短時(shí)間內(nèi)完成工程建設(shè)，縮短路基處理的工期，因此在軟基處理上采取淺層、深層聯(lián)合處理。

3.2 道路軟土地基的具體設(shè)計(jì)

本次路基處理主要集中于橋頭接坡路段，填方小于等于3 m的采用攪拌樁處理；填方大于3 m路段采用φ500 mm攪拌樁+泡沫混凝土處理；兩座橋涵構(gòu)筑物距離較短，整體填土較高的路段采用φ1 000 mm薄壁筒樁+泡沫混凝土處理。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告計(jì)算，水泥攪拌樁間距取1.1～1.5 m，樁長(zhǎng)控制在8～15 m；薄壁筒樁間距2.5 m，樁長(zhǎng)控制在19～32 m。

泡沫混凝土根據(jù)所處的層位分別給定參數(shù)：路面底面以下0～80 cm，濕容重6.5 kN/m，28 d抗壓強(qiáng)度不小于0.8 MPa；路面底面80 cm以下，濕容重6 kN/m，28 d抗壓強(qiáng)度不小于0.6 MPa；流動(dòng)度為180±20 mm。

3.3 建成后質(zhì)量檢測(cè)

該工程于2013年2月建成通車，在一年多的運(yùn)行后，經(jīng)觀測(cè)除單獨(dú)采用攪拌樁處理段局部稍有沉降，其余高填路段、橋頭均未見明顯沉降出現(xiàn)，處理效果顯著。

4 結(jié)語

在城市道路工程施工的過程中，為了保證道路的使用質(zhì)量和使用年限，要求處理后道路的沉降盡量減少，且具有良好的穩(wěn)定性和地面強(qiáng)度，特別對(duì)于路基工作區(qū)來說，在保證路基的穩(wěn)定性、路面強(qiáng)度以及達(dá)到行車的基本要求等方面有著非常重要的意義，需要根據(jù)具體的施工條件選擇良好的軟土路基處理方法，進(jìn)而達(dá)到良好的治理效果。在選擇施工方法的時(shí)候，要進(jìn)行環(huán)境因素、施工工期、工程造價(jià)等方面的對(duì)比，找出合理的路基處理措施。

[1]李朝陽.城市交通與道路規(guī)劃[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2009.

[2]沈建武.城市道路與交通（第二版）[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2006.

[3]夏曉敬.基于快速城市化的城市出入口道路交通特性分析[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2010.