膨脹性軟土地基處理與實例分析研究

杜巍林

摘 要：南寧市以高海拔平地為主的地層，主要為賦存穩(wěn)定的淤積第四系為主。因為第四系土層較軟，流沙層賦存穩(wěn)定，地下水補(bǔ)給系統(tǒng)較為完整，所以，文章研究方法以劃出孤立地下水控制塊切斷膨脹土的膨脹動力。在較復(fù)雜第四系上施工高標(biāo)準(zhǔn)道路，必須嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，才可以保證膨脹土在道路基礎(chǔ)部分的膨脹率在控制范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：地下水活動；軟土；地基處理；實例分析

引言

南寧位于廣西壯族自治區(qū)南部偏西，位于東經(jīng)107°45′～108°51′，北緯22°13′～23°32′之間。南寧地貌以高海拔平地為主，北部有頂部海拔600米低山一座，東部分布較低丘陵若干。山地及丘陵占市區(qū)總面積的20%左右。西江自西而東穿過南寧市區(qū)，另有郁江、右江、左江、紅水河、武鳴河、八尺江等在區(qū)域內(nèi)流經(jīng)或者匯集。南寧市平地第四系較厚，90%以上平地第四系厚度0.6米以上，40%以上的平地第四系厚度在2.0米以上。但同樣因為南寧地區(qū)豐富的水系和相對肥沃的土壤，南寧地區(qū)往往需要在流動性和膨脹性較強(qiáng)的土地上進(jìn)行施工。

1 工程概況

本研究工程為某二級公路系統(tǒng)，公路連接永安路與X027縣道，永安路是連接西寧市政道路與G7211機(jī)場高速的主要道路，而此公路雖然在較厚的第四系土層上建設(shè)，但其主要功能是聯(lián)結(jié)馬頭山開發(fā)區(qū)與G7211機(jī)場高速及西寧市區(qū)。道路寬度30米，長度3千米，設(shè)計通車量每天7000輛。

工程壓覆第四系土層厚度3.6～7.2米，以道路中線兩側(cè)擴(kuò)展1500米為考察區(qū)，考察區(qū)內(nèi)第四系厚度0.6～11.4米，豐水期區(qū)域內(nèi)淺層地下水受到西江等水系直接補(bǔ)給，枯水期區(qū)域內(nèi)淺層地下水向西江等水系反補(bǔ)給，所以區(qū)域內(nèi)淺層地下水埋深變化幅度在地表下4～8米變化。這使得工程區(qū)域地陷地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，土壤的周期性膨脹壓力對道路路基的損壞作用較為嚴(yán)重。

地表以下約1.3～1.5米有1層賦存穩(wěn)定的含水流沙層（底板），該流沙層厚度0.2～0.3米深，是地表土壤含水量補(bǔ)給的主要脈絡(luò)。

2 土基礎(chǔ)處理方法

2.1 土基礎(chǔ)處理

將表土剝離約1.5～1.6米深，完整揭露流沙層底板，將底板土地使用手推式夯土機(jī)打?qū)崳M(jìn)而使用振動式13噸三軸羊足壓路機(jī)壓平。使用地平儀測量該水平距離設(shè)計標(biāo)高的距離，使用粒度0.5mm以下的粉煤灰拌合粒度2～4mm的石粉壓實到-1500標(biāo)高。以上形成本工程的土基礎(chǔ)。

2.2 地下水控制

道路中心線兩側(cè)18米采用0.8米排距深孔劈裂水泥注漿，形成阻水層，因為地下水補(bǔ)給方向與道路走向一致，所以阻水層的設(shè)置對地下水的自然流向影響較小。

2.3 三合土基礎(chǔ)設(shè)計

阻水處理之后的土基礎(chǔ)具有了一定的穩(wěn)定性，其地下水?dāng)_動較小，所以上覆各層主要目的為吸收和抵抗土基礎(chǔ)的小幅度膨脹及變形帶來的形變。I層是在粉煤灰基層上鋪設(shè)生石灰80mm，使用壓路機(jī)軋實到20mm，部分生石灰滲入粉煤灰層。生石灰可以有效吸收施工過程中進(jìn)入到基礎(chǔ)內(nèi)的水分，形成水合物，構(gòu)成致密的阻水層。所以鋪設(shè)過程中，生石灰不需要單獨(dú)補(bǔ)水。生石灰上鋪設(shè)三合土并逐步軋實至-500標(biāo)高。三合土是I層的主要材料，其可塑性好，承載力大，可以較大幅度的吸收基礎(chǔ)形變。三合土采用粒度35～50mm的石灰?guī)r骨料、配合粒徑4～6mm的石粉、摻入黏土中攪拌形成。軋實后，1.0米厚度的三合土可以吸收90%以上的參與形變。

2.4 硬化基礎(chǔ)設(shè)計

硬化基礎(chǔ)利用其剛性對抗膨脹土基礎(chǔ)的形變問題，雖然正常狀態(tài)下年周期變化幅度100mm左右的土層在經(jīng)過2.1～2.3階段處理后，其變化幅度遠(yuǎn)小于10mm，但如果直接在三合土基礎(chǔ)上鋪設(shè)瀝青路面，此變化幅度也會對瀝青路面帶來致命的擾動。文章設(shè)計300mm厚度的鋼筋混凝土硬化基礎(chǔ)，分2層鋪設(shè)，每層厚度150mm，每層底部20mm布置8mm圓鋼作為骨架的鋼筋編網(wǎng)作為抗拉支持系統(tǒng)。編網(wǎng)采用200mm×200mm的正方形網(wǎng)格，使用2#扎絲扎緊。混凝土采用C25預(yù)拌混凝土澆筑，使用振動棒搗實，頂部機(jī)械輔助抹平。

2.5 瀝青路面

使用防水改性瀝青路面鋪設(shè)2層共100mm，形成本項目路面。

3 問題及對策分析

3.1 膨脹土的應(yīng)變影響無法徹底避免

本研究方法，完全避免了1.5m流沙層以上膨脹土變化給路基帶來的影響，阻斷了10米深度以內(nèi)的淺層地下水活動，但從仿真分析來看，此方案仍然會形成10mm左右的路基應(yīng)變，應(yīng)變過程存在約5%的不均一性，導(dǎo)致路面可能發(fā)生較強(qiáng)的剪力。本設(shè)計路面為分列式路面，中間設(shè)立安全島隔離帶，減小了單一混凝土塊的跨度，以求減輕這種不均一性。同時，在路面上每隔30～50米設(shè)立泄壓槽，使得路快寬度孤立為8×50米，最大程度上減輕了道路變形壓力。

3.2 施工質(zhì)量削弱地質(zhì)災(zāi)害防御

本系統(tǒng)可能出現(xiàn)以下施工質(zhì)量問題導(dǎo)致基礎(chǔ)地質(zhì)災(zāi)害防御能力，導(dǎo)致道路基礎(chǔ)的膨脹壓力控制力減弱。

3.2.1 夯實不徹底

路面夯實過程是本工程執(zhí)行的重點，如果夯實過程不能使土基礎(chǔ)達(dá)到足夠的密實度，會使得地下水控制作用減弱。而夯實不徹底帶來的地下水作用增強(qiáng)導(dǎo)致的路面土基礎(chǔ)膨脹過程加劇，很容易損壞路面。此問題對策只有加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，采用逐層審核和篩查的方式，找到施工質(zhì)量問題，防止出現(xiàn)因為上覆路面施工掩蓋下層路基問題的情況。

3.2.2 筑路材料配比問題

施工用到的隔水砂層、三合土、混凝土、改性瀝青都牽扯到材料配比問題，只有嚴(yán)格工程質(zhì)量管理對材料配比嚴(yán)格控制，才可以在源頭上解決施工質(zhì)量問題。

3.2.3 路面鋪設(shè)過程中混入雜物

因為大部分道路的鋪設(shè)過程都允許行人就近通過，這個過程嚴(yán)重擾亂路面的整潔度，不少煙盒、塑料袋、塑料瓶等雜物會在施工基層上丟棄，甚至不少生活垃圾也會在路面基層上傾倒。這些雜物對路面施工質(zhì)量帶來較嚴(yán)重的問題。建立施工場地行人管理制度，請交通及公安機(jī)關(guān)協(xié)助管理隨意破壞施工的周邊居民及行人，是減少路面雜物的有效措施。同時施工過程中也應(yīng)該嚴(yán)防其他建筑材料及移出物混入路基表面。

3.2.4 過水地鋪設(shè)或者下層路面被破壞

因為中途出現(xiàn)降水等強(qiáng)對流天氣可能造成路面的積水和積雪，這種狀態(tài)下直接進(jìn)行施工，會直接擾亂拌合物的穩(wěn)定性和配比，嚴(yán)重時可能造成其應(yīng)力應(yīng)變特性發(fā)生變化。路面因為外力及不當(dāng)施工也可以引起損壞，損壞過的路面必須經(jīng)過修復(fù)和鑒定后才可以繼續(xù)下一步施工。

3.2.5 建材質(zhì)量問題

道路路基施工過程中使用到的石子、石粉、生石灰、鋼筋、水泥等建材，較容易出現(xiàn)不健康供應(yīng)鏈帶來的建材質(zhì)量問題，這些質(zhì)量問題可能從源頭上直接影響施工質(zhì)量。嚴(yán)格招投標(biāo)制度，嚴(yán)防招投標(biāo)腐敗過程，堅決打擊在招投標(biāo)過程中認(rèn)為干涉招投標(biāo)結(jié)果的企業(yè)工作人員，是實建材現(xiàn)質(zhì)量管理的唯一有效途徑。

4 結(jié)束語

總之，針對較厚第四系且具有膨脹風(fēng)險的土層施工較高級別公路，具有一系列行之有效的工程方法。但是這些工程方法施工過程相對復(fù)雜，施工過程較難控制，施工方必須具有完善的工程質(zhì)量管理能力才可以保證施工過程的安全高效。同時，道路基礎(chǔ)施工是本系統(tǒng)防止土層膨脹帶來的基礎(chǔ)破壞。

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