常見軟基處理方法在河北省高速公路建設中的應用

曹正波，王曉明

（河北省交通規劃設計院，河北 石家莊 050000）

0 引言

受益近十幾年國內基礎設施投資的高速增長，我國高速公路建設經歷了一個前所未有的飛速發展時期，截至2013 年底我國高速公路通車總里程已突破10萬km，是15年前的12倍。

縱觀國家路網，最密集的地區當屬東部沿海地區，尤以京津冀、長三角和珠三角這三個地區為甚。這三個地區均廣泛分布著軟土，長三角、珠三角地區多海相沉積地層，軟土厚度大；京津冀東南部平原區以沖洪積、湖積地層為主，東部濱海區以海相沉積及沖洪積地層為主。從實踐經驗來看，工后沉降一直是高速公路建設中的重點、難點問題。軟土地基物理力學性質的差異、分布結構的不同、處理方式的區別以及施工質量的好壞，都對工后沉降有著至關重要的影響，而路基的工后沉降恰恰直接關系到人們的行車體驗乃至安全，是評價高速公路質量的關鍵。

本文針對河北地區巖土工程特點，以邢衡高速公路衡水段為例，結合多條高速公路建設經驗，對換填法、排水固結法、復合地基法、強夯（置換）法等常見高速公路軟土地基處理方法，在方案選擇及應用過程中應注意的問題進行系統分析總結。

1 軟土的特征

軟土是指以靜水或緩慢流水環境中沉積的飽和軟弱黏性土或淤泥為主的土體，一般呈軟塑～流塑狀態，具有高壓縮性、強度低、透水性差、靈敏度高等特點，其物理力學指標見表1。

表1 軟土軟弱土判別指標

在河北地區，尤其是在唐山、秦皇島、廊坊、滄州、衡水等東部地區，除軟土外，更廣泛分布著一種工程性質較差的土體，它的各項指標比軟土指標稍好（見表1），但比正常土的各項指標又要差很多，由于分布廣且具有很強的工程意義，在河北省被定義為軟弱土，并已收錄在“河北省高速公路勘察設計標準化指南”作為地方性標準執行。

2 常見軟土處理方法

軟土地基處理方法按加固機理主要分為換土墊層法、深層密實法（強夯法、擠密法）、排水固結法、膠結法（注漿法、水泥土攪拌樁法）等。

這些方法從本質來說可歸為三類，第一類是置換，即用好的材料換掉差土層，如換填法、CFG樁法等；第二類是原土的改良，即在不加入其他材料的情況下，追密土體，以提高其物理力學指標，如固結法、強夯法；最后一類是通過外加劑對土體進行改良，如水泥土攪拌樁法、高壓旋噴法等。

現在常用的各種方法無外乎上述三類之一或其組合。在河北省高速公路項目中，最常用的是換填法、排水固結法、復合地基法和強夯（置換）法。

3 實例分析

對于地基處理設計，方案選擇是根本，質量控制是關鍵，動態設計是靈魂。

在選擇處理方案時，應本著因地治宜的原則，根據設計要求，按不同路段的不同控制指標，從預期效果、材料來源、施工進度、質量控制以及對環境的影響等各方面綜合考慮，對各種有效可行的處理方案進行技術經濟分析比選，從中選擇最優方案或組合。

地基處理設計時，應遵循設計方案整體性、針對性、連貫性的理念，使各處理方案選擇合理，銜接順暢；遵循加強觀測、動態設計的理念，以觀測數據為依據，適時優化設計方案；遵循少加固，多預壓的理念，優化施工組織，合理利用工期。

下面以邢衡高速公路衡水段地基處理為例，簡要說明處理方案選擇的過程及應注意的問題。

3.1 邢衡高速地質情況簡介

邢衡高速公路衡水段，地處河北省南部衡水境內，衡水市地處滹沱河古沖洪積扇及其與滏陽河沉積的交錯地帶，古黃河、古漳河長期泛濫淤積而形成的堆積平原區，局部有坑塘。

項目主線全長53.532km，其中橋梁總長9.131m，路基段長44.4km，全線路基連續分布有厚度不等的軟土、軟弱土，其頂面埋深一般在0～5m。軟土層的天然含水量ω在33.5%～53.5%之間，孔隙比e在0.916～1.604 之間，液性指數IL在0.51～1.55之間，壓縮指數a1-2在0.56～1.10MPa-1之間，壓縮模量Es在2.2～5.3MPa之間，標貫擊數N在2～5擊之間。

3.2 方案初選

初步計算，場地若不處理，總沉降量一般在40～90cm 之間，工后沉降量為20～45cm，按1.3 倍的沉降修正系數計算，工后沉降量，絕大部分路段高于30cm，不滿足橋頭路段（10cm）、整體式基礎（20cm）以及普通路基段（30cm）的沉降控制要求，故應進行地基處理。

根據前述地質情況，初步判斷全線均可采用復合地基或固結法處理，淺層換填及強夯法需視具體地質情況及施工環境而定。結合工期，經試算，固結方案在一般路段可行，但橋頭及高填路段由于施工組織及工期問題不太適宜。部分典型斷面結果見表2。

再綜合經濟性，得出本項目可主要采用固結方案，輔以復合地基處理橋頭及高填路段的設計思路。

表2 部分典型斷面計算成果表

3.3 地質類型劃分

基于上述初步分析結果，根據各地基處理方法的適用性對地勘資料進一步分析、整理。按照軟土的埋深、厚度以及軟土與透水性（或相對透水性）土層（粉土、砂土）的分布關系等將全線軟土地基分為以下四種類型，見圖1～4。

圖1 厚層軟土（a型）

圖2 地表出露的薄層軟土（b型）

圖3 與透水層接觸的薄層軟土（c型）

圖4 與非透水層接觸的薄層軟土（d型）

3.4 方案設計

上述四種地質類型中，a型地層適宜采用復合地基及固結法；b 型適宜采用換填法和強夯（置換）法；c 型適宜采用固結法；d 型適宜采用復合地基及排水固結法。

經綜合比選，最后擬采用復合地基處理橋頭及箱涵，采用排水固結法處理6m 以內填高的路基段，采用拋石強夯法處理坑塘，局部采用換填或強夯（置換）法處理淺表層軟基。

對擬定的各方案逐段進行復算，選定合適的處理參數，細化處理段落，完善施工工藝、質量控制、沉降觀測以及動態設計等內容。

4 經驗總結

4.1 換填法

（1）該法簡單可靠，一般適用于表層軟土厚度小于3m的淺層軟弱地基處理。

（2）在應用過程中應重點考慮場地的適宜性、換填材料的經濟性、棄方以及環保問題。

4.2 排水固結法

（1）該法簡單可靠，經濟性強，但需要足夠的預壓期。

（2）設計時應充分考慮北方冬歇期利用。

（3）實施過程中應充分利用觀測數據，模擬推斷工后沉降量，以動態調整預壓設計（包括預壓荷載、預壓期等參數）。

（4）當線路上采用等載或超載預壓時，應協調荷載來源；當長距離、大段落采用預壓，應考慮路線兩側居民通行問題。

（5）河北省經常采用欠載預壓方案，即不計路面結構層荷載，僅正常填筑路堤至上路床頂，并預留一定的預沉降，然后通過合理調整預壓期，以滿足設計要求。欠載方案在唐曹、大廣、邢衡、京滬等項目中廣泛應用，均取得了良好效果，值得借鑒推廣。

4.3 復合地基法

（1）該法適用范圍廣，施工速度快，處治效果好，能很好控制路堤的穩定及工后沉降，在橋頭等構造物區域廣泛應用，但其經濟性較差，部分樁型有一定的污染性，選擇材料時尚應考慮地下水的腐蝕性等問題。

（2）由于復合地基是由建筑行業引入，其理論更適用于剛性基礎之下，對于高速公路路基而言，復合地基樁頂墊層的剛性越大，越能充分發揮樁的作用，實際情況與理論計算值越接近。

（3）剛性樁、半剛性樁可設置樁帽以充分發揮樁體作用。

（4）各種樁體有各自的適用條件，應充分注意，如水泥土攪拌樁法無法穿透中密以上砂土層，不適用于有機質含量超過10%的土，也不適用于十字板剪切強度小于10kPa的軟土；CFG樁法不適宜十字板剪切強度小于20kPa的地層；灰土樁不適于地下水位以上地層等。

（5）河北地區由于粉煤灰利用價值上升而導致來源緊張，價格上漲，現經常用C20素混凝土樁代替CFG樁。

（6）復合地基檢測周期可經地區經驗統計28d與90d的對比關系，以指導施工。

（7）由于是隱藏性工程，非預制打入式復合地基的樁體施工質量控制尤為關鍵，應予以高度重視。

4.4 強夯（置換）法

（1）該法施工簡單，加固效果好，使用經濟，沉降量直觀，原來廣泛應用于黃土及砂性土的處理中，近年來在軟土處理中逐漸推廣。

（2）在飽和軟黏土中用該法時一定要進行試夯，以確定其可行性及相關參數。

（3）強夯法處理軟基的原理是動力固結，需要足夠的時間使孔隙水壓力消散，土的黏性越大，間歇時間越長；為加速孔隙水壓力的消散，可設置袋裝砂井或塑料排水板。

（4）強夯法對周圍環境影響較大，周邊有建筑物、養殖場等時不宜使用。

（5）在河北高速公路建設項目中，強夯置換法引申為拋石強夯法處理坑塘淺層軟基，即在不排水、不清淤的情況下，拋填塊石或片石至水位以上，然后進行強夯，以達到擠淤置換的目的，該法施工便捷、經濟，處理效果良好，自唐曹高速應用以來，在其他項目中也得到廣泛推廣。

5 結語

本文結合河北省地質情況特點，以邢衡高速公路衡水段地基處理為例，通過比選地基處理方法，劃分地質模型，確定處理方案，并總結各處理方法需注意的關鍵技術性問題，為其他工程提供了經驗參考。

地基處理在方法選擇上要切實可行，施工工藝上要力求簡單易操作；質量控制是關鍵，檢驗、檢測要重視；加強觀測，動態調整；總結經驗、注意細節；只有綜合考慮、系統實施才能保障地基處理最終良好的效果。

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