路基軟土地基施工技術(shù)的處理方法研究

張慰偉

摘 要：本文首先分析了軟土地基的主要影響，并概括了軟土地基基礎(chǔ)常見處理方法，如袋裝砂井法、粉噴樁法、換填法、以及砂墊層法等，最后就粉噴樁施工方案在路基軟土地基基礎(chǔ)處理方面的關(guān)鍵要點進(jìn)行概括分析，望能夠為同類工程實踐提供一定的參考與幫助。

關(guān)鍵詞：軟土路基；粉噴樁；地基處理

中圖分類號：U213 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1.軟土地基主要影響

軟土地基在我國有較為廣泛的分布，主要集中在濱海區(qū)、江河入海口等，內(nèi)陸河流、湖泊中也可見軟土地基分布。與常規(guī)地基基礎(chǔ)相比，軟土地基具有土層水含量高的特點，土體壓縮性以及孔隙比高，繼而降低了土體結(jié)構(gòu)的抗剪力以及透水性水平。在此類型地基基礎(chǔ)施工中，常常會出現(xiàn)以下幾個方面的問題：第一是沉降。沉降是軟土地基基礎(chǔ)對路基所產(chǎn)生的最大影響之一。土層中軟土硬結(jié)效應(yīng)不良，容易導(dǎo)致地基失穩(wěn)，并在外部作用力影響下（如公路橋梁上部車輛荷載作用力）產(chǎn)生沉降甚至塌陷等問題；第二是硬化。在軟土地基基礎(chǔ)處理過程中，材料比例不合理可能導(dǎo)致土層硬化不均勻，進(jìn)而對路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響；第三是侵蝕。在地基基礎(chǔ)施工過程中會消耗大量的水泥以及砂石材料，但由于軟土地基基礎(chǔ)中土層比較松軟，在長時間雨水沖刷作用下內(nèi)部材料容易沖散，導(dǎo)致路基表面被侵蝕，進(jìn)而對路基結(jié)構(gòu)的整體性產(chǎn)生不良影響。

2.軟土地基常見處理方法分析

（1）袋裝砂井法。袋裝砂井法處理軟土地基基礎(chǔ)的原理是排水固結(jié)（如圖1所示），即在原有地基基礎(chǔ)中開挖一條豎向排水通道，在軟土地基基礎(chǔ)之上增加荷載作用力，使飽和水分自土層空隙中流出，并經(jīng)過排水通道排出土層。待水分被排除后，土層空隙體積會有所下降，進(jìn)而使地基基礎(chǔ)產(chǎn)生固結(jié)以及變形反應(yīng)，并在超靜水壓作用下空隙逐漸消失，通過提高土層有效應(yīng)力水平以及強(qiáng)度的方式達(dá)到加固軟土地基基礎(chǔ)的目的。

（2）粉噴樁法。粉噴樁基礎(chǔ)即粉體噴射深層攪拌技術(shù)，該技術(shù)在路基軟土地基加固中有著非常廣泛的應(yīng)用。粉噴樁技術(shù)的基本工作流程如圖2所示，其基本原理在于：借助于專用粉體噴射攪拌機(jī)回轉(zhuǎn)鉆頭葉片將水泥、石灰粉等粉狀加固料放置于原位軟土地基基礎(chǔ)中并就地進(jìn)行攪拌，以提高軟土地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性與整體性，同時保證樁基的強(qiáng)度水平，最后對地基基礎(chǔ)深層位置進(jìn)行加固料噴射以及壓縮處理。在樁體內(nèi)加固料與軟土產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)的過程中，誘發(fā)軟土硬結(jié)現(xiàn)象，使樁間土與粉噴樁樁體間形成復(fù)合地基關(guān)系，進(jìn)而達(dá)到加固軟土地基基礎(chǔ)的目的。

在路基軟土地基基礎(chǔ)加固中，應(yīng)用粉噴樁施工技術(shù)的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，粉噴樁施工技術(shù)能夠有效減少地基基礎(chǔ)沉降量的產(chǎn)生，使地基基礎(chǔ)經(jīng)加固后路堤沉降以及橋頭跳車等問題能夠得到良好的解決；第二，粉噴樁施工技術(shù)能夠有效避免路堤側(cè)向位移的發(fā)生，相較于排水固結(jié)法的處理效果更為確切，且地基基礎(chǔ)更為穩(wěn)定；第三，粉噴樁施工技術(shù)與路堤填筑施工的適應(yīng)性良好，能夠快速完成填土作業(yè)，在工期較短或雨季下的公路施工中有良好應(yīng)用價值；第四，粉噴樁技術(shù)應(yīng)用能夠有效解決材料耗用量，降低工程造價，同時具有良好的安全性。

換填法。本方法主要適用范圍為：軟土地基承載力水平與變形以及建筑要求不符合且土層中軟土地基基礎(chǔ)厚度不大，基本原理如圖3所示。在應(yīng)用換填法對軟土地基基礎(chǔ)進(jìn)行處理的過程中，首先需要部分或全部開挖軟土，將具有較高穩(wěn)定性、防侵蝕且強(qiáng)度較大的材料換填至土層內(nèi)，并借助于強(qiáng)夯機(jī)進(jìn)行壓實，達(dá)到預(yù)期密度后可提高軟土地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度水平。

（4）砂墊層法。砂墊層法在公路橋梁軟土地基基礎(chǔ)處理中同樣應(yīng)用廣泛，其本質(zhì)是在路堤填土與軟土地基中間施做透水性墊層，以促進(jìn)土層內(nèi)水分的排出，一方面能夠快速固結(jié)地基，另一方面能夠保護(hù)路堤避免受到土層孔隙內(nèi)水分的影響。一般來說，砂墊層法中所選用材料以中～粗砂石為主，厚度在0.5m～0.9m左右，墊層施工中寬度應(yīng)當(dāng)在路堤寬度基礎(chǔ)之上擴(kuò)展0.5m～1.0m。

3.軟土地基礎(chǔ)施工技術(shù)要點——以粉噴樁法為例

攪拌樁加固軟黏土的基本原理是以水泥等材料作為固化劑，應(yīng)用特制深層攪拌機(jī)在地基基礎(chǔ)中將水泥與軟黏土強(qiáng)制拌合，使軟黏土硬結(jié)形成具有充分強(qiáng)度、水穩(wěn)性以及整體性的地基土。在具體應(yīng)用中，采用粉噴樁處理軟土地基基礎(chǔ)的基本工藝流程為：首先對軟土地基基礎(chǔ)進(jìn)行處理并于施工現(xiàn)場開挖臨時排水溝設(shè)施，清除表面草皮后填筑80.0cm厚度宕渣。鉆機(jī)以及材料進(jìn)場就位并檢驗后進(jìn)行粉噴樁施工，施工完畢后對成樁承載力進(jìn)行檢測，鋪設(shè)砂礫墊層并進(jìn)行碾壓，然后對路基土石方填筑作業(yè)，對軟土地基基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定性進(jìn)行觀測，觀測達(dá)到滿意效果后進(jìn)行路基整修以及驗收，驗收合格后方可轉(zhuǎn)入路面施工環(huán)節(jié)。

第一步，前期準(zhǔn)備。在本工程進(jìn)行軟土地基基礎(chǔ)處理前應(yīng)于施工現(xiàn)場開挖臨時排水溝設(shè)施，沿縱向開挖臨時將水溝以降低地表水，并對地基基礎(chǔ)上覆草皮進(jìn)行清除。完成上述工作后，選用適宜材料填筑軟土地基基礎(chǔ)處理區(qū)，土體填筑后整平并進(jìn)行輕度碾壓，方便后續(xù)粉噴樁機(jī)以及配套設(shè)施進(jìn)場。在此基礎(chǔ)之上根據(jù)設(shè)計方案進(jìn)行現(xiàn)場測量放樣以及樁位布點等相關(guān)操作。

第二步，粉噴樁施工。根據(jù)工程設(shè)計要求，軟土地基基礎(chǔ)處理現(xiàn)場將粉噴樁按照樁位平面布置圖布置，加固放置機(jī)體位置的基礎(chǔ)，使攪拌樁機(jī)機(jī)軸保持垂直，以防打斜樁，影響樁基承載力啟動攪拌樁機(jī)，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)。此時并不噴射粉料，而是噴射壓縮空氣，可使鉆進(jìn)順利，減小負(fù)載扭距。隨著鉆進(jìn)，準(zhǔn)備被加固的土體在原位受到攪動。提升鉆頭并反轉(zhuǎn)：在提升過程噴粉攪拌，通過粉體發(fā)送器將水泥粉噴射入攪拌的土體中，使土體和水泥沿豎直方向充分拌和。要根據(jù)土質(zhì)情況，決定提升速度，以得到較均勻的水泥土樁，提升速度根據(jù)試樁參數(shù)確定。當(dāng)鉆頭提升到距地面30cm～50cm時，發(fā)送器停止向孔內(nèi)噴射粉料，成樁結(jié)束。這時由于裝置的回路是封閉的，粉體不會向空中噴射和飛散。在攪拌鉆頭距地面30cm處停止噴粉，粉粒不會溢出地面。一般在設(shè)計樁頂預(yù)加50cm樁長作為破除樁頭用。停止噴粉，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)，直至設(shè)計深度處，再邊提升邊反向旋轉(zhuǎn)，使土體和粉體充分拌和，土體被充分粉碎，水泥粉被均勻地分散在樁土中，復(fù)拌是保證成樁均勻和提高樁體強(qiáng)度的有效措施。

第三步，路基填筑施工。在路基填筑前選用砂礫材料鋪設(shè)墊層，并進(jìn)行碾壓密實處理。路基填筑選用材料遵循就近原則，根據(jù)實際情況對填筑層厚度進(jìn)行合理控制。施工過程中于路基兩側(cè)加寬50.0cm，預(yù)留橫坡與路拱，加寬后選用重型壓路機(jī)進(jìn)行振動壓實處理，以確保沉降后路基寬度以及設(shè)計邊坡坡率符合設(shè)計要求。

第四步，沉降觀測。工程現(xiàn)場施工過程中于路基設(shè)計中心線以及路肩基底同時埋設(shè)沉降觀測裝置，按照每填筑一層觀測一次的頻率記錄觀測數(shù)據(jù)。測量埋設(shè)就位的沉降板測桿桿頂標(biāo)高讀數(shù)作為初始讀數(shù)，隨著路基填筑施工逐漸接高沉降板測桿和保護(hù)套管，每次接長高度一般為0.5m，接長前后測量桿頂標(biāo)高變化量確定接高量，作為沉降量觀察依據(jù)。通過對沉降觀測結(jié)果的分析，判斷粉噴樁法處理軟土地基基礎(chǔ)的整體效果。對經(jīng)處理后路基沉降情況進(jìn)行動態(tài)觀察，若施工過程中沉降量穩(wěn)定無異常，未見邊坡隆起或側(cè)向位移等不良現(xiàn)象，整體沉降均勻，進(jìn)而可證明采用粉噴樁施工方方案對本工程軟土地基基礎(chǔ)進(jìn)行處理的效果可靠，可以滿足設(shè)計要求。

結(jié)語

綜合上述分析來看：應(yīng)用袋裝砂井法、粉噴樁法、換填法、以及砂墊層法等多種技術(shù)手段對路基軟土地基基礎(chǔ)進(jìn)行處理能夠使被加固土體壓縮量得到有效控制，對調(diào)整軟土地基基礎(chǔ)橫斷面差異性沉降以及不均勻沉降的控制有積極效果。同時，既往工程實踐中表明，粉噴攪拌樁剛度高、對側(cè)向變形的對抗能力好，因此在本案例同類工程軟土地基基礎(chǔ)處理中適用性良好。本文即針對路基軟土地基基礎(chǔ)施工中常見的幾類處理方法進(jìn)行了分析，并重點研究了粉噴樁法在施工中的相關(guān)技術(shù)要點與注意事項，望能夠引起業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注與重視。

參考文獻(xiàn)

[1]徐超，葉觀寶，姜竹生，等.基于現(xiàn)場監(jiān)測的軟土地基聯(lián)合處理機(jī)理研究[J].巖土工程學(xué)報，2006，28（7）：918-921.

[2]張忠苗，辛公鋒，俞洪良，等.軟土地基管樁擠土浮樁與處理方法研究[J].巖土工程學(xué)報，2006，28（5）：549-552.

[3]董亮，蔡德鉤，葉陽升，等.爆炸固結(jié)法和塑料排水板法處理軟土地基的對比試驗[J].中國鐵道科學(xué)，2006，27（6）：12-16.