砂土液化路段處理方案淺析

施 博

（中交公路規劃設計院有限公司， 北京 100000）

1 項目總體情況

擬建項目是國家高速公路網規劃中的連云港至霍爾果斯高速公路吐魯番至和田及伊爾克斯坦聯絡線的一段，也是亞洲公路網和新疆干線公路網的重要組成部分。工程項目樁號K1302+500至K1421+000，按雙向四車道高速公路標準建設，設計車速采用120km/h，路基寬度采用28m。

2 地震作用情況

根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）及《中國地震動峰值加速度區劃圖》、《中國地震動反應譜特征周期區劃圖》，本段線路K1302+500—K1316+500段地震動峰值加速度為0.20g，地震烈度為Ⅷ度；K1316+500—K1453+982.258段地震動峰值加速度為0.30g，地震烈度為Ⅷ度。根據《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008）表3.1.4-1，本項目大中橋、互通、分離等重要構筑物應提高1度采取抗震措施。

3 水文地質情況

3.1 地表水

本合同段測區地形北高南低，地下水流向與地形坡度基本一致。公路沿線地表水流均屬內陸河，主要有通古孜阿格孜河、巴羌河、博古孜河、恰克瑪克河。沿線水系主要發源于天山南坡，由天山冰川融水和低山暴雨徑流混合形成。洪水發生在每年的6-9月份，屬次穩定性河流。線路區域內分布有西克爾水庫、托喀依水庫、托克拉克水庫。

3.2 地下水

項目區內水文地質條件相對簡單，區域范圍內地下水含按水介質、貯存條件和水動力特征，主要分為第四系松散巖類淺層滯水（淺層水）及松散巖類潛水（深水層）。

淺層水上部為粉土或角礫，入滲系數大，主要接受降雨及臨時性洪水補給，排泄則以蒸發為主，局部路段由人工開采導致水位下降。深層水含水層分布廣泛而穩定，地下水的側向逕流量顯然大于淺層，特別是當強烈開采條件下還可以增加一部分人工激發量。由于路線區地層多以粉土、圓角礫、碎石等地層為主，深水層與淺層水之間參透性較好，水力聯系較強。深層水補給主要接受淺水層，排泄以地下水徑流及人工開采為主。

4 可液化軟土分布情況

根據《公路抗震設計規范》(JTJ 044-89)及《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008），本次勘察對路線范圍內20米以內的飽和砂類土進行了液化判別，結果表明：勘察期間水位埋深約0.6～10.4m，20米以內的砂類土及飽和粉土為可液化土層，液化等級為中等～嚴重，累計長度42.00km。其它路段由于地下水位埋深較深，可不考慮地震液化的影響。

砂類土屬于典型的可液化土層，低洼地區的粉粘土屬于典型的軟土，而粉砂介于兩者之間，既具有軟土的性質，又兼備液化特性，即工程定義中的可液化軟土。

5 處治方案

5.1 強夯

采用強夯處理的砂土液化路段，清除表土（鹽漬土路段按照換填深度清挖表層鹽漬土）后，先填筑30cm砂礫墊層，再進行強夯處理。先用2000KN·m夯擊能點夯2遍，再用1000KN·m夯擊能滿夯，其中夯錘直徑2.5m，夯點間距2m正方形布置（強夯夯點布置見下圖），完成強夯并平整場地后鋪設1層雙向土工格柵后進行路基填筑。根據《公路路基施工技術規范》（JTG F10-2006）6.3.16的要求，強夯施工前應選擇有代表性并不小于 500平方米的路段進行試夯，確定最佳夯擊能、間歇時間、夯擊間距等參數。

強夯的有效加固深度d可根據《公路路基設計規范》（JTG D30-2004）式(7.6.5-9)估算。

式中：m——夯錘質量（t）；

h——夯錘落距（m）；

α——修正系數，與土質條件、地下水位、夯擊能大小、夯錘底面積等因素有關,其范圍值為0.34～0.80，應根據現場試夯結果確定。

5.2 沖擊碾壓

采用沖擊碾壓處理的砂土液化路段，清除表土后先填30cm砂礫再進行沖擊碾壓，采用雙輪沖擊壓路機，沖擊能量為25KJ，沖擊碾壓不少于15遍，處理表層以下1m土層壓實度不小于93%，然后平整后鋪設1層雙向土工格柵。

5.3 路基換填

采用換填處理的砂土液化路段，在清理地表鹽漬土的基礎上換填1.5m處理，清挖后先填筑0.5m卵石層，再填筑1m砂礫，鋪設土工格柵后再填筑路基，換填層壓實度不小于93%。除橋頭兩側各50m范圍超載1.5m（25.5KPa）預壓6個月，其余路段填筑至路床頂面后預壓6個月再進行路面結構層施工。

6 特殊處理段落

6.1 完成強夯段

主線施工樁號 K1414+380～K1415+040、K1415+730～K1418+560段于 2012年11月完成強夯處理后對路基 8.0m范圍液化指數進行了檢測，檢測結果顯示K1414+380～K1415+040段液化指數指數為 2.55～10.90(平均 5.99)，綜合屬于中等液化，K1415+730～K1418+560段液化指數為8.33～14.32（平均10.71），屬于中等液化，均不能滿足液化指數小于 5的要求。考慮地基承載力滿足要求，可進行路基填筑施工，除橋頭兩側各50m范圍超載1.0m（17KPa）預壓6個月，其余路段填筑至路床頂面后預壓6個月再進行路面結構層施工。

6.2 強夯受限制段

K1418+560～K1420+000段因路線距離鐵路及民房相對較近，強夯施工一定程度上會對鐵路及沿線民房的安全產生影響，結合考慮地震液化是小概率事件，本路段軟弱地基不考慮砂土液化的影響，按照承載力和沉降控制原則處理地基，采用路基換填處理。除橋頭兩側各50m范圍超載1.5m（25.5KPa）預壓6個月，其余路段填筑至路床頂面后預壓6個月再進行路面結構層施工。

7 預壓及沉降計算

7.1 預壓方案

K1414+430～K1418+560已強夯處理段，橋頭兩側各50m范圍超載1.0m（17KPa）預壓6個月；K1418+560～K1420+000換填處理段，橋頭兩側各50m范圍超載1.5m（25.5KPa）預壓6個月.以上段落路基均填筑至路床頂面后進行為期6個月的欠載預壓。

7

.2沉降計算

結合地勘資料，對 K1414+430～K1418+560已強夯處理段及K1418+560～K1420+000段換填1.5m砂礫處理的路基進行沉降計算，填土高度2～7m的路基，按正常填筑、預壓6個月及超載預壓6個月等工況進行工后沉降計算。計算結果顯示路基欠載預壓 6個月，2～7m路基填高施工期沉降平均為9.6cm～59.3cm，工后沉降平均為5.5～18.9cm。小橋超載預壓施工期沉降平均為30cm左右，工后沉降為6cm左右，中橋超載預壓施工期沉降為60cm左右，工后沉降為10cm左右。

7.3 預壓觀測方案

預壓路段中一般路基每300m設一個沉降觀測斷面，橋梁構造物兩側各設一個觀測斷面，每個沉降觀察斷面在坡腳、土路肩邊緣、設計中心線處設置表面位移觀測點，設計中心線附近設沉降板監測點。要求每周進行一次沉降觀測。原則上連續2個月觀測沉降量不大于5mm，方可進行路面施工。

8 結論

通過對本項目可液化軟土地基的處理，在處治目標、處治方案選擇、工程費用、施工工藝以及路基質量檢測等多方面取得了一定工程經驗和成效，主要體現在以下幾個方面：

（1）對中等液化～嚴重液化的小橋橋頭、嚴重液化路基基底及填土高度不小于3m的中等液化路基基底、填土高度小于3m的中等液化路基段，存在較厚的濕軟地層且埋深較淺等一般路段，采用強夯處理的方式基本是可行的。

強夯法具有操作簡單、經濟、施工速度快等優點，對于淺層深度的消除液化及提高路基承載力效果較明顯，如工程實例中 K1414+380～K1415+040、K1415+730～K1418+560段，經強夯處理后淺層范圍內的液化得到一定程度的消除，其后，通過對以上段落為期 6個月的路基欠載預壓及橋頭超載預壓觀測，預壓期間路基的工后沉降較小，遠小于計算沉降值，且預壓后期沉降趨于穩定。

（2）對強夯法施工受限制的填土高度較低、液化等級較低的路基段，采用換填方案效果比較明顯、且相對經濟，通過在基底設置一定深度的砂礫墊層（或礫石墊層）和土工格柵，能夠有效的減輕砂土液化對路基的不利影響。通過對工程實例K1418+560～K1420+000段落的預壓分析，路基承載力提高明顯，工后沉降較小，未出現路基位移等不利問題。

（3）對可液化土層深度較大、液化程度相對嚴重（地勘資料顯示 20米以內的砂類土及飽和粉土為可液化土層，液化等級為中等～嚴重）的一般路基段，采用強夯法不能有效地消除地基濕陷性，但可適當提高地基承載力，當填土高度較大時，應對路基工后沉降進行計算分析，當不滿足要求時應采取預壓措施。

（4）對于橋涵及通道兩側路基，可采用預壓措施以減少工后沉降。在通過強夯、換填等措施難以消除地基液化性和提高路基承載力時，可考慮采用剛性樁基礎、擠密碎石樁法、CFG樁、水泥粉噴樁等完全消除液化性的處治措施。

（5）對工程實例中所提段落的可液化土層深度較大，液化程度相對嚴重的路段，考慮到地震液化是小概率事件，如對路基基底要求完全消除液化難度較大，且工程投入巨大，經濟性較差。對于一般路基段，應進行技術、經濟綜合分析，在工程投資有限的情況下，可通過淺層消除部分液化的處理措施，既可以消除一定深度的液化性，也可有效提高地基承載力和控制工后沉降，達到基本滿足公路路基的使用要求。