市政路橋工程施工中軟土地基處理技術(shù)特征探討

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院有限公司,云南昆明 650051)

據(jù)2019年交通部數(shù)據(jù)我國高速公路通車總里程已經(jīng)大于20000公里，而其中部分高速公路隨著經(jīng)濟(jì)和運(yùn)輸量的發(fā)展已經(jīng)達(dá)不到使用要求，對其進(jìn)行有效擴(kuò)建是必須解決的民生問題。市政路橋修建要堅持高質(zhì)量，安全第一的思想[1]，修建時要根據(jù)具體地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)丨h(huán)境以及巖土勘察為背景進(jìn)行設(shè)計與施工。我國云南省準(zhǔn)備修建的市政路橋工程中很大一部分為軟土地基，這些市政路橋工程修建必須要保證高質(zhì)量的路基，而其中最主要的問題就是整體穩(wěn)定性和路基沉降問題。

1 軟土地基施工存在問題分析

1.1 沉降量大

按照巖石礦物實驗總結(jié)，在軟土地層中，天然水含量占比一般大于45%，在云南某些特殊地區(qū)，軟土地基天然水含量大于150%，而軟土地基中含水量與地基的承載力關(guān)系呈反比例函數(shù)關(guān)系，地基中含水量越高則地基承載力和地基穩(wěn)定性越差，同時軟土流變性和不均勻性等工程病害也呈現(xiàn)出來[2]。在實際工程中則表現(xiàn)為內(nèi)部結(jié)構(gòu)力或整體結(jié)構(gòu)剪切力大于地基承載最大力，工程將會發(fā)生坍塌和變形，市政路橋工程表面可能發(fā)生裂縫或斷裂，假如未及時發(fā)現(xiàn)沉降問題，則會發(fā)生重大交通事故或安全事故，所以大沉降是軟土地基最易發(fā)生的安全問題。

1.2 壓縮性大

由于軟土地集中有機(jī)物質(zhì)含量較大，軟土呈現(xiàn)出松軟的狀態(tài)，并且土質(zhì)的孔隙較大，因此，勢必要采取相應(yīng)的處理措施針對軟土地基進(jìn)行大范圍的壓縮，尤其是在市政路橋工程中，倘若沒有很好地處理好軟土地基所具備的較強(qiáng)壓縮性[3]，會降低工程的耐久性，同時對周圍的建筑物以及道路自身的安全性造成很大的影響，導(dǎo)致路基坍塌、邊坡錯位以及地面沉降等現(xiàn)象的發(fā)生，給人們的出行造成困擾，甚至引起不必要的安全事故。因此，市政路橋工程在施工過程中應(yīng)該重視軟土地基具備較強(qiáng)壓縮性的特點(diǎn)[4]。

1.3 承載力弱

含水量大和孔隙率大使軟土地基強(qiáng)度弱，壓縮性強(qiáng)，這些條件都使巖層的強(qiáng)度減少，地基整體承載力差，當(dāng)承載量大于軟土地基最大承載力時，軟土地基會不斷被壓縮，地基的局部沉降量變大，整體言行穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度收到影響，路橋工程會產(chǎn)生大面積沉降，導(dǎo)致路橋工程產(chǎn)生安全事故[5]。

2 軟土地基處理新技術(shù)分析

2.1 新技術(shù)特征

軟土地基在施工過程中發(fā)現(xiàn)的沉積量大，壓縮性大整體地基安全性較差的問題使軟土地基處理需要更加穩(wěn)定的技術(shù)，因此筆者將工程實例中的施工經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，提出一種復(fù)合地基的新的地基處理方法，這種新技術(shù)采用混凝土和鋼性樁體為材料進(jìn)行地基處理加固，其原理圖見圖1。復(fù)合地基新技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

圖1 剛性樁-水泥土攪拌樁復(fù)合地基示意圖

（1）當(dāng)上覆地層和建筑物的大質(zhì)量施加在樁體時，樁體發(fā)生位移，整樁會產(chǎn)生向下位移，樁體在下降過程和周圍圍巖的巖體產(chǎn)生摩擦，阻力使樁體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)，提高樁體本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性[6]。

（2）混凝土的加入使軟土地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，軟土底層整體穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性變大，混凝土固結(jié)過程是個近似彈性過程，在軟土層中會因為固結(jié)程度不一樣發(fā)生孔隙壓力差的現(xiàn)象，孔隙壓差會使樁體下覆巖層更快固結(jié)。

（3）混凝土本身的性質(zhì)使固結(jié)后的軟土底層更加堅固，抗剪強(qiáng)度，彈性模量，抗壓強(qiáng)度等都大幅提高，力學(xué)性質(zhì)增強(qiáng)幾十倍，在孔隙中加入固化劑，當(dāng)當(dāng)固化劑摻入比αw>5%時，加固土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu可達(dá)500～4000kPa，相應(yīng)抗拉強(qiáng)度σ1=(0.15～0.25)qu，粘聚力c=(0.2～0.3)qu，摩擦角Ф變化于20°～30°之間，變形模量E50=(120～150)qu。從現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以看出混凝土的摻入量和改后巖層強(qiáng)度呈正比，隨著混凝土的加入增加抗?jié)B系數(shù)由原狀土的10-7cm/s下降為（10-7～10-11）cm/s數(shù)量級。

2.2 承載力計算和模型

未經(jīng)處理過的軟土地基承載力為fak。樁體的橫截面面積為Apl，樁體的橫截面面積的平均置換率為m1，每個樁體的獨(dú)立承載力特征值為Ral，未經(jīng)處理過的軟土地基承載力特征值計算過程如下[7]：

公式（1）中：

α1—周圍巖體和土質(zhì)強(qiáng)度的提高系數(shù)，該系數(shù)受樁體材料，樁體間距離，樁體形狀和尺寸影響，成樁工藝不同α1取值也不同，本文中取1；

β1—為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，一般β1≤1；

Ap2—水泥攪拌樁的斷面面積；

m2—平均面積置換率；

Ra2—單樁承載力特征值。

水泥攪拌樁的斷面面積為Ap2，平均面積置換率為m2，單樁承載力特征值為Ra2。水泥土攪拌樁與承載力特征值為fspk1的等效天然地基復(fù)合后的承載力，即

式中：

fspk—為水泥土攪拌加芯樁復(fù)合地基承載力特征值；

α2—為樁間土承載力提高系數(shù)，與土性和剛性樁成樁工藝及樁徑、樁距有關(guān)。對非擠土成樁工藝，α2=1；

β2—為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，一般β2≤1。

3 對軟土地基新技術(shù)實驗驗證

實驗驗證以云南某在建工程為例，為擬建建筑工程是由6棟6躍7F底商框架結(jié)構(gòu)住宅樓及3棟1-2F商業(yè)用房組成，屬一般民用建筑物，南接旅游環(huán)線，交通方便。用地總用地面積13274.01m（2合19.91畝），建設(shè)工程場地地形相對平坦，地面標(biāo)高1327.99-1325.59m，相對高差約2.40m，地勢開闊，在地貌上屬于河流侵蝕堆積成因階地地貌單元。建筑整體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土架構(gòu)結(jié)構(gòu)，屋頂為鋼結(jié)構(gòu)全鋼蓋，柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)置8m*8m。工程采用水泥土攪拌加靜壓預(yù)制管樁復(fù)合地基，預(yù)制管樁徑Φ500，樁長37m，樁端進(jìn)入3層礫石，通過實驗靜載曲線圖（見圖2）分析發(fā)現(xiàn)，符合建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[8]。

圖2 靜載試驗曲線圖

4 結(jié)論

文章以云南某路橋工程為例，工程地質(zhì)背景復(fù)雜，地層均為第四紀(jì)粘土層，巖層塑性大，對施工來說屬于難度較大地層條件。筆者先將市政路橋施工中軟土地基處理的難點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，根據(jù)分析的施工難點(diǎn)進(jìn)行軟土地基處理新技術(shù)分析和應(yīng)用，在軟土分布地區(qū)采用由剛性樁、水泥土攪拌樁及樁間土組成的復(fù)合地基，通過剛性樁和水泥土攪拌樁的施工，實現(xiàn)對樁間土的擠密加固，充分發(fā)揮和利用地基土的承載潛力，提高了軟土地基的承載力。最后通過載荷實驗分析對新技術(shù)進(jìn)行驗證，實驗結(jié)果表明采用由剛性樁、水泥土攪拌樁及樁間土組成的復(fù)合地基承載力更高遠(yuǎn)超工程施工標(biāo)準(zhǔn)，可以將此方法在后續(xù)實驗中進(jìn)一步改進(jìn)。