探究軟基加固技術在市政道路施工中的應用

馮斌

（長沙市公共工程建設中心，湖南 長沙 410000）

0 引言

隨著我國市政道路行業的快速發展，在施工過程中經常會遇到軟土地基。與普通市政道路地基相比，軟土地基含水量大，承載能力弱，在外力作用下收縮力強，內部疏松，內部空間大，軟土地基更容易壓縮。市政道路是城市建設中最重要的組成部分，市政道路的質量嚴重影響著城市的經濟發展。作為市政道路的基礎，地基有無可比擬的重要性，其質量直接影響市政道路的使用壽命。如果沒有堅實的基礎，即使路面牢固，也會出現問題。此外，地基條件的質量直接影響地基的類型和基礎設計方案、工期的長短和工程投資的大小。若地基不能滿足相關強度要求則需要對其進行人工加固，現階段不良基土加固中仍然存在強度和穩定性不足、壓縮和不均勻沉降、滲漏等問題。現階段對不良基土加固的手段主要是通過人工更換、壓實、排水、灌漿、加固和熱學等手段對軟土地基進行加固，以此加強地基的強度和穩定性，有效防止了地基在地震過程中的振動液化，消除區域土體的濕陷性、膨脹性和凍脹性。

1 軟基的基本特征

軟土地基是工程施工中非常常見的一種施工技術。軟基一般含水量高，壓縮性大。孔隙較大，剪切強度較低，流動性和結構明顯。如果承受較大的荷載，則更易發生局部地基破壞，甚至更易發生地基整體滑動。在深基坑開挖階段，會出現基坑支護失穩等問題。軟基的高壓縮性易引起地基的大沉降或不均勻沉降[1]。例如，如果路面的每個部分都存在較大的差異荷載，或者更復雜的形狀會導致沉降不均勻，降低市政道路地基的高程，甚至會出現開裂、傾斜或損壞等情況。低滲透軟基的固結速率慢，長時間內發生連續沉降，處于長期弱態，對加性地基的影響也有不利影響。如果將擠壓、振動、攪拌等施工方法應用于高靈敏度的軟基，則會破壞軟基結構，降低其強度。軟土地基的設計可以提高市政道路的可靠性和使用壽命，滿足人們的要求。

2 軟基的主要危害

（1）影響地基的承載能力。要保證地基的承載能力大于地上市政道路的載荷才能保證市政道路結構穩定，保證市政道路質量。如果發生地基承載能力下降的情況導致地上市政道路載荷高于地基最大承載能力，必然會導致剪力強度難以支撐上部結構的重力和荷載，給地基造成不可逆的剪切破壞。

（2）造成地基沉降。通過對以往案例的總結分析，造成地基沉降的原因有很多，最主要的還是受到外部載荷震動的影響，這些外部的震動引起可能會導致地基液化和不穩定，而軟基這種情況下會產生更大的變形。針對軟基的特性，加強軟基的處理十分重要，軟基的處理后，其穩定性和承載力得到提高，從而保證市政道路的正常使用，以及市政道路的使用壽命和質量[2]。

（3）地基貧瘠易引起土坡失穩。軟基還會造成市政道路貫通不穩的問題。對于土質邊坡失穩，意味著土質邊坡的原始平衡沒有得到充分保證。在局部沖擊作用下，原有內部結構發生變化，導致突土邊坡在一定范圍內沿滑動面向外和向下移動，從而嚴重破壞了突土邊坡整體結構的穩定性。通過相應的技術手段來改善地基的不均勻性問題，減少地基對土坡的影響。

（4）地下水比較豐富。軟土地基由水、細粒土、砂土組成，因此，軟土地基抗剪性很差，與正常地基完全無法比較。同時，軟土地基硬化也非常慢。為保證市政道路在正常情況下的施工，施工時必須合理處理軟土地基的含水量。地下水是導致地基和路面沉降的主要原因，常在地下水豐富的地段沉降。

3 軟基加固技術

3.1 換填法

換填法簡易可行，但僅限于不大于3m的淺層處理，拋石擠淤法施工簡單，工期短，造價低，但拋石深度難控制，淺層加固法簡易可行，但僅限于不大于0.5～2m的淺層處理。①如幅土地水深少于3.0m的軟土，其軟基體可作為排水量與敷設或固定表層相結合的首選方法；排水層厚度選擇范圍為30～80cm，一般其構造器為50cm，材料應選擇為礫石或碎石透水；排水墊墊片的長度可延伸至路堤腳下外50～100cm。②如路堤高度低于2.0m，并有一段淺挖土，可采用排水管結合表層固定路面；排水層厚度值范圍30～80cm，應選擇礫石或碎石的通徑特性，鋪設50～100cm長的堤底框架。③在路堤高度較高的情況下，在深度小于3.0m的軟土路面上，可完全更換地面層[3]。④在湖泊、河床上，以及不斷積水的低洼地帶，表層沒有固體覆蓋物，而軟土具有流動地層和薄層，不小于30cm的顆粒含量不應超過20%。換填法如圖1所示。

圖1 換填法

3.2 強夯置換法

強夯置換法一般在深孔中實施，該方法可通過壓實方法直接清除軟土的缺點。采用密集打夯法直接清除飽和粘土時，特別是對泥質土，其處理效率不高。但是有了強大的搗固機，搗固機可以擊穿軟土，形成溝槽，在其中填滿有好一塊石頭、碎石和其他粗糙的填料，形成一個土堆，并在彼此之間擠出軟土形成高承載力的復合地基，即強夯實的方法。高夯施工機械一般有大型履帶式起重機+龍門架+貨錘、挖掘機。起重機可分為不同形狀，其主要區別表現為吊桿的起重能力和長度。與其他方法不同的是，利用孔道將強夯引入深基坑，采用異型重錘實現孔內充填，并在超壓深孔中進行強夯，高動能、保密性強，自上而下分層進行，使填土在孔內固結密實，樁周土通過水平強擠壓加固。根據不同的工藝和土性，應使樁頭得到擴大頭、胎圈形狀和盤形，以便于樁之間的緊密接合，有效地改善其摩擦，使軟基獲得更均勻的整體剛度，并提高處理后的變形模量。應根據現場試夯試驗的結果，確定用夯土置換法固定的有效深度，夯實強度和土體性質是決定因素，有效強化深度兩個關鍵因素，一般可處理軟基底深度5～10m。大面積進行高夯工程，根據預先選定的設計參數，宜選擇具代表性的地點，首先是打夯試驗，檢查高夯式除泥效率，并對以往設計參數進行反饋調整[4]。強夯置換如圖2所示。

圖2 強夯置換

3.3 重錘壓實與振動壓實

重錘壓實法利用落錘自由落體的沖擊力實現土壤壓實，使土壤孔隙得到很好的壓縮，土壤顆粒排列更加緊密。常見的夯實工具有石夯、木夯等，常用的夯實方式包括蛙式夯、內燃式夯、打夯機進行機械壓實。夯實處理方法主要適用于小面積市政道路工程的回填處理，粘性土和非粘性土均可采用壓實法進行處理。而振動壓實法是通過將振動壓實機械設備置于土壤表面，由設備進行快速振動讓土壤顆粒產生位移，達到壓實的目的。振動壓實的同時也在進行碾壓，所以說振動壓實的效率可達到普通平壓的1～2倍。尤其是在爆破渣、碎石土、雜填土等非粘性土時擁有較好的處理效果[5]。

3.4 水泥樁

目前，水泥土攪拌樁已成為一種成熟的加固軟土地基的通用技術。近年來，在水泥土攪拌樁中插入H型鋼或鋼筋籠等加固材料，水泥土攪拌樁已發展成為剛性樁。又如鋼筋水泥土樁成排布置，樁體相互搭接，形成SMW工法地下連續墻。作為散料樁的碎石樁在加入適量水泥或粉煤灰等粘結材料后，形成柔性CFG樁。采用CFG樁，得到了承載力較高的復合地基。當黏結材料達到一定比例時，可進一步提高CFG樁的剛度，可用于加固市政道路的支護。

在處理環境要求較高地段附近的軟路面時，在使用之前，必須使用適當的環境檢測手段。在混凝土樁的大型施工前，必須進行打樁工藝試驗，數量不得少于2根。樁的形成試驗應能為容量設計提供各種技術參數（機械鉆井、提升、攪拌速度等）、水泥漿灌裝量、組合比、水灰比等參數。按水泥固化劑液體溶液分為粉末噴涂法和濕法噴涂法，在處理含水率在30%～50%之間的軟土時，一般采用濕法噴涂，濕度超過50%時，以粉末噴涂為主。一般濕法噴涂采用單向攪拌工藝，提高攪拌效率，只要采用雙向攪拌技術。混凝土與軟土應拌勻，采用深拌機理或粉末噴涂機理，保證水泥對土的強度[6]。水泥攪拌樁如圖3所示。

圖3 水泥攪拌樁

水泥粉煤灰碎石樁是常用的樁基施工技術，主要由振動模壓樁鋪設管和長螺桿鉆孔在樁中混合壓制材料組成。CFG樁復合段施工時，應根據實際工況選擇適用的施工技術。水泥粉煤灰碎石樁對于碎石的基本尺寸為5～25mm；粉煤灰一般用在Ⅰ型或Ⅱ型袋內；巖屑分餾值范圍應為2.5～10mm，爐料粉碎率應調節為0.25～0.33。當樁徑為0.5m時，應將混合物與混凝土C15匹配；如果樁徑為0.4m，則混合應符合C20與混凝土的比例。地下空間工程水泥粉煤灰碎石樁（CFG）如圖4所示。

圖4 地下空間工程水泥粉煤灰碎石樁(CFG)

3.5 預壓變形處理技術

預壓后，軟土地基的大部分沉降在預壓過程中完成，這樣有效提高了地基的輕度。通常情況下粉土、粉土干土、人工填土等各種軟基都可以通過此種預壓加固技術進行軟基的處理。一般包括真空預壓和堆載頂壓，其中真空預壓位于堆載預壓重建的基礎上，重堆積和預加載。如果市政道路設計載荷低于超載，形成超載預壓，此時要進行分級加載，以此防止地基在堆垛階段破碎。若地基經過加固之后，上部載荷發生過載時，可以施加較低的荷載并使其與設計荷載相一致。預壓荷載的持續時間不僅受土層厚度的影響，同樣也受到預壓載荷作用和綜合滲透性的影響。在進行施工時，要格外注意監控土壤和土地沉降消散孔隙水壓力，保持預壓在合理的范圍之內。而真空預壓處理事通過將砂墊層鋪設在地基軟土層表面，并封膜覆蓋后進行抽真空，在真空的環境下產生內部壓力與大氣壓的差值，提取部分土壤含水量，實現市政道路地基的加固[7]。真空預壓地基處理如圖5所示。

圖5 真空預壓地基處理

4 選擇軟基加固處理方案要考慮的因素

要想得到更好的地基處理效果，合理選擇基土加固處理方案是至關重要的條件。雖然對不良基土的加固處理方式有很多，但是這些方法并不是萬能的，其有明顯的優缺點，在不同情況下要慎重選用。除此之外，不同的項目在施工過程中對機械設備、材料的使用以及施工隊伍的專業素質也有所不同，同樣會導致對基土加固處理產生較大影響。通常情況下選擇軟基加固方案時要充分考慮以下5個方面因素。

（1）地質條件。各種物理、化學和機械土壤指標。

（2）結構條件、結構類型和規模。所需的安全性和重要性。

（3）環境和氣象條件。噪聲和振動：振動和噪聲對周圍居民或設施可能產生的影響；相鄰結構情況：指相鄰市政道路、橋臺、橋墩和地下結構的情況，是否會對加固處理產生影響；地下埋藏物：包括地下電纜、水電管道等要明確其位置，在施工時進行合理避讓。

（4）材料供應。盡量使用當地材料，降低運輸成本。

（5）工程造價水平。作為衡量不良基土加固方案選取是否合理的重要標準，在進行地基加固處理的過程中，評選各類方案時，在滿足相關技術要求的情況下，需要優先考慮經濟合理的方案。

5 結語

地基是保障各類市政道路穩定的基本條件，良好的地基在延長市政道路使用壽命、降低地質災害、減少市政道路潛在安全隱患方面有重要作用。由于道路建設的靈活性，方法多種多樣，因此有必要使工程技術人員在選擇加工方案時具有更好的知識和經驗，以及在各種軟基加工方法方面的經驗；軟土施工方案的選擇也是一個系統的決策過程，涉及多種影響因素，每一種都有其自身的重要性。對軟基進行加固處理時，需要認真考慮市政道路及周圍環境的具體情況，經過專業論證之后選擇正確的方案，保證市政道路的安全，促進中國市政道路業健康發展。