軟土地基處理技術在城市道路工程中的應用

孫亞朋

（煙臺市政府投資工程建設服務中心，山東煙臺 264003）

1 引言

近年來，我國東南沿海地區城市化發展迅速，市區內的市政工程項目也隨之快速發展。在沿海地區城市道路施工時，往往出現軟土地基施工處理不當的問題，導致市區道路在運營期間因為路基不均勻沉降造成路面損壞[1，2]。由于軟土具有流塑性，以及較高的觸變性和流變性，在市區交通荷載的作用下，容易造成軟土塑性流動，導致路基邊坡發生擠壓變形，嚴重時會發生路基垮塌、滑坡等路害。因此，對城市道路軟土地基處理技術進行研究具有重要意義。

2 市區軟土地基道路修筑難點

由于軟土在自然狀態下基本呈現流塑狀態，且含水率一般大于50%，壓縮性較強。因此，為了避免在軟土地基上修筑公路時路面出現裂縫、開裂以及路基的不均勻沉降，需要對地基進行特殊處理。水泥攪拌樁、強夯法、拋石擠淤法[3,4]等方法軟土地基處理的常用方法。通過對國內城市相關工程項目軟土地基施工技術的研究可知，軟土地基處理的難點主要包括以下幾個方面。

2.1 施工干擾大，工期緊張

由于沿海地區城市土地資源緊張，市區內部分道路占地面積較小，近年來城區內道路改造主要以舊路翻修和道路改建拼接為主。在進行道路施工時，周邊的建筑規劃設計已基本完成，因此，施工過程中需要考慮路基邊坡處理、排水設置、高壓電線等管線遷移等，施工難度明顯大于城區外軟土道路施工。除此之外，城區內交通車流量和人流量對現場均有干擾，施工時受限于交通不能完全封閉，施工工期非常緊張。

2.2 市區地下水位低，各自管線鋪設復雜

沿海地區城市道路大多為圍海造田或直接在原始的沼澤、灘涂等含水量豐富的地塊修筑的，在進行路基開挖或管道施工時極易出現地下水涌出的問題，且由于地表砂層多為粉砂或粉質黏土，排水方式選擇不當還會導致管涌等災害發生（見圖1）。在市區道路地基加固處理時，還要保護好各種市政管線（主要是污水、燃氣、熱力、電力和通訊管線等），有時市政管線埋設在路基下方距離交織布距離較近處時，路基壓實度難以達到設計值，填料無法充分壓實，施工難度大。

圖1 施工現場管涌

2.3 市區路基拓寬難度大

對市區路基進行拓寬時，不可避免地需要對拓寬處地基附近的綜合管線進行遷移，這就需要與相關部門進行對接聯系。拓寬的路面由于新路基的次固結沉降，其路面高度與舊路面間存在高差，導致路面開裂。且同一路段不同地區的次固結沉降時間也不同，導致新舊路基因不均勻沉降繼而引發路面災害，增大了市區軟土地基施工難度。

3 軟土路基的特點研究

軟土路基與其他特殊土或普通地質路基相比強度較低，在自然狀態下并不能滿足路基承載力要求。軟土自身的高含水率和高壓縮性的特點，在受外力作用下，沉降變形較為其他路基更明顯，且含水率過高使得路基達到次固結狀態時間過長，在軟土路基固結過程中，由于路基下臥層軟土自身的流塑性使得路基出現不均勻沉降，導致路基路面破壞。

4 軟土地基處理技術實踐

通過對軟土路基的道路災害特點進行分析，總結了以下3種軟土路基處理技術。

4.1 土層灌漿法

通過將水泥砂漿等漿液注入軟土層中，可以改變軟土層的構造，從而提升路基整體的承載力。當灌漿液滲透填充進軟土地層形成圓柱形漿體結構后，處在注漿結構體周圍的軟土層由于土顆粒間的孔隙減小，使軟土層的密度變大。且漿液凝固后形成的條狀或柱狀樁柱體與灌裝層軟土組成復合地基，有效提升軟土路基承載力。

4.2 粉煤灰碎石樁法

粉煤灰碎石樁法是常見的市政道路軟土路基處理方法之一，其加固原理是將水泥、粉煤灰、片石和水等原材料按一定比例攪拌混合均勻，然后加入預先準備的早強材料再次攪拌均勻，提高混合料的黏度。對凝結后的混合料進行強度檢驗后，碎石樁與原土層形成復合墊層，可以提高土層整體的穩定性。

4.3 排水加固法

軟土路基承載力不足的原因之一是軟土含水量過高，通過減少軟土中的水分[5]可顯著提高軟土的強度。具體操作方法是：在軟土層下方設置排水管道、暗溝、或在軟土層中埋設吸水性好、透水強的沙袋或聚苯乙烯等材料排除路基中的水分。在埋設沙袋時要確定沙袋的排列方式，沙袋材料組成，保證沙袋與軟土層形成滲透差。

5 市區軟土地基處理案例分析

某市工業園區某路段為市區主干道路，設計時速40 km/h，擬建場地屬于沖擊地貌。根據現場勘察報告、場地周邊環境、土層分布情況，對軟土層厚度不超過5 m 的路段采用強夯法進行地基加固；軟土層厚度超過5 m 的路段采用水泥攪拌樁加固。擬建道路周邊土層分布情況及土層性質見表1。

表1 場地區地層主要巖土力學指標

根據設計標準，對地基加固區內的軟土層進行強夯加固處理時，為了保證路基的強度達到設計要求，設計加固深度按5~6 m 考慮。根據錘擊能力和吊車機械高度，選擇夯錘直徑為2.0 m，夯錘重量為100 kN，夯錘錘壓為40.32 kPa，工作時抬升高度14.5 m。

當路基附近地下水位較高時，需要對夯錘工作區內進行人工排水。夯錘工作時，需要將夯錘提升到設計高度，夯錘自由下落后，完成一個夯點的施工，待全部夯點錘擊完成后將場地夯坑填平，最后用質量較小的夯錘進行補夯，每個夯點錘擊3 次，每個夯擊點的設計間隔為3.5 m，為避免相鄰夯擊點出現隆起，在夯錘工作時選擇跳打順序施工。夯擊后回填的材料應盡量選擇帶有棱角的石塊或礫石，路堤填料的粒徑不超過500 mm，路床填料的粒徑不超過100 mm。夯擊完成后進行場地整平。針對本項目軟土地基的特點，對軟土地基強夯法進行改良優化。在強夯區內預先填放粗顆粒堆積填料，在強夯施工過程中，粗顆粒填料在夯錘作用下向周圍土層擠壓，粗顆粒填料在夯擊點形成碎石墩，并與周圍土層共同構成符合地基，承擔路基上方傳遞的外荷載。

在強夯施工完成后的第12 天，需要對夯擊路基進行承載板試驗，對于不滿足要求的夯擊點要通過提高夯擊高度或補夯的方式進行加固處理。夯擊法加固地基的施工順序是從土層內部向外擴展的，由于表層土的土質較為松散，夯錘加固1 m 深處的土層密度明顯小于下層土，進行補夯時，由于周邊土體對表層土的約束力很小，會使表層土發生更大的側向變形，如果處理不當，會嚴重影響地基承載力。因此，在對表層土進行錘擊加固時，應選擇低質量夯錘，保證強夯效果的同時也滿足了地基承載力的要求。

對于地基加固深度超過5 m 的路段，本項目選擇高壓旋噴樁技術軟土地基處理。該方法適用于軟土地基表層石塊或碎石較少的地區，對軟土層較厚的市政路段，多采用雙層水泥攪拌樁對道路加固。市區交通流量較大的路段，可通過全幅地基[6]加固，增強路基周圍土體和路基自身的承載力。高壓旋噴樁的直徑為500 mm，采用梅花形布設，樁間距為1.5 m（見圖2），設計樁長為6~10 m。本次設計的高壓旋噴樁樁水泥采用P·O425 普通硅酸鹽水泥，水泥含量為15%，水泥用量不少于60 kg/m，水灰比0.8~1，水泥樁土28 d 抗壓強度≥1.0 MPa，單樁承載力≥120 kN，復合地基承載力標準值≥120 kPa。

圖2 高壓旋噴樁點位布置圖

在軟土地層加固時，容易在復雜地層出現漏漿、土層混凝土含量超標、土層松軟等問題，而減小旋噴樁轉速或噴射水泥漿壓力會降低樁基質量。因此，結合本工程軟土地基施工狀況，旋噴樁轉速控制在15~20 cm/min，在樁基底處噴漿時間超過5 s，樁底部位要適當增加攪拌次數，且轉速不小于25 r/min。由于高壓旋噴樁施工時噴射混凝土壓力和提升速度的影響，使成樁樁底直徑的尺寸難以保證。因此，在高壓旋噴樁施工完成后，需要對成樁數目的2%進行質量檢測。

6 結語

市政軟土地基施工處理技術一直是路基加固的難點。本文對市區道路軟土地基修筑的難點問題進行了總結，對市區軟土地基的災害類型進行了歸納分析，結合某項目軟土地基處理狀況，著重研究了強夯法和高壓旋噴樁加固軟土地基的注意要點，為相關市區軟土地基施工提供參考。