探析軟土地基處理技術(shù)在市政路橋施工中的應(yīng)用

陳煥釗

廣州市第二市政工程有限公司 廣東 廣州 510030

1 軟土路基的特點(diǎn)

1.1 承載能力差

軟土地基主要包括淤泥、淤泥質(zhì)土、飽和軟粘土等（如圖1所示），其自然水分含量高，孔隙大，固結(jié)系數(shù)小，滲水性差，壓縮性高，強(qiáng)度低，承載力低。軟粘土表面含有大量的負(fù)電荷，可以大量地吸收周?chē)目諝庵械臐駳猓栽谲浾惩恋鼗贤写罅康臐駳狻Ｔ囼?yàn)結(jié)果表明，在軟粘土地基中，土壤的含水率可達(dá)到36%，土體壓縮率在0.01～0.02。在軟土中，由于土壤水分含量高，土壤結(jié)構(gòu)易受干擾，承載力差，從而造成路面不均勻的沉陷。

圖1 軟土地基

1.2 穩(wěn)定性差

市政路橋在正常運(yùn)行過(guò)程中，道路本身會(huì)受到自重和車(chē)輛的載荷作用，軟質(zhì)地基本身存在著較大的不穩(wěn)定因素，其自然孔隙率也較高，因此，在一定的道路和車(chē)輛載荷作用下，軟土地基的壓縮性和壓縮空間都會(huì)增大，從而導(dǎo)致其在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變形。軟土路基的內(nèi)摩擦角一般為20-35度，其排水抗剪能力在20 MPa以下，屬于較不穩(wěn)定的情況。在長(zhǎng)時(shí)間的行駛荷載作用下，路面發(fā)生了更大的非均質(zhì)性沉降，從而導(dǎo)致路面局部剪切、整體剪切和穿透等，從而給路面的構(gòu)造帶來(lái)不利的后果，從而產(chǎn)生路面凹陷、路堤失穩(wěn)、路面開(kāi)裂、側(cè)向膨脹等多種道路的病害。由此，軟土地基的破壞形式以連續(xù)不斷的沉陷而導(dǎo)致地基產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致地基的滑移[1]。

2 軟土路基對(duì)市政路橋工程施工的影響

2.1 影響路橋施工工序

對(duì)于軟土路基的處理會(huì)影響路橋施工的工序。軟土路基礎(chǔ)由于其自身的含水量大、滲透性差、強(qiáng)度差等諸多不利因素，因此在對(duì)相應(yīng)的軟粘土路面進(jìn)行地基處理時(shí)，要將以上缺陷進(jìn)行逐一的解決才能達(dá)到要求，從而在一定程度上增加了路橋施工的工序，這就要求各施工方在施工過(guò)程中，要對(duì)各工序、各路段進(jìn)行相應(yīng)的軟土地基的治理。

2.2 影響路橋工程施工基礎(chǔ)

路基的治理是道路施工的重要環(huán)節(jié)，因此，在路橋施工前，必須確保路基的穩(wěn)定。在國(guó)內(nèi)，由于軟土地基的廣泛存在，在建設(shè)中不可避免地要對(duì)軟土地基進(jìn)行相應(yīng)的處理，而軟土路基的施工質(zhì)量是今后道路工程建設(shè)的重要基礎(chǔ)。

2.3 影響路橋工程使用壽命

在市政路橋建設(shè)項(xiàng)目中，軟土路基礎(chǔ)的處理質(zhì)量將會(huì)對(duì)后續(xù)路橋的鋪裝產(chǎn)生很大的影響，因此，在具體的施工中，必須對(duì)軟土路基礎(chǔ)的強(qiáng)度、承重能力、埋深度和施工物料進(jìn)行嚴(yán)格的管理，在此基礎(chǔ)上，對(duì)軟土地基進(jìn)行排水處理，以達(dá)到減少斷裂、沉降等目的，延長(zhǎng)路橋的生命周期，提高路橋的綜合經(jīng)濟(jì)效益[2]。

3 市政路橋工程軟土路基施工過(guò)程中存在的問(wèn)題

3.1 缺乏對(duì)軟土路基的實(shí)地勘查

在進(jìn)行路基建設(shè)之前，必須派遣有關(guān)的施工和設(shè)計(jì)者到工地進(jìn)行實(shí)地考察，以確定軟土地基的施工區(qū)域及軟土地基的主要種類(lèi)，并據(jù)此制訂相應(yīng)的技術(shù)措施。然而，許多市政路橋建設(shè)項(xiàng)目在施工時(shí)，往往忽略現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，對(duì)軟弱地基的具體分布狀況不甚清楚，只在挖掘階段開(kāi)始測(cè)量，不但大大拉緩了建設(shè)進(jìn)度，而且對(duì)軟土地基的整體布置分析也造成一定的不利影響，從而影響了路橋工程的施工質(zhì)量。

3.2 沒(méi)有選擇合適的軟土路基處理方法

在軟粘土地基的建設(shè)中，需要采用多種地基處理技術(shù)，如：土層置換法、排水固結(jié)法、表層處理法等。例如，對(duì)于穩(wěn)定性較好、強(qiáng)度較高的軟土路，可以采用成本投入較低的表面處理技術(shù)，在地基中填塞裂縫，從而達(dá)到更好的加固效果，通常情況下，只有在含水量較低、穩(wěn)定性較高的軟土路基礎(chǔ)時(shí)，才能達(dá)到較好的效果，大多數(shù)軟土路都是采用兩種或多種方式聯(lián)合進(jìn)行。由于許多路橋建設(shè)單位為了節(jié)約資金，常常采取一種簡(jiǎn)單的處理方式，沒(méi)有對(duì)軟土路基進(jìn)行全面的分析，造成所選擇的地基處理方式與現(xiàn)實(shí)的狀況不相符，導(dǎo)致整個(gè)市政路橋工程的質(zhì)量下降。

3.3 軟土路基施工技術(shù)不到位

目前，我國(guó)市政路橋建設(shè)還面臨著軟粘土地基的技術(shù)問(wèn)題。其原因是，由于施工工人沒(méi)有按規(guī)程進(jìn)行道路的填充和碾壓，造成了地基的內(nèi)部構(gòu)造裂縫，導(dǎo)致了地基的穩(wěn)定性較低。另外，為了加速建設(shè)，施工方忽略了對(duì)地基承載力、水分含量等必須的檢查程序，從而對(duì)軟土地基的施工造成一定的不利影響[3]。

4 加固施工技術(shù)在市政路橋軟土地基施工中的應(yīng)用價(jià)值

在市政路橋軟基建設(shè)中，要充分發(fā)揮加固技術(shù)的作用，必須對(duì)其在市政路橋軟基建處理設(shè)中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行研究，其重要性如下：

（1）加強(qiáng)城市道路軟土地基的加固，促進(jìn)工程的順利進(jìn)行，減少市政路橋建設(shè)中因軟弱地基引起的質(zhì)量問(wèn)題，確保市政路橋工程的安全穩(wěn)定。

（2）重視加強(qiáng)施工技術(shù)在市政路橋軟基建設(shè)中的運(yùn)用，可以減少工程風(fēng)險(xiǎn)，全面改善路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證城市的交通服務(wù)水平。

（3）在市政路橋軟基施工中，充分考慮加固施工技術(shù)，能有效地改善路面基層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，保障市政路橋工程使用壽命及行車(chē)舒適度。

5 軟土路基處理技術(shù)在市政路橋工程中的應(yīng)用

目前，在我國(guó)市政路橋建設(shè)中，軟土地基的治理方式有三大類(lèi)型，即：換填置換技術(shù)、土質(zhì)改良技術(shù)和補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。軟土的置換，是指將軟弱地基上的軟土全部移走，然后用其它的材料進(jìn)行填埋壓實(shí)；土質(zhì)改良是指軟土的質(zhì)量通過(guò)碾壓夯實(shí)、排水固結(jié)等方式來(lái)進(jìn)行改善；土質(zhì)補(bǔ)強(qiáng)是在土壤中添加其它材料，比如：水泥攪拌樁法、高壓噴射灌漿法等。

5.1 軟土路基換填置換技術(shù)

換填置換技術(shù)是目前較為普遍的一種軟土地基處置技術(shù)，它是將地基表層的不符合標(biāo)準(zhǔn)的土開(kāi)挖，并按照工程的實(shí)際情況選擇具有高透水性、高強(qiáng)度、高硬度的土，例如素土、礦渣、砂石、灰土等，填充后要進(jìn)行多道夯實(shí)，并進(jìn)行分級(jí)，以確保更換的地基滿足設(shè)計(jì)的壓實(shí)度，提高地基強(qiáng)度。填筑物可提高路基的排水性能，減小土中的孔隙和水分，減小車(chē)輛引起的不均勻沉降，提高路基的承載力，確保路基的穩(wěn)定。采用換填置換工藝時(shí)，必須對(duì)更換填料的品質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并且嚴(yán)禁加入其它的雜物。換填置換法是一種比較昂貴的方法，它適用于地下暗溝或暗塘的表面和淺層的治理，其深度通常在0.5-3米左右，不宜用于深層或大體積的軟粘土，否則成本會(huì)很高。其施工工藝簡(jiǎn)單，處理軟土快速，能全方位地提高地基質(zhì)量。

5.2 軟土路基的夯實(shí)技術(shù)

夯實(shí)法實(shí)質(zhì)上就是通過(guò)利用外部壓力將土壤壓實(shí)，從而減小土壤中的空洞，減小孔隙率，提高整個(gè)土壤的壓實(shí)性。這種方法是采用機(jī)械碾壓、強(qiáng)夯、邊填邊壓實(shí)等多種形式加固軟粘土基礎(chǔ)，強(qiáng)夯作用下能形成強(qiáng)震，沖擊波會(huì)將地基壓實(shí)，之后路基土層會(huì)被壓縮，從而導(dǎo)致路基的高度下降，所以必須采用其它適當(dāng)?shù)奈锪线M(jìn)行填充，分層壓實(shí)，以滿足工程要求的地基高度，另外，不宜在高水分的軟粘土中使用。一般情況下可以用于塑性系數(shù)小于10的土壤，且適宜的土層厚度應(yīng)小于6米，因其噪音和振動(dòng)較大，不適宜在附近有建筑和市中心地段使用。采用夯實(shí)法進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，必須事先布置好排水設(shè)備[4]。

5.3 真空預(yù)壓技術(shù)

真空預(yù)壓法是對(duì)排水板預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的一種新型的軟土地基處理技術(shù)，它是利用真空抽吸裝置將軟土中的氣體抽出來(lái)，通過(guò)壓力的不同，將軟土中的水分排出，擠壓出土壤中的水分，從而減少土體中的濕度，減少孔隙率，加快路基的沉陷，從而達(dá)到壓縮路基，排水固結(jié)，穩(wěn)定路基的效果。這種施工方式可以減少預(yù)壓期，節(jié)約施工時(shí)間，而且在真空預(yù)壓期結(jié)束后，不會(huì)產(chǎn)生地基上的剪應(yīng)力因排水增大的情況，從而避免了地基的剪力破壞問(wèn)題。這種處理方式適合于松軟的飽和土壤，而滲透率很小的粘土則要慎重選擇使用。通常采用真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓組合使用，先按真空預(yù)壓抽真空至設(shè)計(jì)壓力合格后，再進(jìn)行堆載預(yù)壓并繼續(xù)抽氣。

5.4 水泥攪拌樁技術(shù)

水泥攪拌樁系指在軟弱土壤中添加混凝土及其它硬質(zhì)料，采用攪拌器進(jìn)行強(qiáng)力攪動(dòng)。其基本原理就是使用具有凝聚效果的物質(zhì)，由攪拌機(jī)不斷地?cái)嚢瑁蛊渑c軟粘土發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，從而與軟粘土產(chǎn)生一種穩(wěn)固的凝膠。在這些物質(zhì)中，鈉離子與鈣離子彼此間進(jìn)行了交換，形成了穩(wěn)定的離子。通過(guò)混合后，軟土地基可以硬化形成水穩(wěn)性、整體性和一定強(qiáng)度的加固土體，使軟弱地基的抗壓能力得到顯著改善。軟土和其他固化劑在機(jī)械作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，固化為復(fù)合地基，混凝土混合樁與周?chē)能浲料嗯浜希眯碌臉渡砼c周邊的土體抗壓和樁端的受力，從而提高了地基的穩(wěn)定性。它的優(yōu)勢(shì)是充分發(fā)揮了原狀土壤的作用，在攪拌過(guò)程中無(wú)污染、無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)，對(duì)周邊建筑物、地下管線、管道等影響較小，適用于建筑密度較高的施工，同時(shí)還可以根據(jù)工程要求，選擇柱狀、格柵狀、壁狀、塊狀等不同形式的加強(qiáng)形狀。它是一種較為完善、得到了普遍使用的技術(shù)，它不但適用于路橋的軟土地基，而且還適用于其它工程的軟土地基。水泥攪拌工藝適合于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉細(xì)砂、中粗砂、粉土、飽和黃土等，不適合于有較多的大型孤石、多障礙物、硬土等[5]。

5.5 高壓噴射注漿技術(shù)

高壓噴射注漿技術(shù)是將具有高壓注入孔的注漿筒與鉆孔一起進(jìn)入指定的軟土地基，再通過(guò)注入補(bǔ)強(qiáng)漿體等注入軟弱地基，從而破壞松軟土壤的結(jié)構(gòu)。在高壓注漿過(guò)程中，一般壓強(qiáng)高于20 MPa，在注漿過(guò)程中，由于注漿過(guò)程的壓力大、速度快、能量大，而在持續(xù)集中的注漿過(guò)程中，由于受壓、侵蝕等原因，會(huì)在一定的區(qū)域內(nèi)形成區(qū)域影響。在土壤中，從極細(xì)的微粒土到大粒度的碎石土、卵石土，均能產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和攪拌，從而形成新的固體。采用高壓噴注漿機(jī)，能按工程需要，合理地選取不同的噴頭方位和方法，使其形成圓柱狀、扇狀、壁狀等形狀。通過(guò)采用高壓噴漿技術(shù)，將淤渣與水泥漿料混在一起，使其在一定程度上減小了松軟土壤的孔隙度，減小了地基的非均質(zhì)性，并對(duì)地基進(jìn)行了加固，從而改善了地基的穩(wěn)定和承載性能。該方法適合于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、沙土、碎石土、黃土等土壤，但對(duì)于有大量植被根系或塊石的強(qiáng)粘性土及土壤，則不適合采用，因?yàn)閲娝鲃?dòng)受阻，其沖擊碎裂力會(huì)減弱[6]。

5.6 土工聚合物加筋技術(shù)

土工聚合物加筋技術(shù)原理是在軟粘土中加入一種或多種具有高拉伸性能的土工高分子材料，通常應(yīng)用于土工膜、土工織物、復(fù)合型土工合成材料、特種土工合成材料等，特殊情況下還可以采用鋼筋片。在軟粘土中埋置土工聚合物，可以增強(qiáng)土體的抗拉強(qiáng)度，減少土體的破裂，而土工聚合物的加固則可以保持地基的結(jié)構(gòu)，增加地基的剛性，減少地基的不均勻沉降，并具有防護(hù)、過(guò)濾、排水等功能。采用土工聚合物加筋法時(shí)，必須對(duì)土工布的材質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，選用撕破強(qiáng)度、抓握強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度的材料，土工格柵選用強(qiáng)度糙度大、變形小的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。這種工藝具有施工成本低，材料價(jià)格低廉，工序流程簡(jiǎn)單，后續(xù)效果顯著。土工聚合物加筋法適合軟弱土，填土，砂土，邊坡填土，公路橋梁過(guò)渡段等。

5.7 排水固結(jié)的技術(shù)

在軟土地基上，最常見(jiàn)的就是土壤層特別薄，水分含量很高，所以要正確的利用排水加固技術(shù)。在實(shí)際情況中，最重要的是要在軟土地基上鋪設(shè)一種砂墊層，這樣才能使軟土固結(jié)，保證地基的穩(wěn)定。此外，砂墊還可以用作地下的排水層，使填埋場(chǎng)的水位逐步下降，所以，采用排水固結(jié)技術(shù)，既能有效地解決軟土路基土層特別薄的問(wèn)題，又能解決土壤水分含量問(wèn)題。

5.8 粉噴樁加固

在此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用之前，施工方必須認(rèn)真清掃場(chǎng)地，對(duì)地勢(shì)較低的地區(qū)，采用粘性土進(jìn)行回填，再用砂礫或砂土覆蓋薄弱地區(qū)，從而保證工程機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。采用這種方法必須嚴(yán)格按照施工工藝要求，而且必須事先進(jìn)行試樁，樁數(shù)一般為5個(gè)，在施工前必須確定粉噴樁的實(shí)際速度和壓力。此外，在工程中所用到的混凝土和其它建筑材料，必須嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定采購(gòu)，并要提供相應(yīng)的質(zhì)量證書(shū)，防止出現(xiàn)劣質(zhì)建筑材料，這樣才能保證加固的效果。

5.9 檢測(cè)

最終，通過(guò)檢查站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，其工作過(guò)程見(jiàn)圖2。按照?qǐng)D2，對(duì)公路的軟土工程的施工驗(yàn)收進(jìn)行全面的施工品質(zhì)控制。在具體的驗(yàn)收階段，由專家進(jìn)行檢查驗(yàn)收，根據(jù)有關(guān)的測(cè)試方式，判定其是否達(dá)到了合格的要求。如果不達(dá)標(biāo)，必須進(jìn)行改造，直到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能確保軟弱地基對(duì)道路質(zhì)量的影響最低，并且測(cè)試指標(biāo)滿足規(guī)定[7]。

圖2 施工質(zhì)量驗(yàn)收流程

6 結(jié)束語(yǔ)

軟土路基的加固與路面工程的施工和使用年限息息相關(guān)，選用合適的地基加固技術(shù)，可以采取兩種或更多種技術(shù)方法來(lái)進(jìn)行綜合治理，對(duì)于軟土地基易于產(chǎn)生的沉降問(wèn)題，在工程中要嚴(yán)格按照方案進(jìn)行施工，從而達(dá)到提高路基承載能力和穩(wěn)定性的目的，保證工程的施工質(zhì)量。