深層淤泥質(zhì)軟土地基加固技術(shù)研究

摘要：為研究加固技術(shù)對深層淤泥質(zhì)軟土地基的處治效果，文章針對研究斷面地質(zhì)情況與土層力學(xué)參數(shù)，提出軟基處理方案及設(shè)計(jì)參數(shù)，并采用分層綜合法與有效固結(jié)應(yīng)力法計(jì)算軟土地基工后沉降與路基穩(wěn)定性安全系數(shù)。結(jié)果表明：研究斷面經(jīng)塑料排水板及管樁處理后，工后沉降與路基穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求；針對不同路段軟土分布特點(diǎn)與土層性質(zhì)，合理選用軟基處理方案，能達(dá)到良好的軟基加固效果與經(jīng)濟(jì)效果。

關(guān)鍵詞：深層軟土地基；淤泥質(zhì)軟土；排水固結(jié)；堆載預(yù)壓；預(yù)應(yīng)力混凝土管樁

中圖分類號：U416.212 A 08 022 3

0 引言

隨著我國高速公路建設(shè)的大規(guī)模開展，施工過程中遇到的軟土地基問題愈發(fā)突出，如何針對力學(xué)性質(zhì)差異大、空間分布不均勻的軟土地基進(jìn)行相應(yīng)處理，保證公路工程整體穩(wěn)定性與行車安全性，已成為公路建設(shè)行業(yè)的重要議題［1］。

我國內(nèi)地湖泊與沿海地區(qū)廣泛分布著需要人工處理的特殊土地基與軟弱地基，軟弱地基主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、雜填土、沖填土等高壓縮性土層組成，土體具有孔隙比大、天然含水率高、壓縮性大、抗剪強(qiáng)度較差等特性，在軟基上修筑公路通常存在上部結(jié)構(gòu)發(fā)生位移、工后沉降較大及不均勻沉降的工程問題［2］。目前常用的公路地基處理方法有置換法、排水固結(jié)法、復(fù)合地基法、擠密法等，具體處理方式包括淺層換填、豎向排水體堆載預(yù)壓、水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）等。不同軟基處理方式的處理深度、加固效果、經(jīng)濟(jì)性差異較大，因此根據(jù)不同土層深度、處理路段等因素，選用合理可行的軟基處理方式，具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義［3］。

為研究加固技術(shù)對深層淤泥質(zhì)軟土地基的處治效果，本文依托實(shí)際高速公路工程，通過綜合對比分析不同軟基處理方案的適用范圍，并采用分層綜合法與有效固結(jié)應(yīng)力法計(jì)算研究斷面工后沉降與路基穩(wěn)定性安全系數(shù)，以評價(jià)其加固效果。

1 工程概況

我國東南沿海地區(qū)實(shí)際高速公路工程場地范圍地表均被第四系土層覆蓋，未見基巖露頭，其主要土層包括：雜填土（地層編號1-1），灰黃色，由砂與黏性土組成，厚度為0.8～ 1.3 m；粉質(zhì)黏土（地層編號3），軟塑、可塑，厚度為1.1～ 5.4 m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（地層編號2-0），海相流塑、軟塑狀，具有含水率高、密度低、孔隙比大、壓縮性大、強(qiáng)度低、透水性差等特點(diǎn)，厚度為5～ 25 m。研究斷面土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

研究斷面土層在較低應(yīng)力水平時(shí)壓縮性較小，在高應(yīng)力水平時(shí)土體結(jié)構(gòu)性破壞，壓縮性較大，兩種應(yīng)力水平下壓縮性可相差4～5倍，且土體結(jié)構(gòu)性破壞后難以恢復(fù)，進(jìn)而加大土體壓縮變形量，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系具有一定的剪脹性。

2 軟土地基處理方案

2.1 方案比選

研究斷面填土高度為4.3～ 5.0 m，軟土層厚16.5～ 18.3 m，軟土埋深為3.6～ 22.1 m，淺層處理方案難以滿足要求，可采用豎向排水體+堆載預(yù)壓、水泥攪拌樁、CFG樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等處理方案。

2.1.1 豎向排水體+堆載預(yù)壓

豎向排水體包括袋裝砂井、塑料排水板等，處理深度一般 ≤20 m，通過提供軟土層排水通道及堆載預(yù)壓的方式，加速施工階段軟土層的固結(jié)沉降，從而達(dá)到降低工后沉降的效果。排水固結(jié)法工程造價(jià)相對較低，軟基加固效果良好，工后沉降較小，但存在預(yù)壓期地基沉降較大、預(yù)壓周期較長等問題，對于工期緊迫、路段周圍存在控制性結(jié)構(gòu)物等情況不推薦使用。

2.1.2 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁適用于有機(jī)質(zhì)含量≤10%的軟土地基，根據(jù)軟土含水率可分為漿噴法與粉噴法，工程造價(jià)相對較低，施工速度較快，成樁后軟土加固效果良好。水泥攪拌樁樁長較長時(shí)，質(zhì)量難以控制，易出現(xiàn)不成樁、樁體不完整等情況，且對于存在橋臺、涵底等構(gòu)造物的路段，其加固效果難以滿足相應(yīng)的地基承載力要求，推薦一般路段使用［4］。

2.1.3 CFG樁

CFG樁一般采用現(xiàn)澆施工，施工質(zhì)量易控制，軟基加固效果優(yōu)于水泥攪拌樁，但施工工藝較為復(fù)雜，且單樁造價(jià)較高，在軟土抗剪強(qiáng)度較低時(shí)，成樁質(zhì)量劣于預(yù)應(yīng)力管樁，不推薦使用［5］。

2.1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制管樁

預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制管樁采用預(yù)制成樁，樁身強(qiáng)度高、施工工藝簡單、施工質(zhì)量易控制，可用于深層軟基處理（20～ 50 m），有效降低工后沉降與不均勻沉降，處理后地基承載力高，適用于存在橋臺、涵底等構(gòu)造物的路段，工程造價(jià)相對較高，推薦使用。

2.2 軟土路基處理方案

2.2.1 一般路段

一般路段在工期充足且軟土層埋深 ≤20 m的情況下，采用塑料排水板堆載預(yù)壓的處理方式。塑料排水板間距為 1.3 m，采用等邊三角形進(jìn)行布樁，處理深度應(yīng)穿透軟土層 1 m以上，等載預(yù)壓高度為 1.2 m，預(yù)壓期12個(gè)月。

2.2.2 橋臺、涵洞段

橋臺段采用預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制管樁。樁徑為 300 mm，壁厚為 70 mm，管樁間距為 2.4 m，采用正方形進(jìn)行布樁，處理深度應(yīng)穿透軟土層 0.5 m以上，終壓標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試樁結(jié)果確定。

3 深層軟土路基處理加固效果分析

3.1 軟土路基控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T D31-02-2013），高速公路一般路段工后沉降 應(yīng)＜30 cm，橋臺與路堤相鄰處工后沉降應(yīng) ＜10 cm，路基穩(wěn)定性采用有效固結(jié)應(yīng)力法時(shí)不考慮固結(jié)時(shí)安全系數(shù)應(yīng)＞1.1，考慮固結(jié)時(shí)安全系數(shù)應(yīng)＞1.2。

3.2 計(jì)算方法

沉降計(jì)算采用分層綜合法，即S ∞=m s·S c，沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)m s根據(jù)現(xiàn)場沉降觀測資料確定取值為1.463，主固結(jié)沉降S c采用壓縮模量法進(jìn)行計(jì)算，基底壓力按多層土實(shí)際容重計(jì)算。路基穩(wěn)定性計(jì)算采用圓弧滑動法中的有效固結(jié)應(yīng)力法。圖1為K18+370斷面塑料排水板處理的填土高度-時(shí)間-沉降曲線，圖2為K18+370斷面塑料排水板處理路基穩(wěn)定性計(jì)算簡圖；圖3為K30+140斷面管樁處理的填土高度-時(shí)間-沉降曲線，下頁圖4為K30+140斷面管樁處理路基穩(wěn)定性計(jì)算簡圖。

3.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)沉降分層綜合法與有效固結(jié)應(yīng)力法，驗(yàn)算研究斷面不同處理方案下的工后沉降與路基穩(wěn)定安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

由表2可知：

（1）K18+370斷面與K30+140斷面在天然地基上填筑路基時(shí)，將產(chǎn)生較大工后沉降，且穩(wěn)定性安全系數(shù)F無法滿足規(guī)范要求，存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響行車安全與工程質(zhì)量。

（2）塑料排水板堆載預(yù)壓處理能明顯降低K18+370斷面與K30+140斷面的工后沉降，在堆載預(yù)壓期即可完成大部分固結(jié)沉降，固結(jié)度＞90%，同時(shí)可在一定程度上提高路基的整體穩(wěn)定性。

（3）管樁處理能明顯降低K18+370斷面與K30+140斷面的地基總沉降，從而降低工后沉降，顯著提高路基整體穩(wěn)定性，且地基加固效果明顯優(yōu)于采用塑料排水板的處理方式。

（4）K18+370斷面經(jīng)塑料排水板處理與管樁處理后，工后沉降與路基穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求，考慮到K18+370周圍無控制性構(gòu)造物，因此推薦K18+370斷面采用塑料排水板堆載預(yù)壓的處理方式。

（5）K30+140斷面經(jīng)塑料排水板處理后，路基穩(wěn)定性可滿足規(guī)范要求，但工后沉降＞ 0.10 m，無法滿足橋臺路段工后沉降要求，且橋臺樁基需待路基段軟基處理完成后施工，若采用塑料排水板處理方案，對工程整體工期影響較大，因此推薦K30+140斷面采用管樁處理方案。

4 結(jié)語

本文根據(jù)研究斷面地質(zhì)情況與土層力學(xué)參數(shù)，通過綜合對比分析不同軟基處理方案的加固效果、經(jīng)濟(jì)性與適用范圍，提出軟基處理方案及設(shè)計(jì)參數(shù)，并通過分層綜合法與有效固結(jié)應(yīng)力法計(jì)算工后沉降與路基穩(wěn)定性安全系數(shù)，得出以下結(jié)論：

（1）采用塑料排水板堆載預(yù)壓處理方案，能顯著降低工后沉降，并在一定程度上提高路基穩(wěn)定性，地基沉降固結(jié)基本在堆載預(yù)壓期內(nèi)完成，預(yù)壓期地基將產(chǎn)生較大沉降，對周邊構(gòu)造物存在一定影響，可應(yīng)用于一般路段深層軟基處理。

（2）預(yù)應(yīng)力混凝土管樁處理方案的地基加固效果明顯優(yōu)于塑料排水板處理方案，可降低路基總沉降與工后沉降，顯著提高路基穩(wěn)定性，可應(yīng)用于橋臺、涵洞段深層軟基處理。

（3）針對不同路段軟土分布特點(diǎn)與土層性質(zhì)，合理選用軟基處理方案，能達(dá)到良好的軟基加固效果與經(jīng)濟(jì)效果。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-11-21