浅谈公路砂土路基处理

沈 肖 姚 琦 胡伟东

摘要：本文从公路砂土路基的特点出发，分析了其常见病害，对处理原则、防治措施及施工工艺进行了探讨。最后指出，挤密砂桩法既经济又可靠。

关键词：公路工程砂土路基液化处理措施

0引言

含水饱和且结构松散的砂土路基在重复或突发的地震等荷载作用下，其孔隙水压力会持续或骤然上升，使砂土粒间有效应力大大减低。当孔隙水压力等于总应力时，在土中排水条件不畅通的情况下，就可导致砂土粒处于悬浮状态。这时，砂土体的抗剪强度会完全丧失。显示出近乎液体特性，砂土被“液化”，形成液化路基。

1公路砂土液化路基的病害

根据我国唐山大地震和其他地区的震害资料，公路路基震害主要表现为：

①桥头路基和构造物开裂、下沉、滑移。桥头路基填土较高，又直接受到河岸滑移的影响，所以震害比普通路基更严重。②路基纵向开裂。裂缝宽度一般10～30cm；长度少则几十米，多则千余米；裂缝深度1～2m。③路基横向开裂。严重处横宽贯通路堤，把路基断面截断，缝宽最大达60cm。④路固下沉，边沟大量喷水冒砂。下沉深度最大达1m，路边人行道的树向内倾斜，路肩向两侧滑塌。⑤桥头路基隆起。桥头路堤受桥路推挤，使路面产生隆起。

根据公路工程容易出现问题的部位特点，砂土液化路基处理首先应针对这些部位进行。

2公路砂土路基的处理

2.1处理原则由于高速公路占地面积较大，路基处理费用巨大，一般不可能全部液化路段都处理。同时，即使花巨资进行了路基处理，只是起到加固作用，地震时也未必一点问题都不出。所以，高速公路砂土液化路段路基处理需要认真对待，综合考虑。

根据“89公抗规”，在强液化时，路基稳定折减系数为0～1／3，在强液化时路基全部丧失或大部分丧失强度，中等液化时路基部分丧失强度，所以规定在强液化和中等液化的路基需要进行处理；考虑到弱液化10cm以上不折减，仅10m以下部分折减，而大部分也是处理10m以上，所以又规定了弱液化不需要处理。

公路液化土路基的加固原则应考虑以下因素：①工程的重要性：②发生震害后的影响程度；⑨修复的难易程度。

公路路基工程即使是高速公路这样的重要过程，与工民建部门的建筑物或水利部门的设施相比，公路路基发生震害产生的损失要小得多。同时，路基工程与桥梁等构造物相比，修复工作也容易一些。公路路基与一般工程相比，范围要大得多。从经济上考虑，路基工程不可能在砂土液化路段全部进行处理。所以路基工程处理的重点放在桥头路段，同时考虑到构造物附近也属于重要部位，所以通道两侧20m范围也需要处理：高路堤考虑到修复不易，所以对4m以上的高路堤路基需要进行处理。

2.2几种常见的处治措施目前公路砂土路基的处治方法主要有：沙砾垫层并加铺土工格栅预压法、强夯法、换土法、挤密碎石桩法、爆炸振密法等。

2.2.1砂砾垫层并加铺土工格栅预压法是在可液化的土层上面填筑非液化砂砾垫层并加铺土工格栅，并压实以降低其渗透性。填土厚度应根据本地区的地震烈度进行计算，使饱和土顶面的有效压力大于可能产生液化的临界压力。该方法适用于路基为液化土并夹有薄层软土，并且埋藏较浅。采取该方案处理，路基整体稳定性较好，沉降均衡，且施工简单，成本低廉，但需要进行预压，工期较长。

2.2.2强夯法是利用起吊机械吊起80～300kN的重锤，然后自由落体夯击地面。在极短的时间内对路基土体施加一个巨大的冲击能量，这种突然释放的巨大能量将使土体发生一系列物理变化，如土体排水固结压密、土体液化挤密等。其作用结果使一定范围内的路基土体强度提高、孔隙挤密。强夯法具有操作简单、经济、施工速度快等优点，是处理砂土液化的成功方法。但是该法需要与居民房屋间隔一定的距离(一般不少于50m，必要时需要挖设防震沟)，且在桥头附近强夯也有一定的危险性。同时，根据我国目前锤重和机械条件，处理深度一般在10m之内强夯效果较好，10m以下效果不很明显。

常用强夯法包括路堤基底全幅强夯加碎石垫层和路堤基底部分强夯加碎石垫层。其中，路堤基底全幅强夯加碎石垫层用于加固可液化土、杂填土、湿陷性黄土及软粘土等。特点是基底全断面处理，无论是否发生地震，路基整体沉降均衡，可以有效消除路基范围的液化趋势。路堤基底部分强夯加碎石垫层(重点加固路线两侧，而在路线中轴线附近只进行满夯)用于加固可液化土、杂填土、湿陷性黄土及软粘土等。这种方式处理了震害发生时路堤最容易被破坏的区域，但由于地震发生具有偶然性，二路基的使用是长期的，在正常使用的情况下，形成处理区与未处理区路基强度不均，反而意向中长期路基的使用。

2.2.3换土法适用于表层处理，一般在地表以下3m～6m有液化土层时，可以挖除并回填粗砂压实。如高等级公路中可液化地区的小桥涵及其服务设施都可采用这种方法进行处理。

2.2.4挤密碎石桩加碎石垫层。它可用于加固可液化土、杂填土、湿陷性黄土及软粘土等。

挤密碎石桩一方面通过强力振动使砂土液化，砂粒重新排列，孔隙减小，另一方面通过回填料使砂层挤压加密。路基的强度由碎石桩本身强度和原路基由于被挤压提高的强度组成，所以处理效果比较显著。挤密碎石桩特别适用于处理较深的液化土层，但成本略高于强夯法。所以建议在桥头路段和居民区附近采用挤密碎石桩，其他路段可采用强夯法。

2.2.5爆炸振密法的应用，如果路基在出露于地表或埋藏很浅的饱和粉细砂地区通过，就可以在地基范围内一定距离埋设炸药。群孔起爆后使砂土液化并在自重作用下排水沉实。

2.3处理施工工艺目前公路工程大部分采用强夯法和挤密碎石桩法。

2.3.1强夯施工工艺：清理并平整施工场地，然后铺设垫层。夯点放线，用石灰或木桩标明第一遍夯点的位置，并测量地面高程。施工机械就位，将夯锤起吊至预定高度，脱钩；锤自由下落，放下吊钩，测量锤顶倾斜。如锤顶歪斜时，应及时将坑底整平。现场记录，强夯施工时应对一夯点的夯击能量、夯击次数及夯沉量做好详细记录。移动位置，进行下一个夯点的夯击，直至完成第一遍全部夯击。主夯完成后，静置72h以上，用推土机将夯坑填平，测量夯后地面高程。重新放线定位，按主夯的施工步骤进行第二遍(副夯)的夯击施工。副夯完成后，静置72h以上，用推土机将夯坑填平，按规定进行最后一遍满夯，夯后测量场地高程。

2.3.2挤密碎石桩的施工工艺：先清理并平整施工场地，后铺设碎石垫层，然后再进行桩位放样，最后振动沉桩机就位。用振动沉桩机将桩管边振动边沉入土层，直至设计深度。稍上提桩管，桩管下端的活瓣桩尖打开，桩管及桩尖外壁的真空破坏，这样可减小起拔摩阻力。停止振动，立即往管内装入碎石，直至装满为止。启振拔管，为了使桩管内碎石密实，在拔管前先振动1min，为了使挤出桩管下端的碎石更加密实，每提升1m留振1min。当拔出桩管的二分之一长度时，用装料斗再次向桩管装满碎石。继续边拔桩管边振动，直至拔出地面。投完剩余的填料，在孔口进行反插。移动桩架至另一个孔位，重复以上作业。在施工之前，为了根据现场实际情况，调整各种机械参数，以保证大面积施工质量，必须进行成桩挤密试验，试验的项目有成桩时间、冲水量、水压、压八碎石量、振动锤电机的电流等。对试桩进行承载力测试，试桩数9～16根。