软土路基处理施工技术研究

金洪炯

0 引言

随着我国经济建设的迅速发展,城市高等级公路的建设日新月异。然而,我国幅员辽阔,从山区到平原,由沿海到内地,分布着各种各样的地基土,其承载能力、压缩性以及透水性等土的力学性能因土的种类不同而有着很大的差别[1]。对于软土地基而言,在交通循环荷载作用下,其沉降量一般比较大,容易产生不均匀沉降,严重影响道路行车安全,无法满足工程建设的需要。因此,在软土路基施工过程中,如何合理的进行地基处理,设计适当的地基处理方案是一个值得探讨的重要问题[2]。本文结合乐清市某公路工程建设项目,对软土路基处理方案的选择和设计进行了研究。

1 工程概况

本工程位于乐清市中心区的西北部,场地属冲海积平原区,地势基本平坦,海拔高程一般在2.0 m～3.5 m之间,属Ⅳ级场地。区内内河发达,水网密布,河宽一般在9 m～30 m之间,水深为1.0 m～3.0 m左右,河道均为现状河道,两岸植被茂盛。中心区建好的道路有旭阳路、环四路等城市主干道。因整个中心区地处乐清湾,甬台温高速公路高架桥横穿中心区,把中心区分为东西两块。

建设场地经过乐清湾冲积平原和滨海围涂区,冲积平原区地貌以农田,零星农居及河道为主,滨海围涂区地貌以杂草为主。根据地质报告和在建的道路开挖情况显示,此块地质情况较差,面层为0.9 m～2.2 m左右的硬壳层,下面为25 m左右的淤泥质土。

区块内地下水主要为软土及黏性土中的孔隙潜水和圆砾、卵石层中的承压水。地下水属内河水系,主要接受大气降水的补给及内河水位的影响,受季节性变化影响大。地下水在无污染条件下对桥梁建筑材料一般无腐蚀性,对干湿交替环境下的钢筋混凝土中的钢筋和氧能自由溶入地下水中的钢结构,具有中等腐蚀性,并对钻孔灌注桩施工易产生漏浆、坍孔等不利影响。

2 软土路基常用处理方法[3]

2.1 换土填层法

当软弱土地基的承载力和变形满足不了工程技术要求,而软弱土层的厚度又不很大时,将软弱土层部分或全部挖去,然后分层填筑强度较大的砂、砂石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰等其他性能稳定、无侵蚀性的材料,并压实至要求密实度的地基处理方法。

换土垫层的作用主要包括:提高地基承载力,减小地基沉降量,加速软土的排水固结等,适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、古井、古墓等浅层处理。换土填层法见图1。

2.2 排水固结法

对天然地基或是先在地基中设置砂井等竖向排水体,然后利用建筑物本身的重量分级逐渐进行加载,也可利用其他重物对场地进行预压堆载,使土体中的孔隙体积不断减小,孔隙水被慢慢排出,有效应力逐渐增长,地基发生固结沉降,同时土体的抗剪强度逐步提高的方法。

排水固结系统是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成:排水系统的作用主要在于改变地基原有的排水边界条件,增加孔隙水排出的路径,缩短排水距离;加压系统的主要作用在于使地基土中的有效应力增加而产生固结。

2.3 挤密法

利用挤压或振动方法将砂、石材料挤入软土地基中,形成较大的密实柱体,提高软土地基的抗剪强度。

对疏松砂土而言,在挤密砂石桩成桩过程中,桩套管挤入砂层,该处的砂被挤向桩管四周而变密。挤密砂桩的加固效果包括:使松砂地基挤密至小于临界孔隙比,以防止砂土振动液化;形成强度高的挤密砂石桩,提高了地基的强度和承载力;加固后大幅度减小地基沉降量;挤密加固后,地基呈均匀状态。

对软弱黏性土而言,主要利用砂石桩本身的强度及其排水效果。其作用包括:砂石桩在黏性土中形成大直径密实砂石桩桩体,砂石桩与黏性土形成复合地基,共同承担上部荷载,提高地基承载力和整体稳定性,由于密实的砂桩取代了与砂桩体积相等的软土,所以复合地基的承载力比天然地基大,其沉降也就比天然地基小;上部荷载产生对砂石桩的应力集中,减少黏性土的应力,从而减小地基的固结沉降量;在黏性土地基中形成排水通道,加速固结排水。

2.4 深层搅拌法

深层搅拌法利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理—化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

深层搅拌法适用于淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且fk≤120 kPa的黏性土等地基(见图 2)。

2.5 高压喷射注浆法

这种方法创始于日本,是采用高压水射流切割技术而发展起来的。高压喷射注浆,就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置,用高压设备使浆液或水成为20MPa左右的高压液流从喷嘴中喷射出来,冲击破坏土体。当能量大,速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时,土粒便从土体剥落下来。一部分细小的土粒随着浆液冒出地面,其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下,与浆液搅拌混合,并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列。浆液凝固后,便在土中形成一个固结体。

作为地基加固,通常采用旋转喷射(简称旋喷)和定向喷射(简称定喷)两种注浆形式。高压旋喷注浆加固地基技术,主要适用于软弱土层,如第四纪的冲(洪)积层、残积层和人工填土等。

3 路基加固方案设计

对具体工程都要进行具体的细致分析,应从地基条件、处理要求、工程费用等方面进行综合考虑,进行综合技术经济指标的优化,以确定最佳的地基处理方法。

本工程道路均为城市主干道和次干道,主干道沉降控制指标参照高速公路和一级公路沉降控制指标,一般路段容许工后沉降控制在0.3 m,桥头容许工后沉降控制在0.1 m。次干道沉降控制指标参照二级公路沉降控制指标,一般路段容许工后沉降控制在0.5 m,桥头容许工后沉降控制在0.2 m。

结合本项目的实际情况,因地制宜,充分考虑地形、地质、气象和水文等自然条件及周围的社会条件,将软土路分为一般路段(甬台温高速以西)、一般路段(甬台温高速以东)、桥头过渡段三种类型进行处理。

1)一般路段(高速路以西)方案。软基不作处理,充分利用“硬壳层”的承载功能,清表后经过逐层回填宕渣,同时用振动式压路机振动碾压,最终路基压实度达到规范要求。素填土1 m厚,黏土“硬壳层”1 m厚,淤泥土层20 m厚,宕渣填筑高度 2 m,路堤填土结束6个月后浇筑路面。路基的承载力和稳定性可以满足路基设计要求,路基达到满足功能条件下经济性最佳的目标。2)一般路段(高速路以东)方案。对于高速公路以东一般路段,由于与高速公路以西情况不同,基本为大面积淤泥地带,参考本区域以往道路设计经验,采用全路基范围内塑料排水板处理的方法。塑料排水板正三角形布置,间距1.3 m,长20 m,顶端埋入砂垫层不小于20cm。3)路桥过渡段方案。桥头路段拟采用水泥搅拌桩路基处理方案。取用参数:水泥搅拌桩桩径550mm,桩间距1.3 m,水泥掺合比 15%,有效桩长 12 m;填土高度 3 m(从桩顶起算),路基填土12个月后浇筑路面。

4 结语

1)经过全面考察分析计算结果,并结合后期沉降监测得出的数据,该处理方案可满足沉降小于20cm的规定。2)地基处理的方法有它的使用范围、局限性和优缺点,应该根据相重合实际情况因地制宜的采用,不能一概而论。3)将软土路基分为一般路段(甬台温高速以西)、一般路段(甬台温高速以东)、桥头过渡段三种类型进行处理的方案是可行的。

[1] 王星华.地基处理与加固[M].长沙:中南大学出版社,2002.

[2] 钟勇强.软基路段旧路加宽综合处置方案设计和优选的探讨[J].华东公路,2008,6(174):14-16.

[3] 陈希哲.土力学地基基础[M].北京:清华大学出版社,1998.

[4] 赵崇臣.道路工程中软土地基常用处理方法探讨[J].山西建筑,2009,35(6):298-299.