软土地基处理技术

2010-12-31王广平

中国新技术新产品 2010年8期

王广平熊凯

（江西省公路开发总公司，江西南昌 330000）

1 前言

淤泥、淤泥质土及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般黏土统称为软土。大部分软土的天然含水量为30%～70%,空隙比110～119,渗透系数为10-8～10-7cm/s，压缩系数为01005～0102,抗剪强度低(快剪黏聚力在10kPa左右,快剪内摩擦角00～50),具有触变性,流变性显著。对于高速公路,标准贯击次数<4,无侧限抗压强度<50kPa且含水量>50%的黏土或标准贯击次数<4且含水量>30%的砂性土统称为软土。修建在软土地区的路基,主要是路堤填筑荷载引起软基滑动破坏的稳定问题和量大且时间长的沉降问题。为了行车安全,减小线路的养护维修量,就应该通过提高现场勘察技术和手段,根据地质情况采取有效的软基处理方法,降低路基的下沉量,提高路基的稳定性。

2 软基的破坏形式

2.1 剪切拉裂破坏

该类型破坏主要是指软土地基在强烈的行车荷载及自重作用下发生的破坏,具有高触变性的软土在振动荷载或自重力度作用下,强度下降,表现出很强的流性,导致软土层侧向滑动挤出,路基发生不均匀沉降。主要表现为临空面一侧或两侧的车道发生沉陷,道路出现隆起现象;在剪切和拉裂作用下,路面形成裂缝,裂缝不断贯通,最终导致公路破坏。

2.2 浸水沉陷破坏

排水不畅的路段,水很容易浸入路基,在土体自重、行车荷载及水温变化等因素作用下,路基发生不均匀沉陷变形,引起路面开裂破坏,水渗入裂缝后常导致路面“翻浆”,形成常说的“橡皮路”。常表现为路面局部凹陷、行车震颤、颠簸及桥头错台跳车等现象。

3 软土地基处理方法

3.1 表层处理法

通常用于地表面极软弱的情况。该法是通过排水、敷设或增添材料等办法，提高地表强度，防止地基局部剪切变形，保证施工机械作业；同时尽可能把填土荷载均匀地分布于地基上。属于这类处理方法的有：表层排水法，砂垫层法，敷设材料法，添加剂法等等。

表层排水法。对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果，应回填透水性好的砂砾或碎石。

砂垫层法。对于地基上部软土层极薄且含水量大时，在软土地基上敷垫0.5～1.2m左右厚的砂垫层。这样可达到固结软土层，使砂垫层起到上部排水层作用；同时，砂垫层又成为填土内的地下排水层，以降低填土内的水位；在进行填土及地基处理施工时，为施工机械提供良好的通行条件。

敷垫材料法。对于地基土层不均匀，可能发生局部不均匀沉降和侧向变位，可利用所敷垫材料的抗剪和拉抗力，来增强施工机械的通行，均匀地支承填土荷载、减少地基局部沉降和侧向变位，以提高地基的支承能力。敷垫材料主要有化纤无纺布、土工布、玻璃纤维格栅等被广为采用。

添加剂法。对于表层为粘性土时，在表层粘性土内渗入添加剂，改善地基的压缩性能和强度特性，以保施工机械的行驶。同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。添加材料通常使用的是生石灰，熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌，除了降低土壤含水量、产生团粒效果外，对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结，使粘土成分发生质的变化，从而促进土体稳定。

3.2 换填法

换填法一般适用于地表015～310m之间的软土处治。

3.2.1 开挖换填法

将软弱地基层全部或部分挖除,用透水性较好的材料(如砂砾、碎石、钢渣等)进行回填。该方法简单易行,也便于掌握。对于软基较浅(1～2m)的泥沼地特别有效。一般多用级配良好的、含泥量不超过3%的砂类土(中砂以上)。当软弱土全部挖除时应比基底每边加宽015m。换填层扩散角￠:采用换填材料的内摩擦角,一般为35°～45°。换填层厚度:按下卧基本土层的容许承载力确定。通常不宜超过3m(过厚施工不便)。

施工方法：按计算换填层尺寸开挖基坑,将坑底基本土层夯实,然后分层 (每层20～30 cm)换填夯实,夯实密度应达到最佳密实度的90%～95%。如坑底为软土时,则应先铺一层5～10cm厚的砂层,用木夯轻轻夯打,不准用震动器夯打,以免破坏土的结构。

3.2.2 抛石挤淤法

在路基底部抛投一定数量片石,将淤泥挤出基底范围,以提高地基的强度。这种方法施工简单、迅速、方便。本法适用于常年积水的洼地,排水困难,泥炭呈流动状态,厚度较薄,表层无硬壳,片石能沉达底部的淤泥或厚度为3～4m的软土;在特别软弱的地面上施工,由于机械无法进入,或是表面存在大量积水无法排除时;石料丰富、运距较短的情况。

施工方法:抛投片石的大小视软土含水量而定,但一般不宜<013m(直径)。抛投时,应自路堤中部开始,渐次向两侧扩展,以使淤泥向两侧挤出。当软土或泥沼底部有较大橫坡时,抛石应从高的一侧向低的一侧扩展,并在低的一侧多抛填一些。在片石抛出水面后,宜用夯滚或载重汽车反复碾压,以使填石密实,然后在其上面铺设反滤层,再行填土、压实。

3.2.3 爆破排淤法

将炸药放在软土或泥沼中爆破,利用爆破时的张力作用,把淤泥或泥沼扬弃,然后回填强度较高的渗水性土壤,如砂砾、碎石等。当淤泥(泥炭)层较厚、稠度大,路堤较高和施工期紧迫时;路段内没有桥涵等构造物,路基承载力均衡一致,因整体沉降对道路不会产生破坏,也可考虑换填。但对桥涵构造物及两侧引道等,应考虑采用其他方法。

施工要点:爆破排淤分为两种,一种方法是先在原地面上填筑低于极限高度的路堤,再在基底下爆破,适用于稠度较大的软土或泥沼。另一种方法是先爆后填,适用于稠度较小、回淤较慢的软土。

3.3 粉喷桩加固处理法

粉喷桩施工前应准备下列施工技术资料：施工场地的工程地质报告，土工试验报告，室内配比试验报告，粉喷桩设计桩位图，原地面高程数据表，加固深度与停灰面高程以及测量资料等。场地平整、清除障碍。如场地低洼，应回填粘性土；施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层。若地表过软，则应采取防止机械失稳措施。施工机具准备，进行机械组装和试运转。粉喷桩的施工工艺根据设计要求的配比和实测的各项施工参数通过试桩来确定。试桩一般为5根，通过试桩来确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷粉量等。粉喷桩所用的水泥应符合设计要求，并有产品合格证，并经室内检验合格才能使用，严禁使用受潮、结块变质的加固料。

3.4 竖向排水固结法

在粘性土地基中设置垂直的排水柱，以缩短排水距离，促进地基排水固结，增加抗剪强度。由于垂直排水柱所用材料不同，分为砂井和纸板排水两种。砂井排水法砂井排水法根据砂井的施工方法不同，可分为打入式、振动式、螺旋钻式、水射式及袋装式等。本法很少单独使用，多与加载法或缓速填土法并用，对层厚大，均质的粘土地质最为有效；对泥炭质地基效果稍差。地基处理范围：为了稳定，以填土坡面下为处理对象；为防止沉降，主要以路基顶面宽度下作为处理对象。设计排水砂井时，首先假定施工方法、砂井直径、排水距离和改良范围。然后进行稳定及沉降计算，若不能满足时，修正假定数据，进行计算。