浅析软土地基的竖向位移

2010-12-31张标昌

中国新技术新产品 2010年5期

张标昌

（江苏海通建设工程有限公司，江苏连云港 222001）

在软土地基上进行施工建设、施工难度大、对施工工艺要求高、造价高，这就要求在工程的调研设计阶段、监理施工阶段、工程验收阶段等，都要严格把关，根据不同的地质条件，采取不同的处理方法，确保软土地基的沉降量在规范可控范围内，满足工程质量的需要。下面就如何减小软土地基的沉降位移，谈谈自己的看法。

1 软土地基的特征和工程力学特征

连云港市地处鲁南中南丘陵与淮北平原的结合部，北倚沂蒙山脉，东临黄海，全市大部分面积为海积平原。

海积平原地形平坦，地形标高在2.7～4.0米左右,属第四纪后期。在缓流中沉积而成的软粘性土，最深处厚达40米左右，海淤承载力为3.92～6.86Kg/cm2,地下水埋深在 0.8～1.0米左右，该土层呈流塑饱水状，压缩性高，抗剪强度低。内聚力小于25Kpa，容许系载力小于100Kpa，在外荷载作用下产生触变现象，遇地震时将会产生液化性塌陷。该地土层作为建设工程基础持力层时，必须进行特殊处理，否则会出现工程质量方面的一些问题。

2 坚向位移的成因及给行车带来的危害

桥梁桩基桥台的沉降量甚小，可软土地基上的高路堤却有较大的沉降量，这二者的沉降差在路桥结合部形成坚向移位。连云港1987-1989年新建的新墟一级公路开发区大桥，因当时没有进行软基处理，致使桥头年年下沉，年年修补，桥头路基的下沉量达累加达有1米多，直接影响了道路的使用。

坚向移位的发生对交通功能的影响主要有：

移位段路面纵坡陡，不得于行车；台阶对车辆振动很大，剧烈颠簸，司乘人员甚感不适，同时车遇台阶，速度降低，增加油耗；由于台阶的影响使车辆产生跳跃，增加了车辆对桥梁产生的冲击力。

作为桩基础的桥台，按规范要求，不包括施工中沉降在内的墩台工后总沉降值以不超过L（L 为相邻墩台间最小跨径长度）为限，大量的工程实践证明：墩台工后沉降量，均未超过规范规定的极限值，因此桥台沉降量很小。在实践中，只要我们有选择地采用了优质的路基填料，在施工中严格要求，对台后路堤填料的压缩沉降问题，是完全可以控制的。

3 减小竖向移位值的几种方法

3.1 换土垫层法

将基底下一定深度范围内海淤泥层挖除，再换填分层夯实具有强度高、稳定性好、压缩性低的砂砾和山场碎石土等。这样基础底面以下的地基便由山场碎石土垫层及软弱下卧层组成的复合地基，较大的附加应力由垫层承受，而在软弱下卧层顶面的附加应力显著减少，这就是换土垫层法能达到加固地基的基本原理。我们在目前施工的242 省道青口盐场段XD-1 标就是采取了清淤，抛石挤淤的换填方法，经检测受到了良好的效果。在垫层法的施工中，除应严格控制垫层材料的颗粒成分外，保证垫层材料的密实度，也是非常关键的问题，否则达不到预期的效果。垫层材料要求分层压实，压实可采用碾压法、水撼法等，在基坑挖好后，应迅速铺压垫层材料，避免坑暴露过久，或被践踏浸水，使土结构遭到破坏，软土层强度降低。

缺乏山场碎石土的地区必要时可考虑采用石灰土，加筋土等。

3.2 间隔填土法

用素土与粉煤灰分层填筑（素土40厘米为一层，粉煤灰20厘米为一层）并形成一个具有刚度的整体，利用粉煤灰这种轻质填料来减轻路堤的自重，进而减少土基的附应力。本人1992年施工的310 国道翻水河桥至临洪闸段就是利用粉煤灰填筑轻质路基，但路基的两侧必须采用素土包肩，防止雨水冲刷。目前该段路基非常稳定，没有出现明显的下沉和开裂现象。

3.3 预压荷载自然沉降法

该施工法首先将包括路面结构在内的路堤荷载，换成一定高度的土层，这样加载促进沉降，提高地基强度，然后挖除加载填土，修筑桥台、路面等结构。我单位1989年施工的连徐高速公路A6-7 标就是采用预压荷载自然沉降法，经过近十年的使用，效果明显。具体做法是：在施工的路基内埋设一定数量的沉降标，当路基施工完成后在其顶面根据计算均匀堆载一定高度的土，在沉降期内进行沉降标观测，经过一段时间内的预压，观测的下沉量达到设计规定的值以内时，就可以御载预压土方，进行路面工程的施工。

此种方法适用于取弃土方方便的路段。

粉体搅拌桩改善土壤性质增强路基强度法

粉体搅拌桩适用于天然含水量大于30%的淤质土，其原理就是用压缩空气向软弱土层内输送石灰、水泥等加固料，进行搅拌使其与软弱土混合、压密。通过改善软弱土的一系列的物理、化学作用，达到加固地基的目的。其具体桩长、直径、粉喷量、布置形式应由设计单位根据不同的地段条件、规范要求来确定。桩长设计一般为穿过软弱土层达到持力层50cm 为宜；直径为宜为50cm；粉喷量应通过试验确定，要为被加固湿土重的10～15%，一般为50～60kg；布置形式一般采用三角形或正方形。此种方法，施工简单，便于操作，但是也是一项良心工程，在施工中各道工序要严格把关，方能达到预期的目的。在连云港地区的软基处理中，此方法使用最为广泛，连徐、汾灌、连临等高速公路及国道、省道等遍采用，且效果显著。

袋装砂井预压排水固结法

在饱和软粘土中采用袋装砂井加固地基，能起到改善土层固体排水条件。加速软弱土的固结作用，并能防止产生砂井断头、缩头、错位。用聚丙稀编织的砂井袋装又具有一定的抗拉强度，从而能较好地适应地基的侧向变形，保证砂井的连续性，加上施工袋装砂井可选用轻型机具、工艺简便，能因地制宜，施工速度快，直径小，材料与成本较省，从而使其在软基处理上能够得到广泛应用。

袋装砂井的直径、间距和长度应根据工期对固结时间的的要求、工程地质条件、路堤高度，并通过固结理论计算确定，在预压期内要求完成的固结度大小，则根据路基剩余沉降以及不均匀沉降可能造成道路基面层结构破坏这一因素来考虑，一般固结度U=80～95%。

袋装砂井的直径从固结速度来看越大越好，但直径太大对机具搬移以及打孔都会增加困难，一般采用7～15厘米。理论上讲砂井间距越小则排水固结越快，但是太密除费工费时外，还会引起土的结构破坏而降低强度，并使土隆出地面等，近桥台处要求井距相对小一些，目的是让桥台与路堤衔接部分沉降量的变化控制在一定范围内。

对于软土层过厚，如25米以上，袋装砂井不必打穿软土层，而根据结构物容许沉降量或按地基稳定性分析来选择砂井的长度，如结构物以地基容许沉降量作为控制，可以先决定砂井直径及间距，并选定一个砂井长度，然后计算沉降及固结度。其结果应满足上部结构的要求，这时的砂井长度就是需要的长度。国内其他省市有关袋装砂井的经验长度一般为12～15米，最长为20米。

袋装砂井平面布置形式，目前国内外通常采用的是等边三角形和梅花形两种形式。

为保证袋装砂井内渗出的水能够顺利排出，在砂井顶部铺设30厘米的砂垫层，袋装砂井的外露部分需埋在该层内。

在桥梁两头设置搭板，减少路口跳车现象。在构造物两侧的填土往往受到构造物施工的影响，一般存在着填土时间较短，压实较为困难等问题，在设计时桥梁两头考虑了一定长度的搭板，对沉降量很小的桩基桥台与路堤上大沉降量起到了一定的缓冲作用，把两者的高差由“突变”转化为“折变”。

搭板的一端铺设在桥台上，沉降很小，而另一侧搭置在有一定宽度的砼或砂砾大枕梁上，呈滑动状态，随着路堤的沉降，搭板下会出现空洞，这种现象常导致搭板本身的破坏，因此在设计中把搭板的受力状态，可以看成为一端固定，一端滑动的简支梁，进行配筋设计。