市政道路施工中软基加固技术的应用

李明

摘要：软土地基的处理质量直接影响到市政道路路基的基础承载力，也是保证市政道路建成后安全、高效运营的关键。市政道路软土地基有极大的危害性，如果不处理或处理不当，就会造成地基失稳，使道路沉降过大或不均匀沉降，对市政道路成不同程度的伤害。鉴于此，本文对市政道路施工中软基加固技术的应用进行了探讨。

关键词：市政；软土路基；加固

一、前言

随着我国城市建设的不断推进，城市交通事业得到了长足的进步与发展。尤其是金融危机以来，随着大量基础建设资金的投入，随着道路施工工艺和技术进步的大发展，我国城市道路建设更是如火如荼，市政工程已经成为我国城市规划和整体功能建设的重要实施环节之一市政工程的施工是一项非常复杂的生产活动，施工大多在露天进行，工作周期长，情况复杂，因此相比于其他产品，市政施工更为严格和规范，一旦处理不好，就难以有效的利用施工条件，发挥施工要素的作用，甚至无法进行正常的施工活动。在市政道路建设中，不可避免地会遇到软基础问题。软基础具有天然孔隙比大、渗透性小、抗剪强度低、黏结系数小等不利的工程性质，导致地基承裁力往往不能满足工程设计的要求。

二、市政道路施工中软基加固技术的应用

1.现浇混凝土管桩技术加固软基

现浇混凝土管桩技术吸收了预应力混凝土管桩、振动沉管桩和振动沉模薄壁防渗墙等技术的优点，施工工艺简单,可操作性强,便于质量控制、监督,单桩承载力高而造价相对较低，该技术采取自动排土振动灌注而成管桩,具体步骤是依靠管腔上部锤头的振动力将内外双层套管所形成的环形腔体在活瓣桩靴的保护下打入预定的设计深度,在腔体内现场均匀浇注混凝土,之后振动拔管,在环形域中土体与外部的土体之间便形成混凝土管桩.为了保证桩与土共同承担荷载,并调整桩与桩间土之间竖向荷载和水平荷载的分担比例以及减少基础底面的应力集中问题,在桩顶设置褥垫层.具体为待管桩中混凝土达到设计强度后,在桩顶铺设一层砂石,并在砂石垫层中放置土工格栅,使桩间土与管桩共同发挥作用,从而形成现浇管桩复合地基。其优点主要有：1)施工适用性.现浇管桩:属于刚性桩,桩身强度较高,可达到C20~C25,桩径可达1.5m,采用边振动边加压的沉管方式,处理深度大于25m;粉喷桩:属于柔性桩,桩身强度低,桩径小,一般0.5m左右,处理深度小,目前国内现有粉喷桩机最大处理深度15m左右,且深度大于10m以后,下部压力增大,喷灰困难,粉喷桩固结往往较差。2)施工质量控制.现浇管桩:施工工艺简单，过程清晰，便于质量监督管理，可操作性强，混凝土现场质量易控制；粉喷桩:水泥灰量输送由高压气流控制,实际施工时,土层变化大,造成送灰压力不均匀,因而喷灰量分布不均匀，极易出现搅拌不均匀，局部固结差，施工隐蔽性强，现场质量监督管理困难。3)桩基检测.现浇管桩:采用小应变或人工开挖进行检测,测试费用低,一般占工程总造价的1%~2%。由于采用无损测试，检测周期短，检测范围广；粉喷桩:通常采用钻探取芯,静载等方法,检测费用高,一般占工程总造价的3%~5%,检测周期长,范围小(一般占总桩数2%左右),不能全面反映整个工程质量。

笔者曾经接触一软基道路工程，工程位于某市河北岸,地基土层为8~18m深粉质粘土,设计路堤填土最大高度为6.0m.通过堆载预压、真空预压、粉喷桩等方案比较,最终确定了现浇管桩复合地基加固技术方案,设计桩长从6~11.8m不等,工程总量为3780延米.设计直径1000mm,壁厚120mm,混凝土等级C20,坍落度5~8cm,桩间距横向3.0m,纵向间距排与排之间3.5m,采用正方形布置.设计7.8m长管桩竖向极限承载力600kN.。通过现场检测和测试试验表明,承载力满足了设计要求;通过低应变测试分析,所检测桩桩身质量是完整的.振动沉模现浇管桩是一种软基加固的全新专利技术,由于其地基适应性好、施工质量易控制,所以具有无需预压、承载力高、总沉降量小、检测方便、桥头跳车改善程度好等粉喷桩无法比拟的优点.

2.水泥搅拌桩加固软土路基

水泥土搅拌桩是一种用于加固饱和软土地基的常用软基处理技术，它将水泥作为固化剂与软土在地基深处强制搅拌，由固化剂和软土产生一系列物理化学反应，使软土硬结成一定强度的水泥加固体，从而提高地基土承载力和增大变形模量。水泥土搅拌桩从施工工艺上可分为湿法和干法两种。湿法是利用深层搅拌机将水泥浆与地基土原地搅拌，干法是利用喷粉机将水泥粉与地基土就地拌和。经过搅拌后形成柱状水泥土增强体，可提高地基的强度，减少路基沉降，增强路基(堤)的稳定性。干法和湿法相比较，具有如下特点：1)使用的干燥状态的固化材料可以吸收软土地基中的水分，对加固含水量高的软土、极软土以及泥炭化土地基效果更为显著。2)固化材料全面地被喷射到靠搅拌叶片旋转过程中产生的空隙中，同时又靠土的水分把它熟附到空隙内部，随着搅拌叶片的搅拌，固化剂均匀地分布在土中，不会产生不均匀散乱现象，有利于提高地基土的加固强度。3)与浆喷深层搅拌或高压旋喷相比，输入地基土中的固化材料要少得多，无浆液排出，地面无隆起现象。同时固化材料是干燥状态的0.5M以下的粉状体，如水泥、生石灰、消石灰等，材料来源广泛，并可使用两种以1:1的混合材料。因此，对地基土加固适应件强，不同的土质要求都可以找出与之相适应的固化材料，其适应的工程对象较广。4)固化材料从施工现场的供给机的贮仓一直到喷入地基土中不会发生粉尘外溢、污染环境的现象。5)湿法水泥配比较直观，材料的量化较容易，有利于质量控制。

例如笔者接触一市场工程，某市政道路地形平坦，海拔高程一般在 30～33m左右，上部软土层厚度较大，基岩埋深大，一般大于50m。拟建道路沿线路段多为农田、河塘地层岩性。根据地质勘察报告，道路沿线地基主要为黄河冲积故道不良地质，深厚饱和软黏土。该层软土含水量大、孔隙比大、渗透性差、压缩性高、强度低，易引起差异性沉降，且沉降量大，极易引起地基失稳。本软基处理段在进行路基填土施工前，对路基的沉降与稳定观测的要求布设观测站，对处理后的软土地基的下沉量进行观测。软土地基开始填筑到路基填土完成，时间约 42 d，测得的平均沉降量约 45.6 mm，填土完成后，再每 20 d 观测一次，共观测 3 次，沉降量分别为：9.3 mm、5.8 mm、2.4 mm。从测得的数据看，下沉量累计只有63.1 mm，并在填土 100 d 后，基本不再下沉。工后沉降量完全满足设计要求，表明水泥搅拌桩加固处理对控制沉降效果良好。从上述效果检验分析可见，经水泥搅拌桩加固处理后，地基土强度和变形模量提高，地基稳定性增强，复合地基承载力明显提高，达到了控制沉降、稳定路基的目的。

4.强夯法加固软基

强夯法加固非饱和土的过程,就是土中的气相被挤出的过程。在重复夯击作用下土体中产生裂纹,土中部分吸附水变成自由水,随着孔隙水压力的消散,土的抗剪强度和变形模量不断增长。单纯的强夯由于竖向裂缝的产生并非规则的和连续贯通的,因而在孔隙水和气体排除过程中并非很畅通,这就造成在施工过程中孔隙水压力消散缓慢,从而影响到加固的效果和施工进度,效果不佳。采用排水固结法结合强夯,当土体受到冲击荷载时,土中孔隙水压力增加,孔隙水可渗透到袋装砂井中,沿袋装砂井直接排到地表,这样缩短了排水距离,加速了孔隙水压力的消散过程和地基沉降的发展,而达到加固的目的。这里需要注意几个问题：1)必须关注如何降低孔隙水压和增大有效深度。增加加固深度,要求增加能量,而增加能量,按常规工艺会增大孔压。当前软黏土地基强夯处理效果不佳的原因有三个方面:一是由于夯击能量不足,有效加固深度不够,下部土体未完成固结沉降;二是由于强夯使上部软黏土结构性破坏,不仅降低了强度,还大幅度降低了渗透性;三是当前规定的强夯工艺不适应软黏土地基强夯特点,导致地基中孔隙水压力居高不下而形成“橡皮土”。针对上述原因,可以采取适应强夯加固的有效排水系统,采用了适应软黏土地基的“先轻后重、逐级加能、少击多遍、逐层加固”的夯击方式,确立了以不破坏土体宏观结构为原则的收锤标准,形成了能够有效抑制孔压上升,加速孔压消散,防止土体液化,增强强夯效果,降低能耗的一整套强夯新工艺。2)强夯法宜用于要求施工期短缺少预压时间、或者缺少预压荷载、软土层较浅、宽大场地排水不易等情况,特别是在上覆杂填土或大块石的地基。对于一般在正常条件下处理的软基,强夯法由于同样需要结合砂井及垫层,所以处理费用比普通填土预压措施要贵,但它比复合地基便宜,施工也方便。

三、结语

总之，市政道路施工中软基加固技术有很多种，每种加固技术都有它的适用性和局限性.水泥土搅拌桩施工质量难以控制,检测繁琐且费用高,加固深度也有限；现浇管桩具有地基适应性好、施工质量易控制,无需预压、承载力高、总沉降量小、检测方便、桥头跳车改善程度好等粉喷桩无法比拟的优点,因此选现浇薄壁管桩加固软基更经济、更合理；强夯法主要是针对透水性较强的软土,加固效果明显,而对软粘土不适宜。到底采用哪种软基加固方法，需要工程人员在具体的工程实践中加以选择和实施。不管采用哪种加固方法，在施工过程中，必须加强管理认识、紧抓施工环节、严格质量要求，唯有如此，才能严格控制工程质量。

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