路基软土地基处理施工技术

徐小继 戴俊翔

【摘要】：软土路基地基处理已经成为公路快速发展的瓶颈，本文从软土及软土地基的概念出发，结合土力学相关知识，系统分析了软土路基在公路工程中的危害，得出造成危害的主要原因是软土的高含水率，并针对贵州某公路具体的工程地质条件，对比分析了粉喷桩加固法与真空联合堆载预压法，综合考虑施工工期及施工成本，并最终了选择粉喷桩加固法。

【关键词】：软土；软土路基；地基处理；施工技术

1引言

随着经济的快速发展，我国的交通网也在逐步完善，公路工程作为交通的主要枢纽，承载着各领域发展的重任。然而，在公路的建设中，要途径不同地区，由于我国大部分地区，地质环境复杂，尤其是软土地区较多，成为了公路建设的主要瓶颈。软土由于其可压缩性高、强度低等特征，对公路地基的稳定性影响很大，因此有必要开展针对路基软土地基处理的施工技术的研究。国内外学者也对此进行了大量深入研究，黄雨等[1]采用Bishop法,分析得到了土层的内聚力、内摩擦角变化、填土容重变化及下卧层厚度变化对路基稳定性的影响机制。何群等[2]采用西原粘弹塑性本构模型，得出了基于增量理论的饱和土体双重非线性U.L.H格式的平衡方程和连续方程，并编制相应的有限元分析程序，得出：大变形与小变形的差异随着应力水平及时间的上升而上升，并且利用大变形方法，能很好的模拟地基应力及位移。

2 软土及软土地基概述

软土是由于地表水在第四纪后期形成的沉淀物质，多分布于海滨、湖滨、合流沿岸，通常其天然含水量较高、孔隙比大、可压缩性高、抗剪强度低并且其固结系数小、固结时间长、灵敏度高、抗干扰能力差、各土层之间物理力学性能差别较大。在软土的形成过程中，由于地表长期积水，导致喜水植物不断的死亡和生长，使软土中含有较多的有机物。

我国公路工程相关规范对软土地基定义指强度低，压缩量高并且多数含有一定有机物质的软弱土层。日本公路设计规范将软土地基定义为：主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、空隙大的有机质土、泥炭以及松散沙土等土层构成的具有地下水位高、其上填方及构造物稳定性差且易发生沉降特点的地基。此外，日本规范在给出软土定义时提出了软土地基的类型判断标准，指出：软土地基分类应根据填方形状及施工状况而定，不能简单的按照地基条件确定，同时需要在构造物种类、形式、规模以及地形特性研究的基础上，判断是否按照软土地基处理。

3 软土路基在公路工程中的危害原因分析

软土通常具有含水率高、孔隙比大、可压缩性高及强度低等特点，综合软土路基的各种物理力学性能特点，可以将软土路基危害归结为以下两个方面：

（1）软土路基承载力低，由于软土路基有较高的含水率以及较大的孔隙度，所以一般情况下，软土路基的抗剪强度较低，在外界车辆的循环载荷作用下，软土路基容易造成剪切破坏失稳。

（2）由于软土的高可压缩性，当外界作用循环车载时，会造成路基局部变形过大，由于路面材料韧性较低，容易产生局部的拉伸破坏及剪切破坏，影响公路的使用寿命。同时，由于软土的粘滞系数较小，容易在较短的时间产生较大的局部变形。

综合上述分析可知，软土地基的危害主要由于其可压缩性高、抗剪强度低以及粘滞系数过小而造成的，然而，三个因素都是由于粘土的含水率高造成的，因此，降低软土中的含水率成为软土路基工程中最为有效的方法。

4软土路基地基处理工程实例

4.1工程地质概况

贵州省某公路第五合同段，地质状况较差，基本沿山脚农田，多处横跨小河流，淤泥层较厚，根据土工试验及钻探资料，此路段土质力学性能差，标贯承载力仅17.5Kpa，土质含水量高达96.8%，且天然空隙比为e=2.73，轴向抗压刚度低，压缩模量仅为Es=0.9MPa，加之土体抗剪强度低，渗透率小。该路段均为软土路基，施工难度大。

4.2 施工技术方案的选择

由于该路段路基地质情况与广东某省道及河北省某高速公路类似，可借鉴之前的施工经验，广东某省道采用粉喷桩加固地基处理技术，河北高速公路采用真空联合堆载预压法。对粉喷桩加固地基处理技术及真空联合堆载预压法进行对比分析，并结合本工程路段具体特点、工程工期及施工费用，选择适用于本路段地质情况及工程要求的施工技术。

4.3 两种地基处理方法机理分析

（1）粉喷桩加固地基处理技术

粉喷桩是指利用水泥、石灰等材料作为固化剂，采用特制的搅拌机械，对软土和浆液状及粉体状的固化剂进行搅拌，这时，固化剂和软土之间会产生一系列复杂的物理化学变化，最终形成强度高，稳定性好的优质地基。

喷桩施工应采用专用喷桩机械，且应严格按照设计直径进行施工。具体的施工工序为：桩位放样；钻机就位；检验桩基调平机体；钻至设计深度；高压送气打开喷粉孔；反钻提钻并喷水泥，至工作设计标高上50cm时停止喷粉；重复搅拌并复喷；反转提钻至地表；成桩结束；移机就位在下个桩位施工。

（2）真空联合堆载预压法

真空联合堆载预压法是在真空预压和堆载预压基础上发展起来的一种新型软基处理方法，它具有真空预压和堆载预压的双重效果。由达西定理可知，土体中的孔隙水的渗透速率与水头差Δh与排水距离L的比值成正比，因此，增加Δh或者减小L均可以增加土体中空隙水的渗透速度，由于堆载预压法与真空 预压法联合应用，增加了水头差Δh，因而增加了孔隙水的渗透速度，加速的土体的固结。此方法具体的施工步骤主要包括以下两个方面：按照常规的方法进行真空预压施工；当真空预压达到要求后，在真空预压膜上进行逐级堆载，达到真空联合堆载预压的目的。

图1 真空联合堆载预压法示意图

4.4 方案比较

（1）粉喷桩加固法

按照相关设计要求，填土地基承载力需达到100Kpa，由复合地基理论知，地基承载力标准值如式（1）所示，式中，fspk为复合地基承载力标准值，m为面积置换率，Ap为桩的截面积，fspk 为桩间天然地基土承载力标准值，为桩间土承载力折减系数, 为单桩竖向承载力，此处，取fspk=150kPa，=0.4，由工地试验得出。

（1）

由上式确定出粉喷桩的施工参数，并结合施工经验，确定出具体施工参数为：桩位按照正方形分布，桩径50cm，间距1.6m，桩长l1=10m，l2=8m。

（2）真空联合堆载预压法

根据工程地质条件及工程要求，制定施工方案为：真空预压加固处理时，膜下真空度要达到80kpa，抽真空时间至少为150d，并且要再预压满载达到10d后开始堆载，堆载工期需达到75天，之后，进行真空联合堆载预压满载65天，并且最终要达到以下要求

（1）按照实际测量的沉降曲线得出的固结度要大于90%；

（2）最后10天的沉降速度均不能超过1.5mm/d。

由上述分析可知，相对真空联合堆载预压法，粉喷桩法处理软土路基，施工工期短，成本较小，且此方法技术成熟，因此，此路段软土路基施工采用粉喷桩法。

4 结论

软土地基的危害主要由于其可压缩性高，抗剪强度低以及粘滞系数过小而引起的，然而，三个因素都是由于粘土的含水率高造成的，因此，降低软土中的含水率成为软土路基工程中最为有效的方法。本文针对贵州某公路具体的工程地质条件，对比分析了粉喷桩加固法与真空联合堆载预压法，综合施工工期及施工成本，并最终了选择粉喷桩加固法。

参考文献

[1] 黄雨，江席苗，刘高. 软土路基稳定性影响因素分析[J]. 地下空间与工程学报，2009,5(2)

[2] 何群，魏丽敏，王永和. 软土路基粘弹塑性大应变分析的工程应用[J]. 中南大学学报(自然科学版)，2009,40(2)

[3] 杜茂虎. 公路软土地基危害分析及处理对策[J]. 科技创新导报，2010,27

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。