试论公路施工中软土地基处理技术的应用

2013-04-01叶如军

城市道桥与防洪 2013年4期

叶如军，徐竭

（浙江八咏公路工程有限公司，浙江金华 321017）

1 软土地基处理技术概述

1.1 软土地基处理技术的发展现状

软土地基在工程上的定义即为强度低、压缩性高的软弱土层地基，主要是由淤泥、淤泥质土、冲填土或其他压缩性土层构成。软土地基的特性主要表现为天然含水率高、孔隙比大、含水量在34%～72%之间，孔隙比在1.0～1.9之间，饱和度一般大于95%，液限一般为35%～60%，塑性指数为13～30。这是一种具有承载力低、沉降量大，具有振动液化性、湿陷性、胀缩性等不良工程性质的软弱地基。公路运输的目标是“高速、舒适、安全”，对路基的要求愈来愈严格，它不仅要求路堤的稳定，更重要的是对工后沉降有严格的要求和标准。因此，需要在设计施工中对工后不均匀沉降量严格控制。从全国范围来看，经济发达的城市主要分布在我国东南沿海、长江三角洲，以及平原地区。这些地区大部分分布着含水量高、压缩性大、强度低、透水性差、覆盖层厚、埋深浅的弱土层。在路堤荷载作用下，软土路基很容易发生承载力不足、沉降量大、不均匀沉降和固结完成时间长等问题。因此，在软土路基上修建公路，需要解决的关键问题就是满足路基的稳定性和沉降控制。

1.2 软土地基处理技术的意义

软土地基的危害是承载力低，变形大，特别是不均匀变形大，而且变形稳定时间很长，几年甚至几十年。往往造成公路路基沉降大且不均匀，造成公路路基开裂。对软土地基进行加工，改善地基土的剪切特性，压缩特性，渗透特性，动力特性。提高软土地基的强度和稳定性，降低地基的压缩性，减少沉降和不均匀沉降。防止地震时地基的振动液化，消除区域性土的湿陷性，膨胀性和冻涨性。软土地基经过处理后，防止公路工程的倒塌下沉，倾斜等恶性事故的发生，确保公路运输的安全。

2 公路施工中软土地基处理技术的应用分析

2.1 当前公路施工中软土地基处理技术的应用存在的问题

当前部分公路工程项目施工中采用软地基处理技术时存在一些问题，影响到了工程的质量。这些问题主要体现在以下几个方面。

2.1.1 未能因地制宜合理选用处理方法

在合理选用地基处理方法方面有时存在一定的盲目性。例如饱和软粘土地基不适宜采用振密、挤密法加固。根据工程地质条件和地基加固原理，因地制宜合理选用处理方法特别重要。在这方面，现在的问题是对几个技术上可行方案进行比较、优化不够。采用的不是较好的方法，更不是最好的方法。有时工程问题是解决了，但造价高和工期长。

2.1.2 不能正确评价每种地基处理方法的适用性

人人都承认每种地基处理方法都有一定的适用范围，但遇到具体问题就会盲目扩大其应用范围。对这种情况施工单位更应注意。

2.1.3 施工单位素质差影响地基处理质量

这方面最典型的例子是搅拌桩施工。深层搅拌法不能满足地基处理要求并不是深层搅拌法工法本身不成熟，也不是深层搅拌法加固地基设计方法不对。影响施工质量主要是施工单位素质和施工机械两方面问题。先分析施工单位素质存在的问题。前些年，地基处理施工队伍的快速膨胀，造成绝大多数施工队伍缺乏必要的技术培训，熟练技术工人缺乏是普遍现象。除此之外，还存在偷工减料现象。

2.1.4 施工机械简陋影响地基处理水平和质量

近二十几年来，我国地基处理施工机械发展很快，许多已形成系列化产品。但应看到与我国工程建设需要相比较，差距还很大。还以深层搅拌法为例，不能很好地保证施工质量不仅与施工单位素质有关，也与目前应用的施工机械水平有关。简陋的机械要保持稳定良好的施工质量是困难的。

2.1.5 地基处理理论落后于实践

从实践—理论—再实践的角度看，实践先于理论是一般规律，对土木工程更是如此。但重视理论研究，用理论指导实践也是很重要的。对地基处理各种工法及一般理论缺乏深入系统的研究也是发展中存在的问题之一。

2.1.6 不少工法缺乏完善的质量检验手段

完善的质量检验手段是保证施工质量的重要措施。目前不少工法缺乏完善的质量检验手段。

2.2 软土地基处理技术在公路施工中的应用

随着现代工程技术的发展进步，以及新的加固技术、新型材料的不断研发，使得软土地基处理技术日趋完善。在当前的公路施工中软土地基处理技术的应用主要包括以下几个方面。

2.2.1 换土垫层法

换土垫层法的原理是：将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土或不良土挖去，以质地坚硬、强度较高、性能稳定、压缩性较小、具有抗侵蚀性的砂、砾、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，形成良好的人工地基。垫层能有效地扩散基底压力，提高地基承载力、减少沉降、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩作用等。适用于各种软弱土及山地不良地基的浅层处理。使用的主要材料：砂、砾石、石渣、粉煤灰、矿渣等。使用的主要机械设备：人工挖土或机械挖土、垫层材料运输、压实或夯实机械。

2.2.2 挤淤置换法

挤淤置换法的原理是：依靠换填材料的自重，以及借助于其他外力，如压载、振动、爆炸、强夯或卸荷等，使软弱层遭受破坏后被强制挤出而进行的换填处理。适用于厚度较小的淤泥地基。

2.2.3 强夯置换法

强夯置换法是一种普遍运用的方法，其原理是采用边填碎石边强夯的强夯置换法在地基中形成碎石墩体，由碎石墩、墩间土，以及碎石垫层形成复合地基，以提高地基承载力、减少沉降。适用于人工填土、砂土、粘性土和黄土、淤泥和淤泥土地基。使用的主要材料：碎石、矿渣等。使用的主要机械设备：夯锤、起重设备、脱钩装置及运输装卸机械。

2.2.4 碎石桩(置换)法

原理是在软粘土地基中采用沉管法或其它方法设置密实的砂桩或碎石桩，以置换同体积的粘性土形成砂石桩复合地基，以提高地基承载力。同时砂石桩还可以同砂井一样起排水作用，以加速地基土固结。适用于软粘土地基。使用的主要材料：砂或碎石、砾石。使用的主要机械设备：打桩机。

2.2.5 振冲置换法

振冲置换法的原理是利用振冲器在高压水流作用下边振边冲在地基中成孔，在孔内填入碎石、卵石等粗粒料且振密成碎石桩。碎石桩与桩土间形成复合地基，以提高承载力，减小沉降。适用于不排水抗剪强度不小于20 kPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基。使用的主要材料：碎石、砾石。使用的主要机械设备：振冲器、起重机或施工专用平台和水泵。

2.2.6 加载预压法

原理是在公路建设之前，天然地基在预压荷载作用下压密、固结，地基产生变形，地基土强度提高，卸去预压荷载后再进行公路建设，完工后沉降小，地基承载力也得到提高。堆载预压有时也利用公路自重进行。当天然地基土渗透性较小时，为了缩短土体排水固结的排水距离，加速土体固结，在地基中设置竖向排水通道，常用形式有普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等。当采用竖向排水通道时，也分别称为普通砂井法、袋装砂井法或塑料排水带法等。适用于软粘土、粉土、杂填土、冲填土、泥炭土地基等。使用的主要材料：堆载用料可用土石方或其他填料;垫层材料用渗透系数大于10-3m/s、含泥量小于3%、级配较好的中粗砂；竖向排水通道之砂井法需用同垫层材料要求相同的砂，袋装砂井法还需聚丙烯机织土工物，塑料排水带法需塑料排水带。使用的主要机械设备：堆载用料的运输、装卸机械，也可用人工运输，静压沉管机械、锤击沉管机械，动力螺旋钻机，袋装砂井专用打设机，塑料排水带插板机。

2.2.7 降低地下水位法

原理是通过降低地下水位，改变地基土受力状态，其效果如堆载预压，使地基土固结。在基坑开挖围护设计中可减小作用在围护结构上的土压力。适用于砂性土或透水性较好的软粘土层。

2.2.8 石灰桩法

原理是通过机械或人工成孔，在软弱地基中填入生石灰或生石灰块加其他掺合料，通过石灰的吸水膨胀、放热，以及离子交换作用改善桩周土的物理力学性质，并形成石灰桩复合地基，可提高地基承载力、减少沉降。适用于杂填土、软粘土地基。使用的主要材料：生石灰。使用的主要机械设备：打桩机或洛阳铲成孔。

2.2.9 深层搅拌法

原理是利用深层搅拌机将水泥或石灰和地基土原位搅拌形成圆柱状、格栅状或连续墙水泥土增强体，形成复合地基以提高地基承载力，减小沉降。深层搅拌法分为喷浆搅拌法和喷粉搅拌法两种，也可用它形成防渗帷幕。适用于淤泥、淤泥质土和含水量较高、地基承载力不大于120 kPa的粘性土、粉土等软土地基。用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时宜通过试验确定其适用性。使用的主要材料：水泥。使用的主要机械设备：深层搅拌机，按搅拌轴分为单轴和双轴两种，按喷射方式分为浆液喷射和粉体喷射两种。配套设备：浆液喷射主要有灰浆搅拌机、灰浆泵，粉体喷射主要有粉体发送器、空气压缩机及计量器等。

2.2.10 高压旋喷注浆法

原理是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进预定位置，然后用20 MPa左右的浆液或水的高压流冲切土体，形成水泥土增强体。有单管法、二重管法、三重管法。在喷射浆液的同时通过旋转、提升形成定喷、摆喷和旋喷。可形成复合地基以提高承载力，减少沉降，也常用它形成防渗帷幕。适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。当土中含有较多的大块石，或有机质含量较高时应通过试验确定其适用性。使用的主要材料：水泥。使用的主要机械设备：钻机、高压泵、泥浆泵、空气压缩机、注浆管、喷嘴、流量计、输浆管、制浆机等。