论公路软土地基常用处治技术

2013-04-17张文忠

交通运输研究 2013年4期

张文忠

（新疆新纪元公路设计有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

国内公路建设快速发展，穿越软弱地基的情况越来越多，施工中充分利用原土地基承载力优点，有效控制地基沉降，保持地基稳定，加快工期，节约投资，已成为软土地基施工中的关键环节。当前处理软土地基有多种工艺，本文重点论述了常用软土地基处理技术的技术要点，以期为软土地基处理提供指导。

1 选择软土地基处理技术应考虑的条件[1]

1.1 地基条件

在选择软土地基处理技术时应结合软土的物理力学性质和地基构成情况。若软土层浅而薄，则其固结沉降量也较小，且在短时间内会停止沉降，其滑动破坏的危险性较小，可采用简单的表层处理法；对于软土厚度在3～4m范围内，且中间夹有能供排水的砂层的软土层，则无需竖向排水或挤实砂桩，可采用表层处理法；而对顶层为砂层而下部为软土的情况，因其稳定性较好，可采用竖直排水法；若基底倾斜，由于软土层厚的一侧沉降量大，发生滑移的危险性也较大，该类地基存在的不均匀沉降可能会促进滑动，因而应尽可能减少沉降量而采用挤实砂桩或石灰桩法，且软土层薄厚不同桩间距也应不同。

1.2 道路条件

等级越高的公路对路基路面平整度要求也越高，对沉降处理措施要求也越严格。由于台后填土的纵向推力，和构造物连接的路堤部位的剩余沉降可能会导致桥台基础发生较大位移甚至给桥台基础带来破坏。该种情况必须对桥台稳定性进行验算后采取有效加固措施。

2 常用软土地基处治技术

2.1 预压法

预压法适用于路基较稳定、沉降量较小的路段，能够降低土体的压缩性并提高其抗剪强度，可分为超载预压、等载预压和欠载预压。预压法应用于路堤工程时，适用于天然地基或竖向排水体地基，可利用路堤填土进行预压而无需移掉土体。预压过程中应分级进行，每级加荷的稳定性取决于前一级预压结束后土体强度的提高幅度。该方法不能减少软土地基的总沉降量，只能实现施工期内大部分沉降量，很大程度上减少工后沉降。用于桥涵台背或涵洞预压，一般利用填土或其他荷载进行预压，实现地基在加载期间内完成全部或大部分沉降，待移去填土后方可修筑桥台或涵洞，实现构筑物在使用期间不产生过大的沉降和差异沉降。施工中为加速软土地基固结，与竖向排水体相结合构成加压和排水系统，其中排水系统主要改变地基原有排水边界条件，增加孔隙水排除的途径，并缩短排水距离，预压实施后则通过排水系统将土体内水体排除来增强地基承载力[2]。

2.2 粒料桩加固

粒料桩是指采取振动、冲击或水冲等措施在软土地基内成孔，之后将碎石、砂砾、砂等散状粒料压入孔内形成的大直径密实桩体。该类桩体应用于松散砂土时主要表现为挤密作用；而应用于粘性土时由于土体内粘粒含量多，粒间结合力较强，渗透系数小，水体在振动或挤压作用下不易排出，因而不能将原土体挤密，只能起置换作用，由桩体和周围土体构成复合地基共同承担荷载。其具体作用表现为：a）桩柱作用，即粒料桩的压缩模量明显高于周围土体，地基内应力随地基变形而逐步集中到桩体，而土体承担的应力相应减少，从而减少其固结沉降；b）垫层作用，即桩体依靠周围土体的侧限阻力保持原状并承担荷载，荷载导致桩体产生侧向变形，影响应力自上而下传递，同时通过桩体的侧向压力将应力传递给周围土体，并与其形成一个庞大的人工垫层，将附加应力向四周扩散而减少不均匀沉降；c）竖向排水体，采用该技术应保证填料有良好的级配，便于粒料桩在地基内形成良好的排水通道，便于其能起到排水砂井的效果，通过大幅度缩短孔隙水的平均渗透路径而加速土体固结。

2.3 灌浆法

该方法通过机械设备将具有固化和抗渗性能的浆液灌入某种介质间隙或结构面内，实现一定范围内扩散和固化，以达到提高地基强度、降低抗渗性并改善基础物理力学性质的目的。该方法包括渗透灌浆、劈裂灌浆和压密灌浆。

渗透灌浆是指在压力作用下在土体空隙及岩石裂隙内填满浆液以将空隙内原来存在的自由水和气体排出，但不改变原状土的结构和体积，灌浆压力也相对较小，因而适用于砂性土和存在裂隙的岩石。劈裂灌浆是指在压力作用下克服地层初始应力和抗拉强度，破坏和扰动岩石和土体结构，生成垂直于小主应力的平面劈裂，使地层内原有裂隙或空隙张开并形成新的裂隙或孔隙。该技术灌浆压力较高，因而多用于提高地基承载力和消除工后沉降。压密灌浆是指先钻孔后在土体内灌注极浓的浆液以实现灌浆点土体压密，并在灌浆管端附近形成浆泡。若浆泡直径较小则灌浆压力主要沿钻孔径向扩展，随浆泡尺寸逐步增大而产生较大的上抬力而抬动地面；若合理采用灌浆压力产生适宜的上抬力，则可实现下沉建筑回升至较为精确范围[3]。

2.4 强夯法

该技术可用于多种碎石土、砂土、低饱和度粉土等土性地基。软粘土由于渗透性差、含水量高，在外界强烈撞击时不能迅速排水导致孔隙水压力上升快且消散慢，会导致周围土体强度降低甚至全部液化；此外，土体的固结压密及强度恢复过程较其他土体也慢很多。不同土体应采用不同的加固机理。对孔隙多、颗粒粗的土体的夯实应基于动力密实机理，以实现土体内孔隙体积减小，土体密实；非饱和土体夯实则是内部气相被挤出的过程，主要由于土体颗粒相对位移引起。强夯法因振动大，一般情况下不易应用于距离居民区较近地段。

2.5 换填法

换填法适用于软土厚度不超过3m的土体，主要是利用透水性材料进行置换填土以降低其压缩性、提高承载力和抗剪强度，并减少后期工后沉降量。该技术施工简单但费用较高。山区或山间低洼地带多为软土或泥炭土，土体固结时间较长，而该类地段往往填土厚度较大，软土危害较大，路基同时存在稳定和不均匀沉降两大问题，因而适宜采用换填技术。采用换填技术时因需换填地段地下水位较高，宜选用水稳性好的材料；换填挖出的土方多是土质较为肥沃的淤泥或淤泥质土体，应选择合理去向。

2.6 抛石挤淤

软土若位于水下，则换土难度较大；若同时厚度不超过3m且表层无硬壳，或基地直接置于含水量超过液限、靠路堤自重则可基础的软土之上，则可采用抛石挤淤技术。该技术施工时不用抽水、不用挖淤，施工方便，在材料选择时应选用不易风化的石料，同时片石大小应随土体稠度确定，对流动性较强的淤泥可采用直径较小的片石，但不应小于30cm。在抛石施工时应自路堤中部开始逐次向两旁展开，便于淤泥向两旁挤出。该种技术置换出的淤泥也应选择好合理的去处以防引发污染。片石露出水面后应用较小石块填塞垫平并用重型机械碾压紧密，之后方可在其上铺设反滤层后填筑土体[4]。

2.7 反压护道

当软土和沼泽较厚，并且路堤高度不超过极限高度的2倍时，可在路堤两侧填筑适当厚度和宽度的护道，路堤在护道附加荷载作用下可保持地基土体平衡并可增加抗滑力矩，防止路堤的滑动破坏，但在施工中应保证护道同路堤同时施工并应控制其压实度不低于90%，以免由于反压护道施工落后而给路基施工带来不利影响。反压护道施工可分为多级施工。

2.8 塑料排水板

塑料排水板的排水原理等同于袋装砂井。该技术渗滤吸水性好，并具有一定的强度和延伸率，对周围土体的扰动性较小，预压时间较长。采用该技术时存在塑料板倾斜而使排水体入土偏位倾斜，拔管过程中带出部分淤泥而污染环境的问题，因而在插板前应保证机座平整，插入导管长度应保证其处理深度。在施工前应结合不同地层条件进行工艺性试打，并保证打入深度不低于设计深度；在正式施工时若深度不足则应清退更换，在施工中应将每个孔穴带回的淤泥清除，其顶部预留段应及时弯折埋设于砂砾层内，以保证排水板和砂垫层间排水畅通。