常见软基处理方法在河北省高速公路建设中的应用

曹正波，王晓明

（河北省交通规划设计院，河北 石家庄 050000）

0 引言

受益近十几年国内基础设施投资的高速增长，我国高速公路建设经历了一个前所未有的飞速发展时期，截至2013 年底我国高速公路通车总里程已突破10万km，是15年前的12倍。

纵观国家路网，最密集的地区当属东部沿海地区，尤以京津冀、长三角和珠三角这三个地区为甚。这三个地区均广泛分布着软土，长三角、珠三角地区多海相沉积地层，软土厚度大；京津冀东南部平原区以冲洪积、湖积地层为主，东部滨海区以海相沉积及冲洪积地层为主。从实践经验来看，工后沉降一直是高速公路建设中的重点、难点问题。软土地基物理力学性质的差异、分布结构的不同、处理方式的区别以及施工质量的好坏，都对工后沉降有着至关重要的影响，而路基的工后沉降恰恰直接关系到人们的行车体验乃至安全，是评价高速公路质量的关键。

本文针对河北地区岩土工程特点，以邢衡高速公路衡水段为例，结合多条高速公路建设经验，对换填法、排水固结法、复合地基法、强夯（置换）法等常见高速公路软土地基处理方法，在方案选择及应用过程中应注意的问题进行系统分析总结。

1 软土的特征

软土是指以静水或缓慢流水环境中沉积的饱和软弱黏性土或淤泥为主的土体，一般呈软塑～流塑状态，具有高压缩性、强度低、透水性差、灵敏度高等特点，其物理力学指标见表1。

表1 软土软弱土判别指标

在河北地区，尤其是在唐山、秦皇岛、廊坊、沧州、衡水等东部地区，除软土外，更广泛分布着一种工程性质较差的土体，它的各项指标比软土指标稍好（见表1），但比正常土的各项指标又要差很多，由于分布广且具有很强的工程意义，在河北省被定义为软弱土，并已收录在“河北省高速公路勘察设计标准化指南”作为地方性标准执行。

2 常见软土处理方法

软土地基处理方法按加固机理主要分为换土垫层法、深层密实法（强夯法、挤密法）、排水固结法、胶结法（注浆法、水泥土搅拌桩法）等。

这些方法从本质来说可归为三类，第一类是置换，即用好的材料换掉差土层，如换填法、CFG桩法等；第二类是原土的改良，即在不加入其他材料的情况下，追密土体，以提高其物理力学指标，如固结法、强夯法；最后一类是通过外加剂对土体进行改良，如水泥土搅拌桩法、高压旋喷法等。

现在常用的各种方法无外乎上述三类之一或其组合。在河北省高速公路项目中，最常用的是换填法、排水固结法、复合地基法和强夯（置换）法。

3 实例分析

对于地基处理设计，方案选择是根本，质量控制是关键，动态设计是灵魂。

在选择处理方案时，应本着因地治宜的原则，根据设计要求，按不同路段的不同控制指标，从预期效果、材料来源、施工进度、质量控制以及对环境的影响等各方面综合考虑，对各种有效可行的处理方案进行技术经济分析比选，从中选择最优方案或组合。

地基处理设计时，应遵循设计方案整体性、针对性、连贯性的理念，使各处理方案选择合理，衔接顺畅；遵循加强观测、动态设计的理念，以观测数据为依据，适时优化设计方案；遵循少加固，多预压的理念，优化施工组织，合理利用工期。

下面以邢衡高速公路衡水段地基处理为例，简要说明处理方案选择的过程及应注意的问题。

3.1 邢衡高速地质情况简介

邢衡高速公路衡水段，地处河北省南部衡水境内，衡水市地处滹沱河古冲洪积扇及其与滏阳河沉积的交错地带，古黄河、古漳河长期泛滥淤积而形成的堆积平原区，局部有坑塘。

项目主线全长53.532km，其中桥梁总长9.131m，路基段长44.4km，全线路基连续分布有厚度不等的软土、软弱土，其顶面埋深一般在0～5m。软土层的天然含水量ω在33.5%～53.5%之间，孔隙比e在0.916～1.604 之间，液性指数IL在0.51～1.55之间，压缩指数a1-2在0.56～1.10MPa-1之间，压缩模量Es在2.2～5.3MPa之间，标贯击数N在2～5击之间。

3.2 方案初选

初步计算，场地若不处理，总沉降量一般在40～90cm 之间，工后沉降量为20～45cm，按1.3 倍的沉降修正系数计算，工后沉降量，绝大部分路段高于30cm，不满足桥头路段（10cm）、整体式基础（20cm）以及普通路基段（30cm）的沉降控制要求，故应进行地基处理。

根据前述地质情况，初步判断全线均可采用复合地基或固结法处理，浅层换填及强夯法需视具体地质情况及施工环境而定。结合工期，经试算，固结方案在一般路段可行，但桥头及高填路段由于施工组织及工期问题不太适宜。部分典型断面结果见表2。

再综合经济性，得出本项目可主要采用固结方案，辅以复合地基处理桥头及高填路段的设计思路。

表2 部分典型断面计算成果表

3.3 地质类型划分

基于上述初步分析结果，根据各地基处理方法的适用性对地勘资料进一步分析、整理。按照软土的埋深、厚度以及软土与透水性（或相对透水性）土层（粉土、砂土）的分布关系等将全线软土地基分为以下四种类型，见图1～4。

图1 厚层软土（a型）

图2 地表出露的薄层软土（b型）

图3 与透水层接触的薄层软土（c型）

图4 与非透水层接触的薄层软土（d型）

3.4 方案设计

上述四种地质类型中，a型地层适宜采用复合地基及固结法；b 型适宜采用换填法和强夯（置换）法；c 型适宜采用固结法；d 型适宜采用复合地基及排水固结法。

经综合比选，最后拟采用复合地基处理桥头及箱涵，采用排水固结法处理6m 以内填高的路基段，采用抛石强夯法处理坑塘，局部采用换填或强夯（置换）法处理浅表层软基。

对拟定的各方案逐段进行复算，选定合适的处理参数，细化处理段落，完善施工工艺、质量控制、沉降观测以及动态设计等内容。

4 经验总结

4.1 换填法

（1）该法简单可靠，一般适用于表层软土厚度小于3m的浅层软弱地基处理。

（2）在应用过程中应重点考虑场地的适宜性、换填材料的经济性、弃方以及环保问题。

4.2 排水固结法

（1）该法简单可靠，经济性强，但需要足够的预压期。

（2）设计时应充分考虑北方冬歇期利用。

（3）实施过程中应充分利用观测数据，模拟推断工后沉降量，以动态调整预压设计（包括预压荷载、预压期等参数）。

（4）当线路上采用等载或超载预压时，应协调荷载来源；当长距离、大段落采用预压，应考虑路线两侧居民通行问题。

（5）河北省经常采用欠载预压方案，即不计路面结构层荷载，仅正常填筑路堤至上路床顶，并预留一定的预沉降，然后通过合理调整预压期，以满足设计要求。欠载方案在唐曹、大广、邢衡、京沪等项目中广泛应用，均取得了良好效果，值得借鉴推广。

4.3 复合地基法

（1）该法适用范围广，施工速度快，处治效果好，能很好控制路堤的稳定及工后沉降，在桥头等构造物区域广泛应用，但其经济性较差，部分桩型有一定的污染性，选择材料时尚应考虑地下水的腐蚀性等问题。

（2）由于复合地基是由建筑行业引入，其理论更适用于刚性基础之下，对于高速公路路基而言，复合地基桩顶垫层的刚性越大，越能充分发挥桩的作用，实际情况与理论计算值越接近。

（3）刚性桩、半刚性桩可设置桩帽以充分发挥桩体作用。

（4）各种桩体有各自的适用条件，应充分注意，如水泥土搅拌桩法无法穿透中密以上砂土层，不适用于有机质含量超过10%的土，也不适用于十字板剪切强度小于10kPa的软土；CFG桩法不适宜十字板剪切强度小于20kPa的地层；灰土桩不适于地下水位以上地层等。

（5）河北地区由于粉煤灰利用价值上升而导致来源紧张，价格上涨，现经常用C20素混凝土桩代替CFG桩。

（6）复合地基检测周期可经地区经验统计28d与90d的对比关系，以指导施工。

（7）由于是隐藏性工程，非预制打入式复合地基的桩体施工质量控制尤为关键，应予以高度重视。

4.4 强夯（置换）法

（1）该法施工简单，加固效果好，使用经济，沉降量直观，原来广泛应用于黄土及砂性土的处理中，近年来在软土处理中逐渐推广。

（2）在饱和软黏土中用该法时一定要进行试夯，以确定其可行性及相关参数。

（3）强夯法处理软基的原理是动力固结，需要足够的时间使孔隙水压力消散，土的黏性越大，间歇时间越长；为加速孔隙水压力的消散，可设置袋装砂井或塑料排水板。

（4）强夯法对周围环境影响较大，周边有建筑物、养殖场等时不宜使用。

（5）在河北高速公路建设项目中，强夯置换法引申为抛石强夯法处理坑塘浅层软基，即在不排水、不清淤的情况下，抛填块石或片石至水位以上，然后进行强夯，以达到挤淤置换的目的，该法施工便捷、经济，处理效果良好，自唐曹高速应用以来，在其他项目中也得到广泛推广。

5 结语

本文结合河北省地质情况特点，以邢衡高速公路衡水段地基处理为例，通过比选地基处理方法，划分地质模型，确定处理方案，并总结各处理方法需注意的关键技术性问题，为其他工程提供了经验参考。

地基处理在方法选择上要切实可行，施工工艺上要力求简单易操作；质量控制是关键，检验、检测要重视；加强观测，动态调整；总结经验、注意细节；只有综合考虑、系统实施才能保障地基处理最终良好的效果。

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