高速公路深厚软土地基处治技术探究

李华明

（四川乐汉高速公路有限责任公司， 四川 乐山 614000）

0 引言

软土是近代形成的一种特殊的土质，它主要形成于滨海、湖泊、沼泽、河滩等地区。它具有工程性能差、天然含高水量、可渗透能力差、可压缩能力大、抵抗剪切力的能力低、固结时间长、非常高的灵敏度等方面的特性。在国内外都具有非常高的分布性，尤其是沿海等经济高速发展的地区，其成为工厂、城市小区、高速公路、飞机场、船舶码头等各种建筑的集中区，这就使得针对软土的特性进行合理的、科学的研究变得十分重要，进行软土地基的处治更是刻不容缓。

我们通常把软土厚度超过10 米且软土底板埋深超过25 米的软土叫做深厚软土。《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ1017-96）仅仅对软土的形成以及其具有的各种特性指标进行了标准的规定，但是在实际工程中，软土作为影响高速公路质量的一个重要的方面，不但要研究其物理性能等方面，还要针对其埋藏深度进行合理科学的研究，其中深层软土的埋藏深度情况更是至关重要，如果仅仅像对待传统的浅层软土一样进行处理，不但会造成工程造价的浪费，还有可能造成极其严重的交通事故。

1 国内外针对软土的研究

1.1 软土的定义

关于软土的定义，无论是国内各专业部门还是国外的相关单位都没有统一的结论。有的就把软土简单的定义成主要由细颗粒土组成的一种土质。有的把那些具有含水高、孔隙比大、抗剪强度低、渗透系数低等物理性能的粘性土统称为软土。有的泛指那些由于近代沉积出现的剪切强度低，压缩性能大的酥软土层，其最重要的成分就是饱和软黏土。有的指那些在静水中亦或是在流速非常慢的活水中的细颗粒占大部分的沉淀物，还有的定义那些天然含水量大，压缩性能强，承受载重性能弱的粘性土（比如淤泥、高饱和的粘性土等）。

1.2 软土具有的工程特性

人类建筑施工的历史已经有几千年的时间，但是研究土质结构及其物理性能只有短短的几十年，太沙基（K.Terzaghi）在1925 年推出其著作《土力学》前，也有许多的专家人士针对这方面的问题进行研究，但是人们还是习惯称太沙基为土力学的奠基者，因为他是第一个对土质物理特性进行实际研究的人。我国在土质物理特性方面的研究已经进行了二十余年，针对我国的软土工程问题进行了非常详细的实验和积累，对于国内各地分布的软土的物理性能也有了基本的了解。在我国的环渤海地区、长江三角洲、珠江三角洲和福建省沿海地区以及贵州等省份、自治区都存在各种软土土质，下表1 是各地方的软土土质物理特性。

表1 软土分布情况及其物理特性表

（%） （kPa） 2～12 50 1.70 1.42 39 22 3×10-8 9.5 60～48 宁波 12～28 38 1.86 1.08 36 21 7×10-8 7.2 2～14 45 1.75 1.32 37 19 7×10-6 11 舟山 17～32 36 1.80 1.03 34 20 3×10-7 6.3 温州 1～35 63 1.62 1.79 53 23 19.3 3～19 68 1.50 1.87 54 25 8×10-8 20.3 福州 1～3 19～35 42 1.71 1.17 41 20 5×10-7 7.0 5～18 龙溪 0～6 89 1.45 2.45 65 34 23.3 广州 0.5～10 73 1.60 1.82 46 27 3×10-6 11.8 深圳 0～20 73.2 1.58 2.07 56.8 33.6 3×10-7 17.4 10

可以得到，我国沿海地区的软土物理特性主要有以下特点：

（1）软土含水量较高，很多都在35%～90%之间，都超过了其自身的液限，这就表明这些地区的软土土质的空隙中充满了水分，使得整个土层结构处在流动亦或是流塑状态下。

（2）软土的孔隙比大都处在1.0～1.3 之间，有些地区的软土孔隙比甚至超过了1.5，与之相对的压缩系数是0.7～2.3Mpa-1之间，这说明这些软土具有高压缩性，当这些软土遇到载荷作用时会发生大面积的沉降现象。

（3）软土的渗透系数处于10-6～10-8中间，这些软土一般都是以粘粒为主，使得其自身的渗透性非常低，当这种软土在载荷作用下，其本身的沉降过程非常缓慢。

（4）这些地区的软土不排水强度一般都处于5～30KPa 之间，强度较低，不能够承受很大的载荷。

针对软土中的这些物理特性，我国著名学者高国瑞教授进行了广泛的研究工作，其他的学者也在这方面进行了深入的研究工作，在当今经济发展情况下，软土结构的研究得到了广泛的关注。

2 我国高速公路软土地基处治措施

深厚软土在我国的经济发达地区分布的非常广泛，已经严重阻碍这些地区的工程建设，对其经济发展造成了严重的影响。结合国内外已经成功的案例进行研究发现，可以得到比较常见的几种处治方案。

2.1 预应力混凝土管桩技术

预应力管桩主要是由桩基、桩尖及其桩帽组成，其中的桩身以及桩顶都要预先在相应的工厂依据所要求的实际标准进行生产，然后统一进行装备，桩帽一般采用C30 钢筋混凝土。在施工的过程中要使用压桩机把整个预应力桩柱静压入地基当中。因为预应力管桩具有极其高的强度特性，它可以和地基一起组成复合地基，提高深层软土地基的承载能力和减少沉降量，达到科学合理地加固处治软土地基的目的。

2.1.1 预应力管桩设计参数

预应力管桩的成本价格较高，一般只在桥头或者局部其他工艺无法处治的软土段进行处治。在处治施工过程中，为了能够起到有效加固软土的作用，一般都采用从两侧向中间施工的工序，桥头施工时预应力管桩的间距在2～2.4m 之间，桥头过渡段预应力管桩的距离在2.5～2.8m 之间。预应力管桩的桩径通常采用300 ～400mm，管桩的壁厚一般都是采用50～55mm。预应力管桩的桩身通常都是利用C60 的混凝土进行张拉预制，桩帽一般都是采用C30 混凝土，尺寸一般为100cm×100cm×35cm。

2.1.2 预应力管桩的质量检测

预应力管桩的质量检测详细情况参见表2，在检查预应力管桩的桩位时一般要包含横纵两个方向。

表2 预应力管桩质量查验表

2.2 水泥混凝土薄壁筒桩技术

水泥混凝土薄壁筒桩采取振动沉模、内管排土、现场灌注混凝土、振动拔管工艺成桩，依靠筒桩与桩间土共同承担荷载，并通过在桩顶设置的褥垫层调整桩土之间的荷载分担比例，减少应力集中，对软土地基起到很好的加固作用。

2.2.1 筒桩设计参数

水泥混凝土薄壁筒桩在平面上一般采取正三角形的方式进行布置，通常用自动排土振动进行浇筑。水泥混凝土薄壁筒桩一般在桥头路段的间距是2.3～2.5m；在桥梁施工的桥头过渡路段的间距一般为2.5～3.3m。水泥混凝土薄壁筒桩的直径一般是100cm，筒壁的厚度一般是12cm，筒壁通常是采用C25 素混凝土浇筑，筒桩的桩帽采用C30 混凝土进行浇筑，筒桩桩帽的尺寸大小一般为150cm×150cm×35cm。

2.2.2 筒桩的质量检测

水泥混凝土薄壁筒桩在建筑施工结束一段时间后要进行系统的质量检测，其中养护龄期通常都是28d。

（1）施工过程中允许出现的偏差如表3

表 3 水泥混凝土薄壁筒桩施工允许误差表

单桩灌注量/% 大于设计 查施工记录 单桩、复合地基承载力/kpa 大于等于设计 查验0.5～2.0% 桩身完整度 小应变，抽验2%

（2）在成桩7d 内，施工单位先行自检，然后观察桩体的具体情况以及均匀程度，检查的数量应该为总体的1%，挖开的深度不能小于3 米，然后进行记录，如果发现混凝土质量较差的情况，应该及时进行补桩处理。

（3）在成桩28d 后，针对不同软土地基的情况，不同桩长路段等条件进行具体的取样调查，然后进行无侧限抗压强度实验，抽查的数量应该为桩数的0.5～ 1%，而且每个工点的数量不少于5 根。

2.3 Y 形沉管灌注桩技术

此技术由圆形沉管灌注桩发展而来，在传统的沉管灌注桩基础上加以改进，它充分利用了异形桩桩侧表面积增加的特点，使得桩侧摩阻力大幅增加，其断面形状为三段圆弧线向内，外加三个尖角组成的曲边三角形。该技术利用现有沉管灌注桩施工设备，采取振动沉模成孔，现场浇筑，桩顶预插钢筋，待桩体达到一定强度后，浇筑桩帽，并在桩顶设置褥垫层，形成复合地基。

2.3.1 Y 形沉管灌注桩设计参数

在相同截面面积的情况下，不同外包圆半径、不同模板弧度的Y 形桩异性优化效应不同，模板弧度越大，异形优化效应越明显，同时为保证施工中混凝土的充盈，目前普遍采用模板弧度为60 度，外包圆尺寸为399.5mm 和311.7mm 两种，在距桩顶1.5m 范围内，断面采用正三角形。

2.3.2 Y 形沉管灌注桩的质量检测

其偏差检验一般包含桩径、桩长、垂直度、单桩灌注量以及Y 形桩的强度等方面，其余检验内容与水泥混凝土薄壁筒桩的要求基本保持一致。

3 结束语

我国的高速公路建设正处于快速发展时期，路线的选择不可避免的处于各种深厚软土区域，所以这方面的研究工作已经变得至关重要。首先，本文对软土地基的定义和工程特性进行了系统的阐述和说明，然后对国内外软土土质物理力学特性的研究工作进行了简单的介绍，对我国的软土地基分部区域和其物理力学特性进行了分析，最后针对高速公路软土地基的处置措施进行了方案的列举，简单分析了各种处理方案的设计参数和检测方法。通过本次高速公路深厚软土地基处治技术的探讨，希望能对今后工程建设中类似的软土地基处治工作起到一定的借鉴和参考作用。