探究路桥工程施工中的软土地基处理技术

游俊

摘 要：“百年建筑，始于基础”，想要构筑物质量达到使用寿命，工程质量管理尤其重要。而公路、桥梁地基处治效果将是工程质量的最基础保障。广东地区的软土地基问题尤为突出，如何选用适宜的处治方案，我们需结合地质条件、施工环境、经济性进行施工方案的比对。

关键词：路桥工程;软土地基;施工技术;应用要点

作为路桥工程的组成部分，路基的施工质量对路桥工程整体施工质量有较大影响。尤其是在面临一些软土地基的建设项目中，建设单位要十分注意，因为软土地基很可能由于路桥建造重力而出现沉降现象，这就需要参建单位将实际情况与自身经验相结合，制定适宜的软基处治方案，从而保证路基稳定，构造物不发生不均匀沉降，才能确保工程质量。在此笔者以潮惠、龙怀项目的施工监理工作经验，浅析软土地基处理技术要点，各种处治方案适用性，与大家共同探究。

一、軟土地基的特点

软土是沉积在海滨、湖沼、山谷和河谷滩等地区的一种天然富含水、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。软土地基的材料结构、物理力学性质有以下基本特征：1、高压收缩;2、抗剪强度较低;3、低渗透性;4、触变性;5、非均质性等。

二、路桥工程施工中的软土地基处理技术要点

路桥工程软土地基处理形式主要有：换填、排水固结、路基桩基础。通过地基处理，达到以下一种或几种目的：1、提高地基土层的承载力;2、降低地基土料的压缩性;3、改善地基土层的透水性;4、改善地基土的力学性能;5、改善特殊土不良特性。

地基处理方案的确定可按下叙步骤进行：1、收集工程质量控制指标、水文、地质资料和基础勘察资料;2、根据地形、地质、水文条件，结合结构类型、荷载大小和使用要求，初步选择了几种地基处理方案或复合处理方案;3、根据安全可靠的原则，施工方便，经济合理，初步选择各种地基处理方案，因地制宜，采取最佳的处理方法。值得注意的是，每种方法都有其适用范围、局限性、优缺点。没有一个解决方案是通用的。如果需要，还可以选择由两种或两种以上地基处理方法组成的综合方案;4、在选定的地基处治方案中，需选择具有代表性场地先进行试验工程，来验证设计参数和处理效果。不能满足设计要求的，需查明原因，采取措施或修改方案，使其满足设计要求。地基土层是复杂多变的，需要有经验丰富的工程技术人员参与地基处理方案的确定，并邀请专家参加重大工程的方案选定。必要时，应成立监测组，对路基沉降及位移等监测指标进行监测，实行动态设计。现今有一些项目，由于施工单位经验不足、过于考虑经济效益，加上地质勘察资料不准确，许多方案不合理、浪费，甚至导致路基失稳。

（一）真空预压法

真空预压法：在软土中设置垂直塑料排水带或砂井，将砂层敷设在其上，然后用膜覆盖密封，通过空气抽吸使膜内的排水带和砂层处于部分真空状态，从而去除水分的方法。加速土体预固结以减少地基的后期沉降。施工要点：1、在软土层上部设置完整的砂垫层作为水平排水层，砂垫层的排水口应设置在恒定水位以上。2、在水平排水垫层中间安装滤水管，在条形滤水管敷设过程中，应选用优质钢管或优质塑料管，滤孔直径应控制在8mm～10mm之间，孔间距为5cm。3、大面积铺设PVC密封膜时，至少铺设2-3层，以保证真空预压密封良好。4、真空管路安装时，应保证管路连接的严密性。5、抽真空时，需要打开离心泵。为了快速排水，必须大幅度提高密封膜的真空度，使密封膜的真空度保持在80kPa以上。6、施工中必须充分观察离心泵、密封膜和真空管路。可借助于远程监测技术，随时了解真空度、地表总沉降、土层深度沉降以及土层中各层孔壁比的变化。7、根据监测资料，对路基采用薄层轮换的方式认真填筑，注意填筑速度，避免路基失稳。8、真空预压过程中，路基周边区域会发生水平变形，在施工区边界约10m处经常出现裂缝。因此，在建筑物附近的施工中，应注意地基的水平变形对原有建筑物的影响。

优点：1、除了垂直压缩外，土体也有侧向收缩，不会引起侧向挤压。特别适用于超软土地基的加固处理。2、膜下真空度一般可达600mmhg，等效荷载80kPa，相当于4.5m的填土荷载，减少预压填筑的工程量，降低了成本。3、真空预压荷载施工时不会引起地基失稳，在施工过程中可以人为控制荷载率，加固速度快，工期短。4、施工机械设备简单，操作方便，施工方便，运行效率高，加固成本低，适用于大型地基加固，易于推广应用。5、施工中不产生噪声、振动和环境污染的问题。6、适用于窄断面和近边坡的地基加固。

（二）地基挖填换土施工技术

在道路桥梁工程的基础施工中，工程项目浅基础（<3m）的土体质量不足以满足地基承载力的要求，因此可以采用换填法进行地基处理。置换方法是在地基范围内挖除不适用土，回填满足要求的材料，以保证地基的稳定性和承载力达到设计要求。在不同的项目中，有必要根据地理环境特点，根据工程建设的需要调整和完善置换方法，以保证工程质量的最优化和经济效益的最大化。

优点：施工简单、速度快、基底质量可直观判断。换土后的土层与原土相比，具有承载力高、刚度大、变形小、水稳定性好等优点。

（三）砂垫层法

在软土地基恒定水位以上铺设砂垫层的过程中，必须科学地控制铺设厚度。同时需根据路堤高度、基底软土层厚度及其压缩系数计算铺设厚度。一般厚度控制在0.5m～1.0m之间;其次，当软土层固结时，砂垫层可作为上部结构必要的排水层，可有效缩短软土层固结时间，降低路基内部水位。一般情况下，应设计梯形砂垫层，选用粒径不均匀系数小于5，级配良好的粗砂和中砂为材料，控制含泥量<5%。铺砂垫层时，要均匀摊铺，可有效防止集中荷载的发生。垫层需确定截面的合理厚度和宽度。对于垫层，要求有足够的厚度替换可能被剪切破坏的软土层，并有足够的宽度防止垫层向两侧挤压。对于排水垫层，除了一定的厚度和密度以满足上述要求外，还需要形成排水面及排水通道，排出地下水，促进软土层的固结，提高其强度，满足地基承载力的要求。

（四）高强度夯实技术分析

目前高强度夯实软土地基在软弱地基处治中常用。一般来说，过去软土地基处理时，施工人员大多采用强度较低的压实法，但在后期的实践中发现，这种方法不能提高软土地基的抗压性能。如果科学运用高强度击实技术，可以有效地解决传统处理方法中存在的压实度不够的问题，从而使软土地基更加密实、坚实，从而提高软土地基的处理效果。

优点：可用于路基压实，如台背、涵边、冲沟、沟槽、台阶、边坡的补强压实。在高强度机械力作用下，可引起土层的剪切变形，提高密实度，从而提高地基承载力。具有施工设备简单、处理速度快，费用低的优点。

（五）土工合成材料

土工合成材料是土木工程中合成材料的总称。作为一种土木工程材料，它是以合成聚合物为原料，制成各种产品，放置在各种土体的内部、表面或之间，形成一种加筋补强、加固或保护土体的作用。

（六）水泥搅拌桩

水泥搅拌桩适用于无法正常固结的腐殖土、淤泥质土、淤泥质黄土、饱和黄土、粘性土、饱和松散砂土等较深的基底处理。水泥土搅拌桩基础采用水泥作为固化剂，将泥浆或薄雾粉喷入软土中，通过深层搅拌机进行钻孔、搅拌，迫使水泥、软土等固化剂在深基础中就地混合，使水泥和固化剂喷入软土充分搅拌混合形成的支撑桩。在软土中，通过一系列物理化学反应形成抗压强度，水泥土桩和桩的完整性和水稳定性远高于土的强度，复合地基由桩间土和桩间土共同组成。水泥土搅拌桩按喷水泥浆或水泥粉可分为湿法和干法。加固深度为：处治深度不能小于5m不经济，其中湿法<20米，干法<15米。

施工要点：1、选用水泥搅拌桩作为成套产品。施工机械应标明明显的进尺，并配备全自动计算机记录系统，控制水泥搅拌桩的深度。严禁使用无管道压力表和测量装置的设备，钻孔直径不得小于设计桩径;2、成品桩顶应高出设计标高50cm，用桩头切割机水平切割樁头;3、搅拌桩应配备泥浆容积记录仪，其深度计、流量计、电流表、电压表、压力表等均由国家计量部门校准，每个搅拌桩应配备两个泥浆搅拌器，容积不小于0.5m3，搅拌机主轴转速不低于60rpm;4、当地质变化和桩长需要调整，桩端需进入硬层深度≥50cm;5、水泥浆的混合时间不少于4min，混合均匀后，应对泥浆进行筛分，泥浆池内水泥浆应连续搅拌，泥浆不得超过4H;6、桩位偏差小于50mm，垂直度偏差不小于1%;7、搅拌时需采用四搅四喷法。

优点：在桩身中，原土和水泥用量最大，对地基土无横向压缩作用，对周围建筑物的影响小，设计灵活，可合理选择固化剂。根据设计要求，桩身强度可通过复喷达到，是其它桩型不具备优势;施工噪音小，无振动，无污染，可在城区及密集建筑物内施工;加固后土体基本不变，不会对软弱下卧层造成附加沉降，成本低，工期短，效果好。

（七）预应力混凝土管桩

在地质条件不好、地基承载力小的情况下，可采用桩基础来处治。管桩从地面打入地下，上部荷载由桩基础传递至高承载力的土层。如果下层承载力很高的土层，桩基础与周围土体的摩擦也可以用来支撑上部的重量。沉桩方法有锤击法、静压法、振动法、喷水法、钻前法、中挖法等，其中静压法最为常见。

施工要点：1、采用静压法时，应根据施工现场环境、工程地质条件和桩基设计要求合理选择配重，压力机设备应具有荷载反力读数系统。一般采用保压施工方法，保压夹具应避开桩身接头位置，保压应根据当地工程设计经验确定。但薄壁管桩应采用顶压法施工时，需在桩帽或给桩机与桩之间加设弹性衬垫。在顶部压力时，压力应小于桩身材料的轴向抗压强度的设计值。2、采用锤击法时，控制锤击应力时，锤击压应力不大于混凝土抗压强度设计值，锤击拉应力不大于混凝土抗拉强度标准值与混凝土有效预压应力之和的1.3倍。当控制锤击总数时，在合理选择锤击的条件下，PHC桩单桩锤击总数不超过2500，PC桩锤击总数不超过2000。桩末端每米击数：PHC桩不超过300，PC桩不超过250。桩帽与给桩机及桩周间隙5mm-10mm。桩帽、送桩器与管桩配合成筒体。桩帽内径应比桩径大10-20 mm，深度300-400 mm，并设有通风口，具有足够的强度、刚度和冲击力。在打桩过程中，宜采取排气、排水、涌土处理等措施。桩身、桩帽、给桩机、桩锤应在同一中心线上，防止偏差。打桩宜采用重锤、低锤击，起降距离宜小，待桩身稳定到一定深度后，再按要求进行落桩。每根桩应一次连续打到底，并连续进行扩桩和送桩，以尽量减少中间停桩时间。3、管桩外观质量和尺寸的允许偏差应符合《先张法预应力混凝土管桩》gb13476-2009的有关规定。管桩应提供出厂检验报告和桩产品合格证。4、混凝土达到设计强度后，常温常压蒸汽养护停止7d，室温高压蒸汽养护停止1D后进行沉桩。5、沉桩时，桩身应垂直。第一节桩插入地面时，其垂直度偏差不超过0.3%，整桩垂直度偏差不超过0.5%。桩端进入硬土层时，严禁采用移动桩架等强行回拉的方法进行纠偏。超过偏差时，必须及时调整，但不得使桩身开裂，必要时应拔出并重新插入。不允许采用强拉法快速纠偏，将桩身拉开并折断。6、扩桩采用钢板端板焊接法。扩桩时桩顶高出地面0.5-1.0米。扩桩前，先加定位板，然后将桩的上段吊在桩的下段顶板上，桩的上下段用定位板连接。如果接缝处有间隙，应采用楔形钢板填充焊牢。

优点：1、预应力混凝土管桩产品系列化、市场化，可快捷地购买。2、离心技术具有效率高、成形质量稳定、强度高等优点。3、采用预拉伸离心技术节约资源。4、施工周期短，桩长调整方便，对环境无污染和剧烈振动。

（八）水泥粉煤灰碎石（CFG）桩

它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂、水按一定比例均匀混合而成的高粘结强度的桩，桩间土和垫层共同形成复合地基。CFG桩可用于加固30～50m软土地基。复合地基承载力大大提高，具有沉降小、稳定性好的特点。根据施工工艺的不同，可分为挤土型（振动沉管法施工挤土型）和非挤土型（螺旋钻施工非挤土型）。CFG桩施工前应核对地质资料，结合设计参数选择合适的施工机械和施工方法;CFG桩成桩采用振动沉管灌注法。选用的原材料应符合设计要求，并按有关规定进行检验。按设计要求进行室内配合比试验，选定合适的配合比。打桩机的管道内径必须大于设计直径。打桩机塔架上应有明显的进尺标志，以供检查。

1、振动沉管灌注施工：

①振动下沉至设计深度。沉管过程中每1m记录一次电流表电流和土层变化。②用搅拌机拌制水泥、粉煤灰、碎石混合料，并检查其坍落度。坍落度和搅拌时间应根据工艺试验中确定的参数进行控制，混合时间不得少于一次。混合料入管一次，在打桩试验中确定数量，投料后保持振动5-10秒。③根据试桩确定的参数控制拉速。当管道被拉起1米时，振动应保持5秒。当管道距地面2米时，应减速一半，每米振动10秒，以保证桩头质量。拉拔过程中不允许反向插入。当上述材料不足时，在拔管过程中应在时间和空间上增加材料。不允许先停拉后下料，将管子均匀地拉至桩顶。施工桩顶标高应高于设计标高50cm，浮浆厚度不大于20cm。④桩顶用湿粘土密封。

2、长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工：

①钻至设计深度后停止钻进。②水泥、粉煤灰、碎石混合料拌合，检查坍落度。坍落度和混合时间应根据工艺试验确定的参数进行控制。将混合料泵入管道，泵入量以试桩确定的数量为准。不要停泵等料。在铺设管道之前，管道中的混凝土应与进料口齐平。管道敷设时，应连续向管道内掺入混凝土，并随时检查管道内混凝土的高度，确保管道内混凝土高出施工面2m以上。③根据试桩确定的参数控制拉速。当管道被拉起1米时，振动应保持5秒。当拔管距地面2m时，应将速度降低一半，每米保持振动10秒，以保证桩头质量，拔管至桩顶。施工桩顶标高应高于设计标高50cm。

在CFG桩施工和成桩过程中，每班次制作28d强度试件。桩基28天后，应及时进行单桩完整性、承载力或复合地基承载力检验，确保承载力满足设计要求。在施工过程中实现了全过程图像系统。监理人检查桩号、排列形式及间距、桩长、桩顶标高及直径、墊层厚度及密实度，并保存过程验收图像资料。

优点：①适应性强：桩型适用于粘土、粉土、填土等土质，可在软土、流沙层、砂砾石层、地下水等复杂地质条件下形成。②桩身质量好：由于混合料从钻杆中心压入孔内，具有密实、无断桩、无缩颈等特点，对桩孔周围土壤具有渗透压实作用。③单桩承载力高：由于该孔采用连续压浆和超流态混合护壁形成，可穿透和压实桩孔周围的土，提高桩周土的侧摩阻力，使桩具有较强的承载力、抗拔力，水平阻力，变形小，稳定性好。

（九）塑料排水板

塑料排水板又称塑料排水带，有波浪式、口琴式等多种形状。中间是挤出塑料芯板，是排水带的骨架和通道。它的横截面是平行的。两侧用非织造土工布包裹作为过滤层。芯带起支撑作用，将滤层渗入的水向上排出。它是一种很好的饱和粘性土和淤泥和冲积层等杂填土的垂直通道，采用排水固结法进行软基处理，大大缩短了软土地基的固结时间。塑料排水板用插板机插入软土地基。在上部预压荷载作用下，软土地基中的孔隙水从塑料排水板排出到上部铺设的砂层或水平塑料排水管，然后从排水通道排出，以加速软土地基的固结。施工要点：1、驱动机定位时，管靴与板位标记的偏差应控制在±70mm以内。2、套管在安装过程中应随时控制其垂直度，其偏差不应大于±1.5%。3、塑料排水板的设置标高必须严格按设计要求控制，当发现地质条件变化不能按设计要求进行设置时，及时与现场监理人员联系并征得同意后，方可变更设置高程。4、设置塑料排水板时，严禁扭结、折断或撕破滤膜。5、打设时，回带长度不超过500mm，回带数量不超过整定总数的5%。6、切割塑料排水板时，砂垫层以上外露长度应大于0.5m.7、检查各板施工情况，当达到验收标准时，可移机施工下根，否则应补打。8、施工过程中应逐项自检，并按要求做好塑料排水板施工原始记录。9、塑料排水板被打入地基应为全板。长度不足需接板。10、一个区间塑料排水板验收合格后，及时施工砂垫层，塑料排水板需埋入砂垫层内。

优点：1、滤水性能好，排水顺畅，排水效果有保障。2、该材料具有良好的强度和延性，能在不影响排水性能的前提下，能适应地基的变形。3、排水板的断面尺寸小，排水板施工时基础扰动小。4、可在超软地基上进行插板施工。5、施工速度快，工期短。每台插板机每天可插板5000m以上，成本低于袋装砂井。

（十）袋装砂井

袋装砂井是将松散的砂装入化纤织物制成的细长袋中，并嵌入软土中作为垂直排水体的一种方法。适用于各种软土地基的排水固结，特别适用于深厚软土地基的排水固结，特别适用于大厚度饱和软土和填土地基的处理。施工要点：1、沙袋应装满干砂，饱满率>95%。2、砂井定位准确，平面井距偏差不大于井径，垂直度不大于1.5%;3、砂井深度不小于设计要求，砂垫层埋深不小于0.5m。导管内径应略大于砂井直径，并在砂袋入口处导管口处安装滑轮，避免砂袋摩擦破损。填砂用聚丙烯编织袋应长期防晒。

优点：含砂量小，连续性好，可减轻施工设备重量便于移动，简化施工工艺，提高打砂井效率。与塑料排水板、粉喷桩、管桩、水泥搅拌桩相比，具有结构简单、成本低的显著优点。

三、结语

综上所述，软土地基处治是当前公路工程建设中的一个共同的命题，它处治效果将直接影响到整个工程的质量。因此，必须高度重视，制定切实可行的处理措施，为后续的施工打下坚实的基础。选用合适的地基处治方案可确保路面、桥梁的使用寿命及行车安全。

参考文献：

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