淺談公路砂土路基處理

摘要：本文從公路砂土路基的特點出發，分析了其常見病害，對處理原則、防治措施及施工工藝進行了探討。最后指出，擠密砂樁法既經濟又可靠。

關鍵詞：公路工程砂土路基液化處理措施

0引言

含水飽和且結構松散的砂土路基在重復或突發的地震等荷載作用下，其孔隙水壓力會持續或驟然上升，使砂土粒間有效應力大大減低。當孔隙水壓力等于總應力時，在土中排水條件不暢通的情況下，就可導致砂土粒處于懸浮狀態。這時，砂土體的抗剪強度會完全喪失。顯示出近乎液體特性，砂土被“液化”，形成液化路基。

1公路砂土液化路基的病害

根據我國唐山大地震和其他地區的震害資料，公路路基震害主要表現為：

①橋頭路基和構造物開裂、下沉、滑移。橋頭路基填土較高，又直接受到河岸滑移的影響，所以震害比普通路基更嚴重。②路基縱向開裂。裂縫寬度一般10～30cm；長度少則幾十米，多則千余米；裂縫深度1～2m。③路基橫向開裂。嚴重處橫寬貫通路堤，把路基斷面截斷，縫寬最大達60cm。④路固下沉，邊溝大量噴水冒砂。下沉深度最大達1m，路邊人行道的樹向內傾斜，路肩向兩側滑塌。⑤橋頭路基隆起。橋頭路堤受橋路推擠，使路面產生隆起。

根據公路工程容易出現問題的部位特點，砂土液化路基處理首先應針對這些部位進行。

2公路砂土路基的處理

2.1處理原則由于高速公路占地面積較大，路基處理費用巨大，一般不可能全部液化路段都處理。同時，即使花巨資進行了路基處理，只是起到加固作用，地震時也未必一點問題都不出。所以，高速公路砂土液化路段路基處理需要認真對待，綜合考慮。

根據“89公抗規”，在強液化時，路基穩定折減系數為0～1／3，在強液化時路基全部喪失或大部分喪失強度，中等液化時路基部分喪失強度，所以規定在強液化和中等液化的路基需要進行處理；考慮到弱液化10cm以上不折減，僅10m以下部分折減，而大部分也是處理10m以上，所以又規定了弱液化不需要處理。

公路液化土路基的加固原則應考慮以下因素：①工程的重要性：②發生震害后的影響程度；⑨修復的難易程度。

公路路基工程即使是高速公路這樣的重要過程，與工民建部門的建筑物或水利部門的設施相比，公路路基發生震害產生的損失要小得多。同時，路基工程與橋梁等構造物相比，修復工作也容易一些。公路路基與一般工程相比，范圍要大得多。從經濟上考慮，路基工程不可能在砂土液化路段全部進行處理。所以路基工程處理的重點放在橋頭路段，同時考慮到構造物附近也屬于重要部位，所以通道兩側20m范圍也需要處理：高路堤考慮到修復不易，所以對4m以上的高路堤路基需要進行處理。

2.2幾種常見的處治措施目前公路砂土路基的處治方法主要有：沙礫墊層并加鋪土工格柵預壓法、強夯法、換土法、擠密碎石樁法、爆炸振密法等。

2.2.1砂礫墊層并加鋪土工格柵預壓法是在可液化的土層上面填筑非液化砂礫墊層并加鋪土工格柵，并壓實以降低其滲透性。填土厚度應根據本地區的地震烈度進行計算，使飽和土頂面的有效壓力大于可能產生液化的臨界壓力。該方法適用于路基為液化土并夾有薄層軟土，并且埋藏較淺。采取該方案處理，路基整體穩定性較好，沉降均衡，且施工簡單，成本低廉，但需要進行預壓，工期較長。

2.2.2強夯法是利用起吊機械吊起80～300kN的重錘，然后自由落體夯擊地面。在極短的時間內對路基土體施加一個巨大的沖擊能量，這種突然釋放的巨大能量將使土體發生一系列物理變化，如土體排水固結壓密、土體液化擠密等。其作用結果使一定范圍內的路基土體強度提高、孔隙擠密。強夯法具有操作簡單、經濟、施工速度快等優點，是處理砂土液化的成功方法。但是該法需要與居民房屋間隔一定的距離(一般不少于50m，必要時需要挖設防震溝)，且在橋頭附近強夯也有一定的危險性。同時，根據我國目前錘重和機械條件，處理深度一般在10m之內強夯效果較好，10m以下效果不很明顯。

常用強夯法包括路堤基底全幅強夯加碎石墊層和路堤基底部分強夯加碎石墊層。其中，路堤基底全幅強夯加碎石墊層用于加固可液化土、雜填土、濕陷性黃土及軟粘土等。特點是基底全斷面處理，無論是否發生地震，路基整體沉降均衡，可以有效消除路基范圍的液化趨勢。路堤基底部分強夯加碎石墊層(重點加固路線兩側，而在路線中軸線附近只進行滿夯)用于加固可液化土、雜填土、濕陷性黃土及軟粘土等。這種方式處理了震害發生時路堤最容易被破壞的區域，但由于地震發生具有偶然性，二路基的使用是長期的，在正常使用的情況下，形成處理區與未處理區路基強度不均，反而意向中長期路基的使用。

2.2.3換土法適用于表層處理，一般在地表以下3m～6m有液化土層時，可以挖除并回填粗砂壓實。如高等級公路中可液化地區的小橋涵及其服務設施都可采用這種方法進行處理。

2.2.4擠密碎石樁加碎石墊層。它可用于加固可液化土、雜填土、濕陷性黃土及軟粘土等。

擠密碎石樁一方面通過強力振動使砂土液化，砂粒重新排列，孔隙減小，另一方面通過回填料使砂層擠壓加密。路基的強度由碎石樁本身強度和原路基由于被擠壓提高的強度組成，所以處理效果比較顯著。擠密碎石樁特別適用于處理較深的液化土層，但成本略高于強夯法。所以建議在橋頭路段和居民區附近采用擠密碎石樁，其他路段可采用強夯法。

2.2.5爆炸振密法的應用，如果路基在出露于地表或埋藏很淺的飽和粉細砂地區通過，就可以在地基范圍內一定距離埋設炸藥。群孔起爆后使砂土液化并在自重作用下排水沉實。

2.3處理施工工藝目前公路工程大部分采用強夯法和擠密碎石樁法。

2.3.1強夯施工工藝：清理并平整施工場地，然后鋪設墊層。夯點放線，用石灰或木樁標明第一遍夯點的位置，并測量地面高程。施工機械就位，將夯錘起吊至預定高度，脫鉤；錘自由下落，放下吊鉤，測量錘頂傾斜。如錘頂歪斜時，應及時將坑底整平。現場記錄，強夯施工時應對一夯點的夯擊能量、夯擊次數及夯沉量做好詳細記錄。移動位置，進行下一個夯點的夯擊，直至完成第一遍全部夯擊。主夯完成后，靜置72h以上，用推土機將夯坑填平，測量夯后地面高程。重新放線定位，按主夯的施工步驟進行第二遍(副夯)的夯擊施工。副夯完成后，靜置72h以上，用推土機將夯坑填平，按規定進行最后一遍滿夯，夯后測量場地高程。

2.3.2擠密碎石樁的施工工藝：先清理并平整施工場地，后鋪設碎石墊層，然后再進行樁位放樣，最后振動沉樁機就位。用振動沉樁機將樁管邊振動邊沉入土層，直至設計深度。稍上提樁管，樁管下端的活瓣樁尖打開，樁管及樁尖外壁的真空破壞，這樣可減小起拔摩阻力。停止振動，立即往管內裝入碎石，直至裝滿為止。啟振拔管，為了使樁管內碎石密實，在拔管前先振動1min，為了使擠出樁管下端的碎石更加密實，每提升1m留振1min。當拔出樁管的二分之一長度時，用裝料斗再次向樁管裝滿碎石。繼續邊拔樁管邊振動，直至拔出地面。投完剩余的填料，在孔口進行反插。移動樁架至另一個孔位，重復以上作業。在施工之前，為了根據現場實際情況，調整各種機械參數，以保證大面積施工質量，必須進行成樁擠密試驗，試驗的項目有成樁時間、沖水量、水壓、壓八碎石量、振動錘電機的電流等。對試樁進行承載力測試，試樁數9～16根。