高速公路軟土地基處理方法及施工措施探討

許海東

摘要：目前公路施工中處理軟基已逐漸采用換填，固結(jié)排水，復(fù)合地基鋪以土工格柵、土工布、反壓護(hù)道等方法，且均獲得成功。這些處理方法具有省錢、省事、施工運(yùn)作簡(jiǎn)單，效果好等特點(diǎn)。文章探討了高速公路軟土地基處理方法及施工措施。

關(guān)鍵詞：高速公路；軟土地基；復(fù)合地基

中圖分類號(hào)：U441文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）12-0129-02

一、軟土地區(qū)對(duì)路基的基本要求

（一）路基的穩(wěn)定性

在天然的軟土地基上修筑路堤，當(dāng)路堤填高超過(guò)極限高度（極限高度的大小取決于地基的特性及填料的性質(zhì)，通常為3～5m）時(shí)，則必須對(duì)路堤或地基采取加固處理措施，才能保證路堤的安全填筑和正常使用。

（二）路基的沉降

軟土地基的路堤，即使?jié)M足穩(wěn)定性要求，不發(fā)生滑塌，但施工過(guò)程中以至填筑完成后，由于軟土壓縮性大，軟土地基在路堤自重作用下也會(huì)產(chǎn)生沉降，這種沉降將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)持續(xù)，大大超過(guò)一般路堤的沉降量。即使路面施工完成后，還可能繼續(xù)產(chǎn)生沉降，對(duì)路面的縱、橫斷面造成影響，難于保證其平整性，引起路面結(jié)構(gòu)的破壞。

二、軟土地區(qū)路基處理施工

軟土地區(qū)路基處理施工，需著重解決的問(wèn)題是可能出現(xiàn)的路基盆形沉降、失穩(wěn)和路、橋沉降差過(guò)大等問(wèn)題。

（一）原地面處理

軟土地基應(yīng)根據(jù)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)、埋層深度、路堤高度、材料場(chǎng)地條件、公路等級(jí)等因素分別采取置換土、拋石擠淤、超載預(yù)壓、反壓護(hù)道、滲水及灰土墊層、土工織物、塑料排水板、碎石樁、輕質(zhì)路堤、深層加固等措施進(jìn)行處理。如各項(xiàng)處理措施配合使用，其效果會(huì)更好。

（二）路堤填筑

1．路堤填筑前，應(yīng)排除地表水，保持基底干燥，淹水部位填土應(yīng)由路中心向兩側(cè)填筑，高出水面后，按要求分層填筑并壓實(shí)。

2．在路、橋銜接部位，路基與錐坡填土應(yīng)同步填筑。碾壓不易到位的邊角處應(yīng)用小型夯實(shí)機(jī)械按要求夯壓密實(shí)。填料宜采用滲水性土，分層碾壓厚度應(yīng)控制在15cm左右。

3．軟土地段路基應(yīng)提前安排施工。路堤完工后應(yīng)留有沉降期，如設(shè)計(jì)未規(guī)定，則不應(yīng)少于6個(gè)月，沉降期內(nèi)不應(yīng)在路堤上進(jìn)行任何后續(xù)工程。修筑路面結(jié)構(gòu)之前，路基沉降應(yīng)基本趨于穩(wěn)定，地基固結(jié)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定值。

三、路堤的加固處理方法

當(dāng)路堤不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，必須對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理。軟基加固處理方法很多，歸納起來(lái)有5大類，即置換、排水固結(jié)、振動(dòng)擠密、膠結(jié)和加筋(勁)，細(xì)分起來(lái)約有70余種。在公路工程施工中經(jīng)過(guò)多年來(lái)的優(yōu)選和實(shí)踐，除在一些試驗(yàn)工程還選用一些新的方法外，較多的工程則選用常規(guī)的、傳統(tǒng)的方法，即置換、固結(jié)排水和振動(dòng)擠密等法。其特點(diǎn)是技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)適用、施工容易、效果顯著且不受時(shí)空限制，故得到推廣應(yīng)用。

（一）表層處理法

1．表層排水法。表層排水法是在路基填筑前，在地面開挖水溝，以排除地表水，同時(shí)降低地基表層的含水量，確保施工機(jī)械的作業(yè)條件。為了使開挖水溝在施工中發(fā)揮盲溝的作用，常用透水性良好的砂礫回填。水溝布設(shè)應(yīng)考慮地形與土質(zhì)情況，保證排水通暢。水溝斷面尺寸一般為寬0.5m，深0.5～1.0m。

2．砂墊層法。砂墊層法是在軟土地基頂面鋪設(shè)厚度0.6～1.0m的砂墊層作為軟土層固結(jié)所需要的上部排水層，以加速沉降的發(fā)展，縮短固結(jié)的過(guò)程。一般用于軟土距地面不深且厚度薄時(shí)，不必采用深層處理或僅用堆載加壓即能使其達(dá)到沉降穩(wěn)定。砂墊層的作用，是為了加固地基和增強(qiáng)排水。砂墊層可作為路堤內(nèi)的地下排水層，以降低堤內(nèi)水位，改善施工時(shí)重機(jī)械的作業(yè)條件。砂墊層質(zhì)量很重要，它取決于砂粒大小和含泥量多少，一般以中砂及粗砂為宜，要求級(jí)配良好，顆粒的不均勻系數(shù)不大于5，且含量不宜超過(guò)3％～5％，同時(shí)又應(yīng)注意其厚度和設(shè)置位置。目前厚度多控制在50～80cm，改變了過(guò)去僅用30cm的做法，其原因是地基原地面施工前雖經(jīng)平整，但不一定理想，如出現(xiàn)的做法凹凸不平，其厚度不盡如人意，為保證安全，應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾雍穸取Ｍ瑫r(shí)最近有的路段地基濕軟，先在原地面上鋪一層山皮土，經(jīng)輕壓后，再在其上鋪砂墊層，可充分發(fā)揮砂墊層的排水作用。

3．穩(wěn)固劑表層處治法。穩(wěn)固劑表層處治法是用生石灰、熟石灰、水泥及土壤離子穩(wěn)固劑等穩(wěn)定材料，摻入軟弱的表層地基土中，改善地基的壓縮性和強(qiáng)度特性，保證機(jī)械作業(yè)條件，提高路堤填土的穩(wěn)定及壓實(shí)效果。軟土地基表層處治的施工工藝與穩(wěn)定土類路面基層的施工工藝基本相同。軟土地基表層處理厚度應(yīng)根據(jù)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)而定，一般為0.3～0.6m，過(guò)薄則效果差，過(guò)厚不經(jīng)濟(jì)。表層處治的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是壓實(shí)與養(yǎng)生，用水泥、熟石灰或離子穩(wěn)固劑穩(wěn)定處治土最后一次拌和后應(yīng)立即壓實(shí)；生石灰穩(wěn)定土，必須在拌和時(shí)初碾壓，生石灰消解結(jié)束后再次碾壓，若壓實(shí)后能獲得足夠的強(qiáng)度，可不必進(jìn)行專門養(yǎng)生，但由于土質(zhì)與施工條件不同，處治土強(qiáng)度增長(zhǎng)不均衡，則應(yīng)做好7d時(shí)間的養(yǎng)生。

（二）換填法

換填法是指將路基范圍內(nèi)的軟土挖除，用穩(wěn)定性好的土、石進(jìn)行回填。當(dāng)軟土距地面近，厚度較薄，甚至地面上有魚塘、蝦池或稻田，往往表面有腐泥，可直接將這些腐泥、軟土挖掉，換填以優(yōu)質(zhì)砂礫或適宜的選料，以徹底消除其隱患。對(duì)于清除表層腐泥時(shí)，可采用高壓水泵直接將泥漿抽掉，當(dāng)?shù)孛媪罆窀珊螅黉佒坊痢Q填法按排淤方式可分為開挖換填法、拋石擠淤法和爆破排淤法3種。

1．開挖換填。開挖換填指在一定范圍內(nèi)，把影響路基穩(wěn)定性的軟土用人工或機(jī)械挖除，用無(wú)侵蝕作用的低壓縮性散體材料置換，并分層夯實(shí)。按軟土層的分布形態(tài)與開挖部位，有全面開挖換填和局部開挖換填。開挖換填的深度一般在2m以內(nèi)。開挖的邊坡應(yīng)根據(jù)深度與土的抗剪強(qiáng)度確定，一般為1：1左右。開挖換填所用填料一般有灰土、砂卵石、碎石及工業(yè)廢渣等。

（1）換填石灰土。換填石灰土一般用于不滲水路基，土料就地取用黏性土打碎過(guò)篩，其粒徑不大于15mm，石灰用塊灰，在使用前2d～3d澆水粉化，其粒徑不大于5mm；灰、土體積配合比為2：8或3：7，拌和時(shí)根據(jù)氣候和土的濕度適量澆水，拌好的灰土應(yīng)顏色均勻一致，含水量以用手緊握灰土成團(tuán)，用手指輕捏即碎為宜。鋪設(shè)前，應(yīng)將基底碾壓數(shù)遍，鋪土應(yīng)分段分層進(jìn)行并且夯實(shí)。鋪上的灰土當(dāng)日應(yīng)及時(shí)壓實(shí)，換填完畢，不能暴露過(guò)久，應(yīng)連續(xù)進(jìn)行路堤的填筑施工。

（2）換填砂、卵石。換填砂、卵石所用的材料宜為級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬的中粗砂和卵石、碎石，不含草根雜物，含泥量不超過(guò)3％，石子粒徑最大不宜超過(guò)5cm。人工級(jí)配的砂石，應(yīng)將砂石拌和均勻然后鋪填壓實(shí)。換填每層松鋪厚度為15～20 cm，施工時(shí)最佳含水量為8％～12％ 。

（3）換填碎石、工業(yè)廢渣。換填碎石或工業(yè)廢渣是目前應(yīng)用較多的一種地基加固方法。實(shí)踐證明，碎石和工業(yè)廢渣有足夠強(qiáng)度，變形模量大，穩(wěn)定性好，地基固結(jié)快，處理后的路基沉降能較陜達(dá)到穩(wěn)定要求，一般要求碎石、廢渣粒徑為5～60mm，級(jí)配良好，含泥量不大于5％。

2．拋石擠淤。拋石擠淤是在路基底部拋投一定數(shù)量的毛石，將淤泥擠出基底范圍，以提高地基的強(qiáng)度。這種方法施工簡(jiǎn)單、迅速、方便。主要適用于常年積水的洼地，排水困難，泥炭呈流動(dòng)狀態(tài)，厚度較薄，表層無(wú)硬殼，毛石能沉達(dá)底部的泥沼或厚度為3～4m的軟土。拋投片石的大小，隨泥炭或淤泥的稠度而定，對(duì)于容易流動(dòng)的泥炭或淤泥，毛石可稍小些，但一般不應(yīng)小于30cm，拋投的順序，應(yīng)先從路堤中部開始，中部向前突進(jìn)后再漸次向兩側(cè)擴(kuò)展，以使淤泥向兩旁擠出。當(dāng)軟土或泥沼底面有較大的橫坡時(shí)，拋石應(yīng)從高的一側(cè)向低的一側(cè)擴(kuò)展，并在低的一側(cè)多拋填一些毛石。毛石拋出水面后，宜用重型壓路機(jī)振動(dòng)碾壓密實(shí)，然后在其上鋪設(shè)反濾層，再行填土。

（三）反壓護(hù)道及側(cè)向約束法

1．反壓護(hù)道。反壓護(hù)道是在路堤兩側(cè)填筑一定寬度的護(hù)道，使路堤下的淤泥或泥炭向兩側(cè)隆起的趨勢(shì)得到平衡，以提高路堤在施工中的滑動(dòng)破壞安全系數(shù)，達(dá)到路堤穩(wěn)定的目的。反壓護(hù)道法加固路基的特點(diǎn)是不需要特殊的機(jī)具設(shè)備和材料，施工簡(jiǎn)易，但占地較多、土量較大，后期沉降大，養(yǎng)護(hù)工作量大。一般適用于非耕作區(qū)、取土方便地區(qū)的軟土處理，對(duì)泥沼不宜采用。反壓護(hù)道在施工時(shí)，一般應(yīng)先填包括反壓護(hù)道在內(nèi)的砂墊層及路堤，最后填筑主路堤。同時(shí)在填筑中應(yīng)避免過(guò)高堆填，而應(yīng)分層鋪筑，充分壓實(shí)，并應(yīng)有一定橫坡度，以利于排水；兩則反壓護(hù)道應(yīng)與主路堤同時(shí)填筑，特別是反壓護(hù)道的填筑速度不得低于主路堤。

2．側(cè)向約束。側(cè)向約束法是在路堤兩側(cè)坡腳附近打入鋼筋混凝土樁或者設(shè)置毛石齒墻等，可限制基底軟土的擠動(dòng)，從而保持基底的穩(wěn)定。地基在施行側(cè)向約束后，路堤的填筑速度可不加控制，較反壓護(hù)道節(jié)省土方，少占耕地，但需耗費(fèi)一定數(shù)量的鋼筋、水泥、木材等，成本較高。

（四）排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是在天然軟土地基表層設(shè)置砂墊層等水平向排水體，在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體，然后加載預(yù)壓，使土體的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)地基強(qiáng)度逐步提高的方法。排水固結(jié)法具有節(jié)省土方、少占農(nóng)田、經(jīng)濟(jì)有效等特點(diǎn)，可用于加固軟弱地基．特別適用于路堤高度大于極限高度或農(nóng)田地段和填料來(lái)源困難的情況。在天然土層的水平排水性能較垂直向?yàn)楹茫蜍浲链嬖谟羞B續(xù)薄砂層時(shí)，采用此法較好。

（五）復(fù)合地基法

1．粉噴樁、旋噴樁。它是用水泥(石灰或粉煤灰等)作為固化劑，通過(guò)深層攪拌機(jī)械，在地下深層將水泥等漿液或粉體經(jīng)攪拌后通過(guò)化學(xué)和物理作用形成的樁體。并與樁周的加強(qiáng)土體形成復(fù)合地基，以增加地基承載力、壓縮模量和抗剪力，可承擔(dān)外部較大的荷載。它們具有施工速度快、加固深度大、效果好、對(duì)周圍環(huán)境污染少等特點(diǎn)，目前較多地用于公路結(jié)構(gòu)物及結(jié)構(gòu)物與路基過(guò)渡段地基處理工程，尤其是工期緊迫，要求限期通車的地段。粉噴樁和旋噴樁其作用相同，但也有不同處，如粉噴樁是用于粉與濕軟土攪拌成樁，其深度一般在15～20m，樁徑一般為50～60cm，水泥用量摻入比為15％～20％，但最佳摻入比應(yīng)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定。旋噴樁是用高壓旋噴水泥漿液與軟土拌合形成柱體，旋噴樁直徑可噴射成40～200cm的樁柱體，長(zhǎng)度也可深些。

2．碎石樁。它是利用振沖器，在高壓水流下邊沖邊振在軟土中成孔，并分段在孔內(nèi)充填碎石形成碎石樁柱體，與擠密土體成為復(fù)合地基。通過(guò)以往在公路軟基處理中的使用取得了良好效果，但使用尚不廣泛。

復(fù)合地基法比之前幾種方法施工時(shí)間快，效果較好，但由于動(dòng)用機(jī)械多，使用材料貴，相應(yīng)造價(jià)也高。故只要時(shí)間允許的情況下，盡量以時(shí)間換金錢，少用復(fù)合地基。為了保證樁基質(zhì)量，在施工前應(yīng)做好地質(zhì)勘探并取出當(dāng)?shù)赝翗樱鍪覂?nèi)最佳配合比試驗(yàn)，以確定合理固化劑摻入量。在施工時(shí)要保證樁基位置、數(shù)量、長(zhǎng)度，以及材料質(zhì)量和用量、攪拌次數(shù)和沖振情況，同時(shí)還要作取芯檢查或其他測(cè)試的手段如觸探、荷載試驗(yàn)以了解其加固效果。

軟基加固處理除以上方法外還有擠密法、化學(xué)加固法、動(dòng)力固結(jié)法等。

四、結(jié)語(yǔ)

縱觀多年來(lái)對(duì)高等級(jí)公路軟基處理的施工，圍繞解決路基沉降及路橋連接處跳車現(xiàn)象，已先后嘗試運(yùn)用了多種方法，從采用單一地基處理技術(shù)走向因地制宜，各種方法綜合使用。但地基處理不可能完全消除工后沉降，路堤高度是影響工后沉降的重要因素，地基條件是影響地基處理效果的主要因素。因此，還需要我們?cè)谝院蟮穆坊幚硎┕?shí)踐中繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以探求更好、更先進(jìn)的軟基處理方法。