軟土路基處理施工技術研究

金洪炯

0 引言

隨著我國經濟建設的迅速發展,城市高等級公路的建設日新月異。然而,我國幅員遼闊,從山區到平原,由沿海到內地,分布著各種各樣的地基土,其承載能力、壓縮性以及透水性等土的力學性能因土的種類不同而有著很大的差別[1]。對于軟土地基而言,在交通循環荷載作用下,其沉降量一般比較大,容易產生不均勻沉降,嚴重影響道路行車安全,無法滿足工程建設的需要。因此,在軟土路基施工過程中,如何合理的進行地基處理,設計適當的地基處理方案是一個值得探討的重要問題[2]。本文結合樂清市某公路工程建設項目,對軟土路基處理方案的選擇和設計進行了研究。

1 工程概況

本工程位于樂清市中心區的西北部,場地屬沖海積平原區,地勢基本平坦,海拔高程一般在2.0 m～3.5 m之間,屬Ⅳ級場地。區內內河發達,水網密布,河寬一般在9 m～30 m之間,水深為1.0 m～3.0 m左右,河道均為現狀河道,兩岸植被茂盛。中心區建好的道路有旭陽路、環四路等城市主干道。因整個中心區地處樂清灣,甬臺溫高速公路高架橋橫穿中心區,把中心區分為東西兩塊。

建設場地經過樂清灣沖積平原和濱海圍涂區,沖積平原區地貌以農田,零星農居及河道為主,濱海圍涂區地貌以雜草為主。根據地質報告和在建的道路開挖情況顯示,此塊地質情況較差,面層為0.9 m～2.2 m左右的硬殼層,下面為25 m左右的淤泥質土。

區塊內地下水主要為軟土及黏性土中的孔隙潛水和圓礫、卵石層中的承壓水。地下水屬內河水系,主要接受大氣降水的補給及內河水位的影響,受季節性變化影響大。地下水在無污染條件下對橋梁建筑材料一般無腐蝕性,對干濕交替環境下的鋼筋混凝土中的鋼筋和氧能自由溶入地下水中的鋼結構,具有中等腐蝕性,并對鉆孔灌注樁施工易產生漏漿、坍孔等不利影響。

2 軟土路基常用處理方法[3]

2.1 換土填層法

當軟弱土地基的承載力和變形滿足不了工程技術要求,而軟弱土層的厚度又不很大時,將軟弱土層部分或全部挖去,然后分層填筑強度較大的砂、砂石、素土、灰土、高爐干渣、粉煤灰等其他性能穩定、無侵蝕性的材料,并壓實至要求密實度的地基處理方法。

換土墊層的作用主要包括:提高地基承載力,減小地基沉降量,加速軟土的排水固結等,適用于淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、古井、古墓等淺層處理。換土填層法見圖1。

2.2 排水固結法

對天然地基或是先在地基中設置砂井等豎向排水體,然后利用建筑物本身的重量分級逐漸進行加載,也可利用其他重物對場地進行預壓堆載,使土體中的孔隙體積不斷減小,孔隙水被慢慢排出,有效應力逐漸增長,地基發生固結沉降,同時土體的抗剪強度逐步提高的方法。

排水固結系統是由排水系統和加壓系統兩部分共同組合而成:排水系統的作用主要在于改變地基原有的排水邊界條件,增加孔隙水排出的路徑,縮短排水距離;加壓系統的主要作用在于使地基土中的有效應力增加而產生固結。

2.3 擠密法

利用擠壓或振動方法將砂、石材料擠入軟土地基中,形成較大的密實柱體,提高軟土地基的抗剪強度。

對疏松砂土而言,在擠密砂石樁成樁過程中,樁套管擠入砂層,該處的砂被擠向樁管四周而變密。擠密砂樁的加固效果包括:使松砂地基擠密至小于臨界孔隙比,以防止砂土振動液化;形成強度高的擠密砂石樁,提高了地基的強度和承載力;加固后大幅度減小地基沉降量;擠密加固后,地基呈均勻狀態。

對軟弱黏性土而言,主要利用砂石樁本身的強度及其排水效果。其作用包括:砂石樁在黏性土中形成大直徑密實砂石樁樁體,砂石樁與黏性土形成復合地基,共同承擔上部荷載,提高地基承載力和整體穩定性,由于密實的砂樁取代了與砂樁體積相等的軟土,所以復合地基的承載力比天然地基大,其沉降也就比天然地基小;上部荷載產生對砂石樁的應力集中,減少黏性土的應力,從而減小地基的固結沉降量;在黏性土地基中形成排水通道,加速固結排水。

2.4 深層攪拌法

深層攪拌法利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑,通過特制的深層攪拌機械,在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強制攪拌,利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理—化學反應,使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基。

深層攪拌法適用于淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高且fk≤120 kPa的黏性土等地基(見圖 2)。

2.5 高壓噴射注漿法

這種方法創始于日本,是采用高壓水射流切割技術而發展起來的。高壓噴射注漿,就是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預定位置,用高壓設備使漿液或水成為20MPa左右的高壓液流從噴嘴中噴射出來,沖擊破壞土體。當能量大,速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結構強度時,土粒便從土體剝落下來。一部分細小的土粒隨著漿液冒出地面,其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下,與漿液攪拌混合,并按一定的漿土比例和質量大小有規律的重新排列。漿液凝固后,便在土中形成一個固結體。

作為地基加固,通常采用旋轉噴射(簡稱旋噴)和定向噴射(簡稱定噴)兩種注漿形式。高壓旋噴注漿加固地基技術,主要適用于軟弱土層,如第四紀的沖(洪)積層、殘積層和人工填土等。

3 路基加固方案設計

對具體工程都要進行具體的細致分析,應從地基條件、處理要求、工程費用等方面進行綜合考慮,進行綜合技術經濟指標的優化,以確定最佳的地基處理方法。

本工程道路均為城市主干道和次干道,主干道沉降控制指標參照高速公路和一級公路沉降控制指標,一般路段容許工后沉降控制在0.3 m,橋頭容許工后沉降控制在0.1 m。次干道沉降控制指標參照二級公路沉降控制指標,一般路段容許工后沉降控制在0.5 m,橋頭容許工后沉降控制在0.2 m。

結合本項目的實際情況,因地制宜,充分考慮地形、地質、氣象和水文等自然條件及周圍的社會條件,將軟土路分為一般路段(甬臺溫高速以西)、一般路段(甬臺溫高速以東)、橋頭過渡段三種類型進行處理。

1)一般路段(高速路以西)方案。軟基不作處理,充分利用“硬殼層”的承載功能,清表后經過逐層回填宕渣,同時用振動式壓路機振動碾壓,最終路基壓實度達到規范要求。素填土1 m厚,黏土“硬殼層”1 m厚,淤泥土層20 m厚,宕渣填筑高度 2 m,路堤填土結束6個月后澆筑路面。路基的承載力和穩定性可以滿足路基設計要求,路基達到滿足功能條件下經濟性最佳的目標。2)一般路段(高速路以東)方案。對于高速公路以東一般路段,由于與高速公路以西情況不同,基本為大面積淤泥地帶,參考本區域以往道路設計經驗,采用全路基范圍內塑料排水板處理的方法。塑料排水板正三角形布置,間距1.3 m,長20 m,頂端埋入砂墊層不小于20cm。3)路橋過渡段方案。橋頭路段擬采用水泥攪拌樁路基處理方案。取用參數:水泥攪拌樁樁徑550mm,樁間距1.3 m,水泥摻合比 15%,有效樁長 12 m;填土高度 3 m(從樁頂起算),路基填土12個月后澆筑路面。

4 結語

1)經過全面考察分析計算結果,并結合后期沉降監測得出的數據,該處理方案可滿足沉降小于20cm的規定。2)地基處理的方法有它的使用范圍、局限性和優缺點,應該根據相重合實際情況因地制宜的采用,不能一概而論。3)將軟土路基分為一般路段(甬臺溫高速以西)、一般路段(甬臺溫高速以東)、橋頭過渡段三種類型進行處理的方案是可行的。

[1] 王星華.地基處理與加固[M].長沙:中南大學出版社,2002.

[2] 鐘勇強.軟基路段舊路加寬綜合處置方案設計和優選的探討[J].華東公路,2008,6(174):14-16.

[3] 陳希哲.土力學地基基礎[M].北京:清華大學出版社,1998.

[4] 趙崇臣.道路工程中軟土地基常用處理方法探討[J].山西建筑,2009,35(6):298-299.