淺談高速公路軟土地基危害及處理方法

唐 鈺 李海峰

1 概述

軟土地基因地而異、因?qū)佣?不可預見性的特點給公路工程設計施工帶來了相當大的困難甚至帶來不同程度的危害。如路基的滑移、開裂,路面起伏不平,橋涵通道等引起的跳車顛簸等而使公路建設者感到非常棘手,要花大量人力、物力、財力和時間,去進行勘察、測試、設計和施工。若處理不好還將會出現(xiàn)質(zhì)量事故帶來極大的資源浪費。

2 軟土及軟土地基

2.1 軟土

軟土是自然歷史的產(chǎn)物,是隨著古地理、氣候、沉積環(huán)境的變化而形成的。國內(nèi)外研究成果普遍認為,軟土具有高含水量、大孔隙、低密度、高壓縮性、低透水性以及中等靈敏度等特點[1]。有的把軟土視為整個軟弱土質(zhì)的簡稱,有的則把軟土視為軟弱土基的簡稱。目前,國內(nèi)外對軟土沒有統(tǒng)一的分類判別標準,國內(nèi)各部門之間的標準也不盡相同,JTJ 017-96公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范[2]提出應按表1的特征指標綜合地鑒別軟土。

表1 軟土鑒別表

2.2 軟土的分類和主要工程性質(zhì)

我國軟土按照淤泥和淤泥質(zhì)土的形成和分布分成三大類,見表2。

表2 軟土的分類

3 高速公路軟土地基常見事故發(fā)生原因

1)勘察設計不詳細或不準確,導致對應該作軟基處理的地段未作處理設計。2)已知是軟土地基,但是未做好軟土地基處理,造成路堤失穩(wěn)或危及線外建筑物。汕頭磊口大橋引道,由于高填土引起線外土地隆起,民房受損,路基難以穩(wěn)定,只好增加橋梁長度改建新橋。中山縣附近的獅窖口橋,原設計是拱式橋跨,臺背填土較高。由于高填土的推力作用和地基嚴重下沉,拱體破壞,路旁的老公路被擠移,迫不得已改變橋型。3)雖作了軟土地基處理,但因施工不當造成路堤失穩(wěn)。珠海南屏橋引道,采用分級加載預壓處理,南岸砂井施工中第一級加載時就發(fā)生破壞,北岸在第三級填土時發(fā)生破壞。經(jīng)分析,原因是地質(zhì)資料不準確,填土速度過快,后加的反壓護道又阻塞了砂墊層的排水通道。最后采取了挖深邊溝排水,用袋裝砂和鋪土工布進行修復。4)堆料不當,未按規(guī)定分層填筑,填土過快,碾壓不當,造成路堤失穩(wěn)。新會虎坑、大洞橋的引道,原設計軟基采用砂袋并結(jié)合砂墊層加固處理,由于投資限制,大部分處理被取消。在施工過程中,未按規(guī)定分層填筑,填土過快,碾壓不當,有幾處路堤發(fā)生滑塌現(xiàn)象,通車后整個路段不均勻沉降明顯。5)擾動“硬殼層”[3]或填筑不當,使“硬殼層”遭受破壞,導致路堤失穩(wěn)。軟土地基上往往有一層強度比軟土高的土層,被稱為“硬殼層”。“硬殼層”可以起到承重和擴散應力作用。有的地區(qū)認為,有“硬殼層”存在的軟土地基,利用“硬殼層”的擴散應力作用可不作軟土地基特殊處理。但若對“硬殼層”的勘察、利用工作做得不好,則達不到預想的效果。6)由于臺背填土使地基對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生負摩阻力和縱向推擠作用,引起橋臺發(fā)生變位破壞。在軟土地基上的橋臺,基礎不論是用支承樁或是摩擦樁,由于臺背填土引起軟土層發(fā)生較大的沉降,對橋臺及樁基礎產(chǎn)生縱向推擠和負摩擦力作用,輕則使橋臺發(fā)生位移或下沉,重則損壞橋臺危及橋墩,這種現(xiàn)象尤以輕型橋臺為甚。

4 目前高速公路軟土地基常用處理方法及原理

1)排水固結(jié)法。在軟土地基中設置豎向、水平排水系統(tǒng),在逐級填筑路堤荷載作用下固結(jié)排水,從而提高地基承載力,減小工后沉降。若采用大于路堤及工作荷載的預壓荷載則稱為超載預壓,適用于軟泥質(zhì)土地基。2)強夯法。碎石土、砂土、低飽和度的粉土、黏土、濕陷性黃土、雜填土和素填土地基通常采用質(zhì)量為10 t～40 t的夯錘自由下落振實,擠密,提高地基承載力,減小沉降。若用碎石邊強夯邊置換,形成由碎石墩、墩間土以及碎石墊層組成的復合地基來提高地基承載力的稱為強夯置換法。3)深層攪拌法。利用深層攪拌機將水泥或石灰和地基土原位攪拌形成圓柱狀、柵格狀或連續(xù)墻水泥土增強體,形成復合地基。深層攪拌法稱粉噴法和粉攪拌法,適用于淤泥和含水量較高、地基承載力標準值不大于120 kPa的黏性土、粉土等軟土地基。4)振沖置換法。利用振沖器在高壓水流作用下邊振邊沖在地基中成孔,并填入碎石、卵石等粗粒料振密成碎石樁,碎石樁與樁間土形成復合地基。適用于不排水抗剪強度不小于20 kPa的黏土、粉土、飽和黃土和人工填土地基。5)沉管碎石樁法。與振沖置換法不同的是,沉管碎石樁采用沉管法在地基中成孔,填入碎石、卵石等粗粒料振密碎石樁。6)石灰樁法。通過機械或人工成孔,填入生石灰吸水膨脹、放熱以及離子交換作用改善樁周土的物理力學性質(zhì),形成石灰樁復合地基來提高地基承載力,適用于雜填土、軟黏土地基。7)低強度混凝土復合地基法。在地基中設置低強度混凝土樁,與樁間土形成復合地基,適用于各類深厚軟弱地基。8)EPS超輕質(zhì)料填土法。聚苯乙烯板塊(EPS)[4]容重只有土的1/50～1/100,具有較好的強度和壓縮性能,作為一般軟弱地基填土料,可有效地減小作用在地基上的荷載,需要時也可置換部分地基土。9)加筋土法。在土體中埋置土工織物、土工格柵等土工合成材料,金屬板條等形成加筋土墊層,增大壓力擴散角,提高地基承載力,減少沉降,適用于各種軟弱地基。

5 結(jié)語

新的加固技術和新型材料不斷發(fā)展,軟土地基處理的方法也多種多樣,高速公路軟土地基的不可預見性和復雜性給監(jiān)測和地基處理工程施工帶來極大的不便。本文對常見的幾種軟土地基提出了應對的處理方法,同時結(jié)合工程自身的特征,選擇兩種或兩種以上的處理方法,在一定程度上為施工提供了工程應用方案和規(guī)避了安全隱患。

[1] 王曉謀,袁懷宇.高等級公路軟土地基路堤設計與施工技術[M].北京:人民交通出版社,2001:1-11,84-151.

[2] 交通部第一公路勘察設計院.公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,1997.

[3] 徐勇夫,陳冠軍.高速公路軟土路基處理方法的研究[J].華東公路,1998(3):1-45.

[4] 張誠厚,袁文明,戴濟群.高速公路軟基處理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[5] 張曉青.淺談幾種軟土地基處理的方法[J].山西建筑,2009,35(6):153-154.