公路工程中軟土地基的處理設計

張新安

（鄭州市交通規劃勘察設計研究院 河南 鄭州 450000）

0 前言

鄭州地區的公路工程中存在著較多的故河道、魚塘和新近的填土坑，這些路段存在的軟土若沒有及時處理，對公路工程將埋下較大的隱患， 致使公路路基存在不均勻性沉陷、路面開裂、路基下沉，嚴重影響公路工程的正常和安全使用。本文介紹了軟土路基的的鑒別方法、工程特性，并對換土墊層法和水泥粉噴樁復合地基方案作如下說明，可供參照。

1 軟土的鑒別方法

軟土一般是在靜水環境或非常緩慢的流水環境下沉積，并經生物化學作用形成的飽和軟粘土，由于他形成于水流不暢，飽和缺氧的靜水環境中，其有成質含量一般較高，一般可達5-15%，最高可達25%，其顏色較深，一般呈灰色、灰綠色至灰黑色。 在公路工程的野外勘察和施工過程中，比較容易發現， 在軟土和正常沉積土之間有一條比較明顯的分界線，顏色呈灰色至灰綠色、 灰黑色的為近期形成的軟土或軟弱土。

軟土指天然孔隙比大于1.0， 且天然含水量大于液限的細粒土，包括淤泥和淤泥質土，其天然孔隙比大于1.5 時稱為淤泥，其天然孔隙比大于等于1.0 小于1.5 時你為淤泥質土，其沉積環境有濱海沉積、湖泊沉積、河灘沉積、沼澤沉積，在鄭州地區主要為河灘沉積和人類活動影響下形成的魚塘、河渠和水庫的滲水、新近的填土坑等地方，其埋深和厚度一般小于10 米。

2 軟土的工程特性

軟土由于形成時間較短，含水量較大，其具有以下幾個特性：

2.1 觸變形：由于軟土抗剪強度較低，在受到振動或擾動后，其土體結構將被破壞，強度大幅降低，易產生地基的側向滑動、沉降和基礎下土體的擠出等現象。

2.2 高壓縮性：軟土屬高壓縮性土，其壓縮系數較大，一般為0.7-1.5MPa-1，最高可達3.5 MPa-1，該類土在建筑荷載長期作用下有如下特征：建筑物沉降量較大而不均勻、沉降穩定歷時較長。

2.3 低透水性：軟土的含水量雖然較高（一般在50-70%，最大超過200%），但其透水性較差，特別垂直向透水性更差，垂直向滲透系數一般在i×（10-6-10-8）cm/s 之間， 對地基固結排水不利，如采用堆載預壓法對軟土地基進行處理，其處理時間較長，且預壓荷載應逐漸施加，確保每級荷載下地基的穩定性，若加載較快，軟土將出現失穩和剪切破壞。

2.4 不均勻性：由于軟土在沉積過程中環境的變化，多具有微層理構造，既在軟土中夾有數量不等的薄層砂層、粉土等，這些夾層有利于軟土的沉降固結，但粉土和砂土的沉降量要比軟土沉降量小，會引起路基的不均勻性沉降。

3 換土墊層法

換土墊層適用于路基、涵洞、通道等淺基礎的地基的軟土處理，可提高地基承載力和減少地基的不均勻沉降。

3.1 換填材料

可視項目區條件、填料來源和性質，酌情采用人工碎石、天然河流沖積的中砂、粗砂、礫砂、角礫、卵石或混合料，也可采用棄方石料等，但應級配良好、不含植物殘體、垃圾等雜物，粒徑小于0.075mm 的部分不超過總重的9%，填料粒徑以不大于50mm 為宜。 對于可全部挖除的軟土，亦可采用素土、灰土、礦渣等材料全部換填壓實處理。

3.2 墊層設計

鑒于墊層比軟弱地基或軟土有較大的變形模量和強度，基礎底面的壓應力通過墊層的擴散作用分布到較大的面積上，致使墊層底面處附加壓應力減小。 設計墊層的厚度z 應根據其底面處地基修正后的容許承載力[fa]確定，并符合《公路橋涵地基與基礎設計規范》﹝JTG D63-2007﹞下式要求：p0k+pgk≤γR[fa]

注：條形基礎為長寬比等于或大于10 的矩形基礎。

墊層底面處的附加壓力Pok 與換填墊層的厚度和換填材料的壓力擴散角有關，但墊層的厚度不宜小于0.5m，且不宜大于3m。

墊層頂面尺寸應為基礎尺寸每邊加寬不小于0.3m，其寬度應滿足基底壓力擴散的要求，可按下式或根據經驗確定：

b1=b+2ztanθ

3.3 墊層的施工

墊層處理地基是首先采用的方法，也是公路工程涵洞通道構造物地基處理常用方法。 對于地下水位高，且其淺層地基土工程性質差的地質條件，設計墊層厚度3 米時基坑開挖及墊層施工困難，可考慮與復合地基處理方案比較。 對于土質軟弱地基，設計的墊層可一次攤鋪，其底部可酌情鋪一層片石﹝若地下水位高于墊層頂面，應降水至墊層頂面下20 厘米﹞，攤鋪后不作碾壓，并在其頂面加鋪一層土工格柵。 此后可分層填土碾壓﹝填第一層土時，待靜壓出現彈黃變形應立即停止，并轉入第二層填土，待靜壓不出現彈黃變形方可按正常壓實要求進行路堤填筑施工﹞。

4 水泥粉噴樁復合地基

水泥粉噴樁復合地基適用于處理正常沉積的淤泥和淤泥質土，可較大幅度提高復合地基的承載力，減少地基的沉降變形量，特別是在新老路基的交接部位對新建路基進行處理時，可顯著降低新建路基的沉降量，減少新路基的沉降差。

4.1 固化劑

水泥粉噴樁的固化劑宜選用強度等級為32.5 級以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比塊狀加固為7-12%，其他形式加固時水泥摻入比為15-20%， 若水泥摻入比低于5%時，水泥固化程度低，得不到應有的加固效果。

4.2 復合地基設計

水泥粉噴樁的復合地基在初步設計時可按下列公式進行估算，其復合地基承載力由單樁和樁間土共同承擔，其中樁體的單樁承載力由樁體的立方體抗壓強度平均值和樁周土的側阻力特征值按下列二個公式綜合確定，取二公式中的小值：Ra=up∑qsili+aqpAp和Ra=ηfcuAp， 其復合地基承載力特征值由以下公式確定：fspk=mRa/Ap+β（1-m）fsk。 在施工圖設計階段應對本地基進行工藝性試樁，其單樁承載力和復合于基承載力應通過現場靜載荷試驗確定，并根據試樁結果確定合適的樁距、樁長和布樁方式。

4.3 水泥粉噴樁復合地基施工

水泥粉噴樁的施工條件一般要保證項目區具有三通一平的條件，且場地地層的雜填土、生活垃圾、建筑垃圾等已被挖除并換填素土壓實處理， 在施工前應進行工藝性試樁，數量不得小于2 根。

水泥粉噴樁的復攪工藝對單樁的承載力影響較大，我們在數個項目中無復攪的樁體，在開挖后其樁體豎向斷面呈土與水泥土的薄層狀構造，為不均勻樁體；若采用復攪后，其樁體明顯較為均勻。 所以在復攪下沉時，也可采用噴粉的施工工藝，但必須確保全樁上下至少再復攪一次。

5 結述語

軟土路基在公路工程的設計和施工過程是一個較為復雜的問題，因同一軟土路基，可采用多種不同的方法進行處理，但考慮到工程造價、工期、施工條件和處理后的目的不一致，所以應根據各種情況選擇一種較為合適的處理方法對路基進行處理。

［1］工程地質手冊[M].4 版.中國建筑工業出版社.

［2］JTG D63-2007 公路橋涵地基與基礎設計規范[S].人民交通出版社.

［3］JTG D30-2004 公路路基設計規范[S].人民交通出版社.

［4］JGJ79-2002 建筑地基處理技術規范[S].中國建筑工業出版社.