換填氣泡混合輕質(zhì)土在公路工程軟基沉降處理中的應(yīng)用

【摘 要】 我省沿海地區(qū)軟地基較多，大多存在著地基承載力不足、沉降差大等問題，在這種軟基上修建公路，軟基的沉降處理是必須解決好的難題。本文以某公路工程為例，對軟基沉降的常見處理方法進行了比較，最后介紹了換填起泡混合輕質(zhì)土在軟基沉降處理中的應(yīng)用和施工工藝，取得了令人滿意的效果，為類似工程的應(yīng)用提供施工經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】 軟基；沉降處理；換填起泡混合輕質(zhì)土；沉降量

軟土是指天然含水量大、壓縮性高、承載力低和強度低的一種軟塑性到流塑性狀態(tài)的粘性土。這種土質(zhì)在我省沿海地區(qū)廣泛分布著，這樣就導(dǎo)致路基的承載力和穩(wěn)定性不能滿足工程的要求，因此，在此種路基上修建公路無疑是一個巨大的難題。

1 工程概況

某公路工程HK0+245～HK0+277.5L1合同段表層為2.9m厚亞粘土硬殼層，其下為厚約11.3m的淤泥質(zhì)亞粘土軟弱層，再下為亞粘土層。原設(shè)計采用水泥漿液攪拌樁處理，處理深度15m，間距1.4m，預(yù)壓填土高度3.23m。該段沉降板觀測數(shù)據(jù)表明，達到恒載后，沉降速率一直沒有趨于穩(wěn)定，2008年5月份沉降速率為8mm/月，6月份沉降速率為7mm/月，當(dāng)時預(yù)測7月份沉降速率為6.7mm/月，8月份沉降速率為6.1mm/月。

K9+740～K9+810L3合同段表層為2.2m厚亞粘土硬殼層，其下為厚約22.55m的淤泥質(zhì)亞粘土軟弱層，再下為亞粘土層。原設(shè)計采用塑料排水板處理，板長25m，間距1.3m，平面上梅花形布置。根據(jù)實測資料，該路段目前實際超載高度為1.18m，實測累計沉降量為2746mm，已經(jīng)超出設(shè)計預(yù)期理論沉降量269mm，2008年5月沉降速率為30mm/月，6月沉降速率為26mm/月，當(dāng)時預(yù)測7月沉降速率為22.4mm/月，8月份沉降速率為19.0mm/月，9月份沉降速率為17.3mm/月。

2 軟土路基沉降處理方法

對預(yù)測的2008年8月底不能滿足卸載標(biāo)準(zhǔn)的路段，當(dāng)時已無超載預(yù)壓時間，而設(shè)置路基超填高度又難以解決根本問題，其只能作為輔助方案考慮，故提出了預(yù)應(yīng)力管樁、高壓旋噴樁2種增強地基和采用粉煤灰、EPS（泡沫塑料）塊體、EPS顆粒混合土和氣泡混合輕質(zhì)土（FCB）4種輕質(zhì)填料減輕永久荷載共6種方法進行比選。

3 方案比選

對上述6種方案進行了技術(shù)、經(jīng)濟比較，見表1。

由表1可知，增強地基法中，補打預(yù)應(yīng)力管樁是最優(yōu)方案；減小永久荷載法中，換填FCB輕質(zhì)土是最優(yōu)方案。就造價而言，樁長小于16m時，補打預(yù)應(yīng)力管樁的造價小于換填FCB輕質(zhì)土；樁長大于16m時，補打預(yù)應(yīng)力管樁的造價大于換填FCB輕質(zhì)土。從工期考慮，補打預(yù)應(yīng)力管樁需要全斷面開挖，打設(shè)管樁并現(xiàn)澆樁帽后，再回填壓實路基；而換填FCB輕質(zhì)土開挖量少，換填料采用現(xiàn)澆法，無需壓實，工作面要求小，工期相對較短。處理效果上，盡管補打預(yù)應(yīng)力管樁法在確保樁端進入持力層約1m后，復(fù)合地基壓縮量很小，但由于墊層的設(shè)置以及路堤自身的密實變形，還是會產(chǎn)生一定的沉降量（很難計算），因此處理效果不易保證，且工程實例少；換填FCB輕質(zhì)土法通過大量減少永久荷載，根據(jù)超載預(yù)壓原理，效果比較容易得到保證。此外，考慮橋臺臺背施工對橋臺穩(wěn)定性的影響以及臺后填料的壓實度，橋頭路段和構(gòu)造物兩側(cè)路段均不宜采用補打預(yù)應(yīng)力管樁方案。因此經(jīng)綜合比較，確定采用換填FCB輕質(zhì)土方法。

4 實體工程軟土路基沉降處理

FCB輕質(zhì)土制作流程見圖1。由固結(jié)度概念可知，t時刻土層的平均固結(jié)度為此時土層各點土骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力圖面積與起始超孔隙水壓力（或附加應(yīng)力）圖面積之比：

=（有效應(yīng)力圖面積）/（起始超孔隙水壓力圖面積）。

根據(jù)有效應(yīng)力原理，土的變形只取決于有效應(yīng)力。因此，對一維豎向滲流固結(jié)，土層的平均固結(jié)度又可定義為：

式中，Sct為地基t時刻的固結(jié)沉降量；Sc為地基最終固結(jié)沉降量。

根據(jù)超載預(yù)壓原理，假設(shè)換填氣泡混合輕質(zhì)土后路基的永久荷載（附加應(yīng)力）為，則在此荷載下路基的最終沉降為，如果令Sct=，此時有=1，即土體完全固結(jié)。因此，只要使=（為當(dāng)前的有效應(yīng)力），理論上土層的沉降全部完成，徹底消除了工后沉降。

橋梁和道路過渡段處理方案見圖2。縱斷面臺階寬8～10m，高度根據(jù)換填厚度確定，為0.6～1.2m，最后一級臺階厚度應(yīng)大于1.0m。在輕質(zhì)土與橋臺交接處設(shè)厚3cm的泡沫板變形縫，橫斷面臺階隨該處縱斷面的深度變化，并逐步過渡到矩形。一般換填路基段處理方案見圖3，換填橫斷面也為臺階型，中間厚度最大，兩端厚度最小。在氣泡混合輕質(zhì)土頂層用底基層材料對縱、橫坡度進行調(diào)整，見圖4。

換填氣泡混合輕質(zhì)土具體施工方法如下。

1）施工前做好基底防排水工作，在坑槽最低處開挖寬度小于1m的泄水口，以避免坑槽內(nèi)積水。

2）嚴(yán)格控制開挖斷面底標(biāo)高，確保基底壓實度達到規(guī)定要求；填筑施工時，橫向施工縫間距為0.1m，氣泡混合輕質(zhì)土頂面0.3m下布置1層網(wǎng)孔為5cm×5cm的鋼絲網(wǎng)片，鋼絲直徑為32mm，網(wǎng)片縱、橫向互相搭接，搭接長度為10cm。

3）氣泡混合輕質(zhì)土澆筑施工時，單層厚度應(yīng)控制在0.3～0.8m內(nèi)，不同層澆筑時間間隔以人在已澆筑好的輕質(zhì)土層上行走時看不到明顯腳印為宜。施工過程中如遇到大雨應(yīng)立即停工，并采取遮雨措施保護未終凝的輕質(zhì)土。

4）氣泡混合輕質(zhì)土澆筑好后，7d內(nèi)不允許任何機械在其上面行駛，至少養(yǎng)護7d后才能在其上進行路面施工。為便于用底基層材料對路面縱、橫坡度進行調(diào)整，氣泡混合輕質(zhì)土頂層施工時應(yīng)做成小臺階。

處理結(jié)果：換填處理后軟弱地基段路基的沉降曲線迅速趨于平穩(wěn)，連續(xù)5個月路基沉降量都基本為零，達到了處理預(yù)期效果。

5 結(jié)語

實踐證明，換填氣泡混合輕質(zhì)土在公路工程軟基沉降處理中的應(yīng)用是可行、有效地，該方法可大幅度地減輕路基荷載，使沉降速率迅速收斂，有效縮短預(yù)壓時間，同時具有良好的流動性，輸送距離遠(yuǎn)，不干擾交通，無需振搗、壓實等施工特點，適合于施工場地狹小的地段施工。因此，換填氣泡混合輕質(zhì)土有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

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