軟土路基處理設計淺析

林楓，黃偉明

（溫州市城建設計院，浙江溫州 325000）

0 引言

我國地域遼闊，地質構造復雜，在人類活動、氣候環境和自然環境的影響下，進一步加劇了工程地質的復雜性，因此在道路工程建設中會遇到各種類型的地質情況。軟土地基作為道路設計較為常見的一種不良地質，處理不好會導致路基失穩、道路沉降等一系列問題，大大縮短道路使用壽命。為了解決軟土路基對道路運營質量的影響，必須對軟土路基性質、處理方法加以了解。

1 軟土路基的基本特征及常見工程問題

1.1 基本特征

軟土是濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土，成分比較復雜，通常是在流水環境中沉積而成的，有明顯的地區差異性存在。一般情況下，軟土路基主要有下面幾個方面的特點。

（1）主要由粉土粒和黏土粒組構而成，具有孔隙大、含水量高等特點。一般軟土路基的空隙比為1～2，含水量為35%～80%。

（2）具有良好的流動性。在剪應力的影響下，會有剪切變形的情況出現，降低抗剪強度，在完成固結沉降后，還會產生次固結沉降[1]。

（3）具有明顯的結構性。當原狀軟土受到擠壓和振動時，會對土體的絮狀結構造成破壞，在靜置時間不斷增加的情況下，軟土路基的強度會恢復。

（4）透水性差，壓縮性高。由于軟土的壓縮模量在4 MPa以下，隨著液限的增加，壓縮性也會增加，而且由于軟土的豎向滲透系數為10.5～10.9 cm/s,所以需要經過一個漫長的過程，自重作用下的土層才會達到完全固結的要求。

（5）抗剪切強度不高。我國軟土路基的天然排水剪切強度在20 kPa以下，有效內摩擦角為20°～350°，在荷載的影響下，軟土抗剪強度也會隨著軟土路基的排水固結而出現變化，固結速度越快，強度變化越明顯。

1.2 常見工程問題

（1）地基承載力和穩定性問題

在道路荷載（靜力和動力荷載）作用下，地基承載力不能滿足要求時，地基會產生局部或整體剪切破壞，影響道路的正常使用，引起道路破壞或邊坡失穩。

（2）沉降、水平位移及不均勻沉降問題

在荷載作用下（靜力和動力荷載），地基產生變形。當道路沉降或水平位移，或不均勻沉降超過相應的允許值時，將會影響道路的正常使用，甚至可能引起破壞。道路沉降量較大時，不均勻沉降往往也比較大，不均勻沉降對道路的危害較大。

2 城市道路軟土路基處理措施

2.1 軟土路基淺層處理措施

2.1.1 換土墊層法

對于軟基厚度較小的路段，挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實土，按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。干渣分為分級干渣、混合干渣和原狀干渣；粉煤灰分為濕排灰和調濕灰[2]。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量，常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。通常情況下，換土墊層法主要在開挖土方量比較大、基坑面積比較大的回填方工程中進行應用，一般在淺層軟弱地基和低洼區填筑區域施工，處理深度為2～3 m，比較適用于素填土、淺層非飽和軟弱土層、雜填土地基環境。

2.1.2 加筋墊層法

對于軟基層地基設計使用鋪墊材料的方法進行施工。鋪墊材料法指的是使用多層或單層土工織物進行鋪設，由于土工織物具有良好的抗拉強度、連續性、耐腐蝕性等方面的優點，通過使用鋪墊材料的方法進行施工，可以降低路基的不均勻沉降，提高路基的承載力。一般會使用土工格柵、土工布作為鋪墊材料，通過在軟土路基的表面進行鋪設，可以起到良好的排水、反濾、補強和隔離效果。在施工的過程中，會鋪設加筋材料組成筋墊層，從而提高路基的承載能力，增加壓力擴散角，適合各種類型的軟土地基使用。

2.1.3 沖擊壓實法

沖擊壓實法指的是使用振動的、揉擠的、恒定重量的、沖擊的壓實設備進行施工，達到提升路基承載力的目的。這種施工方法具有影響深度大、生產效率高等方面的優點。一般在處理特殊地基時會使用到這種方法，可以有效降低路基的沉降。

2.1.4 輕質填料法

在處理軟土路基時，常用的輕質填料處理法主要有粉煤灰處理、EPS處理和泡沫混凝土處理方法。

粉煤灰由于顆粒直徑比較小，表面積大，很容易和軟土拌合，而且由于粉煤灰屬于工業廢棄材料，對粉煤灰進行利用可以起到良好的環保效果，但需要注意粉煤灰層的包裹處理，避免出現污染物被淋濾下滲對地下水環境產生不利影響。

EPS材料又稱聚苯乙烯板塊，具有密度小、力學性能好等封面的優點，可以有效降低路堤的自身重量，降低路基的沉降量和壓縮變形模量。在施工時，考慮到材料的耐化學性、抗風化性和耐沖擊性差，需要將其埋入地下[3]。此外，由于材料自身的重量比較小，為了避免水的浮力將EPS路堤抬高，對路堤造成破壞，地表洪水泛濫的地區，不宜使用。

泡沫混凝土是使用氣泡群、水、水泥等材料按照特定的比例進行混合得到的一種水泥類環保材料，具有自身重量輕、壓縮性低、固化自立性、施工便利等方面的優點，作為輕質填料在高填方路段使用有不錯的效果。

2.2 軟土路基深層處理措施

2.2.1 排水固結法

對于沖填土地基和厚度比較大的飽和軟土地基，設計使用排水固結法進行加固，通過對排水條件進行改善，對排水井進行垂直布置，使用加壓抽氣抽水的措施來提高土體的強度，達到加固地基的目的。使用這種方法不僅可以有效提高土體的承載力，而且可以有效降低沉降。通常真空預壓、堆截預壓、電滲排水法是比較常用的排水固結法。一般情況下，排水固結法主要適用于對飽和軟弱土層進行處理，但是對于滲透性比較低的泥碳土來說要慎重使用。

2.2.2 深層攪拌法

水泥攪拌樁加固主要是利用加固土體的化學反應，然后使用機械設備將水泥噴入到需要處理的道路軟土路基中，在澆筑的過程中，要不停地進行上下攪拌，使水泥和土出現水解化的反應，組成膠凝體，最后形成結構穩定的整體，有效地對土體的強度進行提高，達到路基所需承載力的基本要求。

根據多年經驗，常規水泥攪拌存在以下幾個問題。

（1）均勻性差：無法充分攪拌土體，導致樁身強度低。

（2）受力不合理：樁徑自上而下完全相同，不能根據地基應力狀態合理布置樁形，樁身強度得不到充分利用。

（3）漿液上冒：施工過程中，在土壓力、孔隙水壓力、噴漿壓力以及攪拌葉片旋轉力相互作用下，水泥漿沿鉆桿上冒甚至冒出地面，無法就地攪拌，導致樁身上部水泥含量高及大量水泥漿的浪費。

對此，有關單位研發了釘形雙向水泥土攪拌樁，因為其具有雙向攪拌和可變樁形的特點，可避免常規攪拌樁存在的上述問題，具有良好的使用效果，大大拓展了水泥攪拌樁的使用范圍。

2.2.3 薄壁筒樁

薄壁筒樁派生于沉管灌注樁技術，采用自動排土振動灌注而成，具有施工工藝簡單、成樁速度快、質量易于控制等特點。薄壁筒樁屬于大直徑樁型，突破600 mm的限制，可充分發揮大直徑樁的穩定性和強度；擠土效應小，避免自身的位移和對周邊地基的形變；單樁豎向承載力較高，通過放置鋼筋籠，可以大大提高水平極限承載力；從施工角度看，薄壁筒樁是連續灌注而成，在中高頻率振動中起拔，樁的整體性和樁體混凝土質量較好，連續施工長度可達數十米。薄壁筒樁適用于軟黏土、黏土、砂黏土、砂礫土及風化嚴重的巖層，其中特別適用于軟黏土。

3 實際應用案例

3.1 案例介紹

溫州某應急道路的總長度為2 355 m，設計速度為30 km/h，紅線寬24～36 m，沿線有橋梁4座、箱涵1座，根據工期安排，需要在較短時間內完成工程建設，縮短路基處理的工期，因此在軟基處理上采取淺層、深層聯合處理。

3.2 道路軟土地基的具體設計

本次路基處理主要集中于橋頭接坡路段，填方小于等于3 m的采用攪拌樁處理；填方大于3 m路段采用φ500 mm攪拌樁+泡沫混凝土處理；兩座橋涵構筑物距離較短，整體填土較高的路段采用φ1 000 mm薄壁筒樁+泡沫混凝土處理。

根據地質報告計算，水泥攪拌樁間距取1.1～1.5 m，樁長控制在8～15 m；薄壁筒樁間距2.5 m，樁長控制在19～32 m。

泡沫混凝土根據所處的層位分別給定參數：路面底面以下0～80 cm，濕容重6.5 kN/m，28 d抗壓強度不小于0.8 MPa；路面底面80 cm以下，濕容重6 kN/m，28 d抗壓強度不小于0.6 MPa；流動度為180±20 mm。

3.3 建成后質量檢測

該工程于2013年2月建成通車，在一年多的運行后，經觀測除單獨采用攪拌樁處理段局部稍有沉降，其余高填路段、橋頭均未見明顯沉降出現，處理效果顯著。

4 結語

在城市道路工程施工的過程中，為了保證道路的使用質量和使用年限，要求處理后道路的沉降盡量減少，且具有良好的穩定性和地面強度，特別對于路基工作區來說，在保證路基的穩定性、路面強度以及達到行車的基本要求等方面有著非常重要的意義，需要根據具體的施工條件選擇良好的軟土路基處理方法，進而達到良好的治理效果。在選擇施工方法的時候，要進行環境因素、施工工期、工程造價等方面的對比，找出合理的路基處理措施。

[1]李朝陽.城市交通與道路規劃[M].武漢:華中科技大學出版社,2009.

[2]沈建武.城市道路與交通（第二版）[M].武漢:武漢大學出版社,2006.

[3]夏曉敬.基于快速城市化的城市出入口道路交通特性分析[D].重慶：重慶交通大學，2010.