膨脹性軟土地基處理與實例分析研究

杜巍林

摘 要：南寧市以高海拔平地為主的地層，主要為賦存穩定的淤積第四系為主。因為第四系土層較軟，流沙層賦存穩定，地下水補給系統較為完整，所以，文章研究方法以劃出孤立地下水控制塊切斷膨脹土的膨脹動力。在較復雜第四系上施工高標準道路，必須嚴格控制施工質量，才可以保證膨脹土在道路基礎部分的膨脹率在控制范圍內。

關鍵詞：地下水活動；軟土；地基處理；實例分析

引言

南寧位于廣西壯族自治區南部偏西，位于東經107°45′～108°51′，北緯22°13′～23°32′之間。南寧地貌以高海拔平地為主，北部有頂部海拔600米低山一座，東部分布較低丘陵若干。山地及丘陵占市區總面積的20%左右。西江自西而東穿過南寧市區，另有郁江、右江、左江、紅水河、武鳴河、八尺江等在區域內流經或者匯集。南寧市平地第四系較厚，90%以上平地第四系厚度0.6米以上，40%以上的平地第四系厚度在2.0米以上。但同樣因為南寧地區豐富的水系和相對肥沃的土壤，南寧地區往往需要在流動性和膨脹性較強的土地上進行施工。

1 工程概況

本研究工程為某二級公路系統，公路連接永安路與X027縣道，永安路是連接西寧市政道路與G7211機場高速的主要道路，而此公路雖然在較厚的第四系土層上建設，但其主要功能是聯結馬頭山開發區與G7211機場高速及西寧市區。道路寬度30米，長度3千米，設計通車量每天7000輛。

工程壓覆第四系土層厚度3.6～7.2米，以道路中線兩側擴展1500米為考察區，考察區內第四系厚度0.6～11.4米，豐水期區域內淺層地下水受到西江等水系直接補給，枯水期區域內淺層地下水向西江等水系反補給，所以區域內淺層地下水埋深變化幅度在地表下4～8米變化。這使得工程區域地陷地質災害嚴重，土壤的周期性膨脹壓力對道路路基的損壞作用較為嚴重。

地表以下約1.3～1.5米有1層賦存穩定的含水流沙層（底板），該流沙層厚度0.2～0.3米深，是地表土壤含水量補給的主要脈絡。

2 土基礎處理方法

2.1 土基礎處理

將表土剝離約1.5～1.6米深，完整揭露流沙層底板，將底板土地使用手推式夯土機打實，進而使用振動式13噸三軸羊足壓路機壓平。使用地平儀測量該水平距離設計標高的距離，使用粒度0.5mm以下的粉煤灰拌合粒度2～4mm的石粉壓實到-1500標高。以上形成本工程的土基礎。

2.2 地下水控制

道路中心線兩側18米采用0.8米排距深孔劈裂水泥注漿，形成阻水層，因為地下水補給方向與道路走向一致，所以阻水層的設置對地下水的自然流向影響較小。

2.3 三合土基礎設計

阻水處理之后的土基礎具有了一定的穩定性，其地下水擾動較小，所以上覆各層主要目的為吸收和抵抗土基礎的小幅度膨脹及變形帶來的形變。I層是在粉煤灰基層上鋪設生石灰80mm，使用壓路機軋實到20mm，部分生石灰滲入粉煤灰層。生石灰可以有效吸收施工過程中進入到基礎內的水分，形成水合物，構成致密的阻水層。所以鋪設過程中，生石灰不需要單獨補水。生石灰上鋪設三合土并逐步軋實至-500標高。三合土是I層的主要材料，其可塑性好，承載力大，可以較大幅度的吸收基礎形變。三合土采用粒度35～50mm的石灰巖骨料、配合粒徑4～6mm的石粉、摻入黏土中攪拌形成。軋實后，1.0米厚度的三合土可以吸收90%以上的參與形變。

2.4 硬化基礎設計

硬化基礎利用其剛性對抗膨脹土基礎的形變問題，雖然正常狀態下年周期變化幅度100mm左右的土層在經過2.1～2.3階段處理后，其變化幅度遠小于10mm，但如果直接在三合土基礎上鋪設瀝青路面，此變化幅度也會對瀝青路面帶來致命的擾動。文章設計300mm厚度的鋼筋混凝土硬化基礎，分2層鋪設，每層厚度150mm，每層底部20mm布置8mm圓鋼作為骨架的鋼筋編網作為抗拉支持系統。編網采用200mm×200mm的正方形網格，使用2#扎絲扎緊。混凝土采用C25預拌混凝土澆筑，使用振動棒搗實，頂部機械輔助抹平。

2.5 瀝青路面

使用防水改性瀝青路面鋪設2層共100mm，形成本項目路面。

3 問題及對策分析

3.1 膨脹土的應變影響無法徹底避免

本研究方法，完全避免了1.5m流沙層以上膨脹土變化給路基帶來的影響，阻斷了10米深度以內的淺層地下水活動，但從仿真分析來看，此方案仍然會形成10mm左右的路基應變，應變過程存在約5%的不均一性，導致路面可能發生較強的剪力。本設計路面為分列式路面，中間設立安全島隔離帶，減小了單一混凝土塊的跨度，以求減輕這種不均一性。同時，在路面上每隔30～50米設立泄壓槽，使得路快寬度孤立為8×50米，最大程度上減輕了道路變形壓力。

3.2 施工質量削弱地質災害防御

本系統可能出現以下施工質量問題導致基礎地質災害防御能力，導致道路基礎的膨脹壓力控制力減弱。

3.2.1 夯實不徹底

路面夯實過程是本工程執行的重點，如果夯實過程不能使土基礎達到足夠的密實度，會使得地下水控制作用減弱。而夯實不徹底帶來的地下水作用增強導致的路面土基礎膨脹過程加劇，很容易損壞路面。此問題對策只有加強施工質量管理，采用逐層審核和篩查的方式，找到施工質量問題，防止出現因為上覆路面施工掩蓋下層路基問題的情況。

3.2.2 筑路材料配比問題

施工用到的隔水砂層、三合土、混凝土、改性瀝青都牽扯到材料配比問題，只有嚴格工程質量管理對材料配比嚴格控制，才可以在源頭上解決施工質量問題。

3.2.3 路面鋪設過程中混入雜物

因為大部分道路的鋪設過程都允許行人就近通過，這個過程嚴重擾亂路面的整潔度，不少煙盒、塑料袋、塑料瓶等雜物會在施工基層上丟棄，甚至不少生活垃圾也會在路面基層上傾倒。這些雜物對路面施工質量帶來較嚴重的問題。建立施工場地行人管理制度，請交通及公安機關協助管理隨意破壞施工的周邊居民及行人，是減少路面雜物的有效措施。同時施工過程中也應該嚴防其他建筑材料及移出物混入路基表面。

3.2.4 過水地鋪設或者下層路面被破壞

因為中途出現降水等強對流天氣可能造成路面的積水和積雪，這種狀態下直接進行施工，會直接擾亂拌合物的穩定性和配比，嚴重時可能造成其應力應變特性發生變化。路面因為外力及不當施工也可以引起損壞，損壞過的路面必須經過修復和鑒定后才可以繼續下一步施工。

3.2.5 建材質量問題

道路路基施工過程中使用到的石子、石粉、生石灰、鋼筋、水泥等建材，較容易出現不健康供應鏈帶來的建材質量問題，這些質量問題可能從源頭上直接影響施工質量。嚴格招投標制度，嚴防招投標腐敗過程，堅決打擊在招投標過程中認為干涉招投標結果的企業工作人員，是實建材現質量管理的唯一有效途徑。

4 結束語

總之，針對較厚第四系且具有膨脹風險的土層施工較高級別公路，具有一系列行之有效的工程方法。但是這些工程方法施工過程相對復雜，施工過程較難控制，施工方必須具有完善的工程質量管理能力才可以保證施工過程的安全高效。同時，道路基礎施工是本系統防止土層膨脹帶來的基礎破壞。

參考文獻

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