軟土地基處理及監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

王霞

（中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海　200063）

軟土地基處理及監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

王霞

（中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200063）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于公路施工中的軟土地基的處理已經(jīng)取得了極大的進(jìn)步。而軟土地基技術(shù)的進(jìn)步，不但直接聯(lián)系到公路施工質(zhì)量，同時(shí)也對(duì)后期的維護(hù)惡化安全問題有諸多影響。因此，在分析軟土地基處理技術(shù)與應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)某一具體的路堤施工監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析，以期對(duì)后續(xù)的軟土地基處理有更多的幫助。

軟土地基；處理；監(jiān)測(cè)技術(shù)

軟土，從廣義的角度來看，就是壓縮性高、強(qiáng)度低的軟弱土層。在軟土地基上修筑路基，如果沒有進(jìn)行處理，就會(huì)出現(xiàn)路基失穩(wěn)或者過量沉陷的問題，導(dǎo)致公路破壞或者是公路無法正常使用。一般將淤泥質(zhì)土、淤泥及黏性土稱之為軟土。軟土獨(dú)特性在于孔隙較大，天然含水率高。其含水量在35%～72%，孔隙比在1.0～1.9，飽和度大于95%，塑性指數(shù)為13～30。所以，在公路路基的施工中，必須重視公路路基的處理及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)。

1　公路施工軟土地基處理技術(shù)及應(yīng)用

1.1強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法

在公路施工中，可以通過強(qiáng)夯法來進(jìn)行軟土地基的處理，這是非常常見的。強(qiáng)夯法施工所使用的設(shè)備非常簡(jiǎn)單，同時(shí)也具備明顯的效果，施工速度較快，擁有明顯的經(jīng)濟(jì)性，使得這一項(xiàng)處理技術(shù)得到了廣泛的推廣。最近幾年，在公路工程中搶行置換法也得到了一定程度的使用，但強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法的加固機(jī)理尚存在一定的差異，這樣也使得應(yīng)用的范圍存在一定的變化，強(qiáng)夯置換法在黏性相對(duì)較高的地基中應(yīng)用效果更為明顯［1］。

1.2表層處理法

表層處理法主要是通過在軟土地基表面添加材料，同時(shí)做好排水處理，這樣就可以提升地基表面的強(qiáng)度，進(jìn)而更好地處理地標(biāo)軟弱的情況。同時(shí)，也可以避免地基剪切變形的情況發(fā)生。在施工中，機(jī)械的使用也便于地基處理。表層處理法主要是對(duì)表層做好排水處理，同時(shí)進(jìn)行砂墊。在排水過程中，應(yīng)處理其中含水量較大的軟土地基，并且在排水的過程中開挖一個(gè)溝槽，這樣可以方便排出表層的水。布置溝槽需要合理考察當(dāng)?shù)氐牡匦危苊獬霈F(xiàn)沉降。針對(duì)含水量較大但土層本身較薄的軟土地基，可以通過砂墊法來進(jìn)行處理。在施工過程中，也可以通過鋪設(shè)一定厚度的砂墊，來達(dá)到降低地基含水量的目的。同時(shí)，也可以對(duì)軟土層做好固結(jié)處理。在施工過程中，砂墊法海可以進(jìn)行樣板的設(shè)放處理，并在施工過程中也可以讓自卸汽車與推土機(jī)更好地進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，以保證攤鋪的均勻一致。另外，嚴(yán)格地篩選攤鋪過程中所使用的材料，才能夠滿足施工效果的要求。

一般主要是選擇水泥穩(wěn)定土和改良土等，改良土在地基中會(huì)摻入6%左右的石灰，這樣的操作方式造價(jià)低、操作簡(jiǎn)單。對(duì)于水泥穩(wěn)定土，可以在黃土中摻入3%～5%的水泥，但是造價(jià)相對(duì)偏高。另外，黃土中摻入10%～12%的石灰，也是較為常用的一種方式。其中，水泥穩(wěn)定土主要是在工期緊迫時(shí)使用，這樣可以確保在最短的時(shí)間內(nèi)滿足地基固化的要求。

1.3高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法是在土層預(yù)定的深度埋設(shè)帶有特殊噴嘴的注漿管，然后通過高壓噴射流的方式，將土體與固化漿液相互混合，是地基土體凝固硬化加固的方法。一般在黏性土、淤泥質(zhì)土、人工填土、砂土等地基中使用。在意大利、日本等國(guó)家，高壓噴射法發(fā)展較快［2］。

2　公路路堤施工監(jiān)測(cè)技術(shù)

按照工程進(jìn)港道路采用城市主干道及一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。路基全寬為33.5m，行車速度設(shè)計(jì)為60km/h，其中行車的寬度為24m/2幅，中央隔離帶4m，兩側(cè)的土路肩寬0.75m。

2.1軟基路堤施工沉降觀測(cè)

受到路堤填土荷載的作用，地基土體的固結(jié)及側(cè)向位移會(huì)導(dǎo)致豎向變形出現(xiàn)，從而引發(fā)地基沉降，土地本身的固結(jié)與時(shí)間有著相互的關(guān)聯(lián)，而土地的側(cè)向位移主要是在加載中及加載結(jié)束后發(fā)生的。加載路堤填土，考慮到淤泥質(zhì)軟土本身的滲透性偏小，其孔隙中排出水較為緩慢，地基沉降一般是因?yàn)橥馏w側(cè)向位移引起的，所以固結(jié)能夠產(chǎn)生的沉降不大。另外，在加載路堤填土?xí)r，如果出現(xiàn)軟土地基塑性變形，在很短的時(shí)間內(nèi)，就會(huì)發(fā)生較大的地基沉降，增大其沉降速度，而過大的沉降速率會(huì)導(dǎo)致地基失穩(wěn)的情況發(fā)生。所以，需要控制加載過程中的沉降觀測(cè)。

工程實(shí)踐表明，在加載路堤填土?xí)r，當(dāng)出現(xiàn)15mm/d的地基沉降速率或者更大時(shí)，就可能破壞地基的穩(wěn)定性。但是也有個(gè)別的情況，當(dāng)處于10mm/d時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象。所以，對(duì)于地基沉降速率產(chǎn)生影響的因素很多，所以生搬硬套是不安全的。地基沉降的速率還會(huì)隨著壓縮性、固結(jié)特性、荷載大小等情況而發(fā)生變化，對(duì)于這里所說的沉降速率的控制，也不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的一個(gè)常數(shù)。對(duì)于地基軟弱但排水條件良好的區(qū)域，可以選擇較大的沉降速率控制指標(biāo)；如果排水條件不好，且地基相對(duì)不軟弱，則可以選擇較小的沉降速率控制指標(biāo)［3］。

2.2K2+850斷面軟土地基監(jiān)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

淤泥質(zhì)軟土是依托工程中最典型的軟土類型，從K2+770至終點(diǎn)段為新建公路，沿線分布有藕池、稻田、魚塘。K2+850斷面淤泥質(zhì)土呈軟塑和流塑狀。厚度1.5～12.0m，土質(zhì)疏松，富含有機(jī)質(zhì)，物理力學(xué)性能差，承載力極低，僅40～55kPa。

對(duì)于K2+850斷面設(shè)計(jì)填土，其高度為5.5m，在完成了拋石擠淤之后，在次日將觀測(cè)的儀器埋設(shè)完畢，開始進(jìn)行觀測(cè)。從路堤填土施工開始，通過半年的時(shí)間分4級(jí)間斷來進(jìn)行填土的加載處理，等待填土達(dá)到設(shè)計(jì)的高度之后，其填筑的曲線如圖1所示。

圖1　路堤填筑時(shí)程曲線

2.2.1地表沉降監(jiān)測(cè)。在進(jìn)行拋石擠淤處理過程中，應(yīng)將3套靜力水準(zhǔn)儀埋設(shè)在奠定觀測(cè)斷面K2+850的兩側(cè)路肩和斷面種養(yǎng)，然后進(jìn)行沉降觀測(cè)［4］。靜力水準(zhǔn)儀所測(cè)得的沉降時(shí)間曲線和沉降速率曲線見圖2和圖3。

圖2　K2+850斷面累計(jì)沉降曲線

圖3　K2+850斷面沉降速率曲線

在進(jìn)行路堤填筑時(shí)，通過3個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降累計(jì)曲線就可以看出，隨著填土高度的增加，沉降也會(huì)呈現(xiàn)階梯狀的增長(zhǎng)，并且各個(gè)測(cè)點(diǎn)發(fā)生沉降的規(guī)律相似，在分級(jí)加載情況下，軟土地基的沉降變化特點(diǎn)也完全反映出來。對(duì)于不同點(diǎn)的沉降值，就可以發(fā)現(xiàn)其具體的沉降情況存在一定的差異。在整個(gè)過程中，沉降值最大的是左側(cè)的沉降板，然后是中間，右側(cè)最小，呈現(xiàn)出朝著右側(cè)傾斜的情況。這主要是因?yàn)楦鱾€(gè)測(cè)點(diǎn)地質(zhì)條件的差異所導(dǎo)致的。在沉降速率曲線圖中，從時(shí)間和空間的分布情況來看，其沉降速率特點(diǎn)如下：①在0～70d和170～190d，沉降增長(zhǎng)最快，因?yàn)檫@時(shí)候填土還處于加載的狀態(tài)，表明是地基失穩(wěn)最頻繁的階段，需要做好觀測(cè)；②與累計(jì)沉降分布的情況一致，左側(cè)的沉降速率最大，然后是中間，右側(cè)最小；③有2處沉降速率超出10mm/d，一處是0～10d左側(cè)沉降板附近，其填土高度為1.4m，雖然最快的時(shí)候，其沉降速率可以達(dá)到30mm/d，但主要是因?yàn)樘钔恋淖灾貙?duì)于軟塑狀態(tài)下的淤泥質(zhì)黏土的擠淤所造成的，對(duì)整體的穩(wěn)定性不會(huì)產(chǎn)生影響；第二次是在40d時(shí)，中間與左側(cè)的沉降速率都超出10mm/d，填土高度為2.8m，這時(shí)的軟土地基接近極限應(yīng)力，并且實(shí)際情況也是這樣。第40天之前出現(xiàn)路基垮塌的情況，沉降速率接近10mm/d，這時(shí)需要停止加載，等待下降到正常值之后再開展后續(xù)的施工。

2.2.2孔隙水壓力監(jiān)測(cè)。圖4所表示的是軟土陸地中心距離地表下的3m和4m淤泥質(zhì)黏土中孔隙水壓力在施工中及預(yù)壓階段的實(shí)際變化情況。

圖4　K2+850斷面孔隙水壓力曲線

從圖4曲線可以看出，其孔隙的水壓力變化規(guī)律如下。

第一，在3m和4m深處的孔隙水壓力曲線接近于平行，兩者的變化規(guī)律也是相類似的。

第二，隨著路堤填土高度的增加，其孔隙水壓力呈現(xiàn)出鋸齒狀的變化。在加載過程中，孔隙水壓力會(huì)急劇增加，在施工停止后，孔隙水壓力會(huì)逐漸恢復(fù)到初始狀態(tài)，并且一致反復(fù)。但隨著填土高度的增加，這一種變化會(huì)逐漸減弱，到175d時(shí)，就會(huì)完成最后一級(jí)路堤的加載，但其孔隙水壓力不會(huì)出現(xiàn)明顯的變化。

第三，在觀測(cè)末期，土中孔隙水壓力要比初觀測(cè)值小。按照有效應(yīng)力原理及太沙基固結(jié)理論，由于飽和土體受到外力的作用，超孔隙水壓力全部承受最初的土中應(yīng)力，而水壓力值也會(huì)隨之增加；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，超孔隙水壓力會(huì)隨著排水土中的水而逐漸轉(zhuǎn)變成為有效的應(yīng)力，降低水壓力，但是因?yàn)橛倌噘|(zhì)黏土本身的透水性較差，超孔隙水壓力在土中消散較為緩慢，并且也很難降低到?jīng)]有受到外力作用的水平下。其具體原因主要表現(xiàn)在：①孔隙水壓力計(jì)本身的強(qiáng)度和耐久性不足，導(dǎo)致在觀測(cè)末期已經(jīng)喪失了基本的功能，對(duì)于175d附近土中的孔隙水壓力變化情況無法作出準(zhǔn)確的測(cè)量；②靜水壓力會(huì)隨著地下水位下降而減小，這樣就使得土中的孔隙水壓力比最初的觀測(cè)值小［5］。

從0～80d的孔隙水壓力曲線來看，呈現(xiàn)急劇增長(zhǎng)的有2處，即0～5d和57～60d兩個(gè)階段，這一個(gè)階段應(yīng)停止填土；在40d附近的孔隙水壓力本身增長(zhǎng)相對(duì)平緩，按照規(guī)則，可以對(duì)其繼續(xù)進(jìn)行加載處理，但這時(shí)的路堤已經(jīng)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。事實(shí)表明，實(shí)時(shí)測(cè)得的孔隙水壓力最好不作為軟土地基控制的依據(jù)。

3　結(jié)語

公路工程施工對(duì)于社會(huì)進(jìn)度與經(jīng)濟(jì)發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，那么，在公路施工過程中就應(yīng)重視施工質(zhì)量。在公路施工過程中，難免會(huì)遇到軟土地基的施工。在進(jìn)行軟土地基的施工過程中，就應(yīng)保證施工的質(zhì)量，做好軟土地基的適當(dāng)處理，再配合上一定的監(jiān)測(cè)，就能夠確保公路施工的整體質(zhì)量，滿足后續(xù)的運(yùn)營(yíng)要求。

［1］何寧，高凱，王國(guó)利.公路軟土地基處理設(shè)計(jì)方法探討［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2010（6）：18-21.

［2］吳金火生.淺議公路施工中的軟土地基處理技術(shù)［J］.中華民居，2013（2）：325-326.

［3］李愛閱.市政公路工程軟土地基處理技術(shù)研究［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（6）：93-94.

［4］黃瑞章.道路工程軟土地基處理方案選擇研究［D］.福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2013.

［5］陶彥.大連濱海軟土地基處理方法及評(píng)價(jià)［D］.阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2012.

Study on Treatment and Monitoring Technology of Soft Soil Foundation

Wang Xia
（Middle Ship Survey and Design Research Institute Co.Ltd.，Shanghai 200063）

Along with the advance of science and technology，processing for highway construction in soft soil foundation has made great progress.And progress of soft soil foundation and technology，not only directly link to highway construction quality，but also have many effects on later maintenance deteriorating security issues.So，based on the analysis of soft soil foundation treatment technology and application，monitoring technique for a concrete embankment construction was analyzed，in order to have more help for the subsequent treatment of soft soil foundation.

soft soil foundation；treatment；monitoring technology

TU753

A

1003-5168（2016）07-0117-03

2016-06-20

王霞（1984-），女，本科，工程師，研究方向：工程檢測(cè)。