淺談深厚軟土地基處理與路基設(shè)計(jì)

劉 波

(廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

由于目前許多城市建設(shè)中深厚軟土地基處理和路基設(shè)計(jì)技術(shù)尚不成熟，因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)加深這方面的學(xué)習(xí)。本文從技術(shù)、工藝與經(jīng)濟(jì)等方面出發(fā)，針對廣西南寧地區(qū)的道路橋梁設(shè)計(jì)工程的特點(diǎn)，總結(jié)多方面經(jīng)驗(yàn)來探討深厚軟土地基處理與路基設(shè)計(jì)等方面問題。

1 深厚軟土地基的概念與路基設(shè)計(jì)概念分析

1.1 軟土地基的概念分析

一直以來，國內(nèi)外的研究者對于軟土究竟是什么都有著不同的定義。在國內(nèi)《公路軟土地基路面設(shè)計(jì)與施工細(xì)節(jié)》一書中解釋了軟土的書面意義：軟土是一種含水量較大和靈敏度較高的土，其特點(diǎn)是含水量比其它類型的土高出30%，個別相對高品質(zhì)的軟土含水量要高出其它土300%。由于軟土的高含水量，使得軟土在地基建設(shè)時非常耐高壓并且具有一定的結(jié)構(gòu)性。同時軟土也存在著很多缺點(diǎn)：如強(qiáng)度低會導(dǎo)致道路發(fā)生變形和總體分布不均勻等現(xiàn)象，這是由于當(dāng)軟土地基的滲透性較低時，其豎向滲透系數(shù)一般在10-6到10-8cm/s之間，但其橫向系數(shù)是比較大的[1]。

1.2 路基設(shè)計(jì)概念分析

所謂路基設(shè)計(jì)是指按照規(guī)定的路線位置和技術(shù)要求，對路面建設(shè)基礎(chǔ)的構(gòu)造物或土與石料混合建造的線性結(jié)構(gòu)物等方面的設(shè)計(jì)。路基從材料角度上講可以分為石路基、土路基與土石路基三種類型。路基的責(zé)任很重大，巖石的自重和路面的承重力以及路面的車載壓力等方面對于路基的要求很高，路基是整個公路結(jié)構(gòu)組成部分的重中之重。標(biāo)準(zhǔn)合格的路基必須有一定的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，而且不會出現(xiàn)沉陷和形狀變形以及滑動等一系列病害現(xiàn)象。優(yōu)良的路基工程特點(diǎn)是工藝相對簡單但耗費(fèi)勞力較多，涉及面很廣且耗費(fèi)資金也比較多。路基工程的整個程序包括：路基前期設(shè)計(jì)、路基整體結(jié)構(gòu)與路基施工、路基后期養(yǎng)護(hù)等幾大方面。

1.3 深厚軟土地基的處理對路基設(shè)計(jì)的重要作用

一般的路基工程在施工及前期使用過程中很少會出現(xiàn)路基失穩(wěn)、破壞與變形的現(xiàn)象，也不存在施工機(jī)器和交通載荷對于路基的影響。但由于后期各種因素的影響難免會出現(xiàn)涵洞、擋土墻結(jié)構(gòu)以及橋臺的變形現(xiàn)象，因此，為了有效地減少路基工程后期出現(xiàn)變形、坍塌等現(xiàn)象的發(fā)生，首先要對于路基的基礎(chǔ)填充物“軟土”進(jìn)行嚴(yán)格的要求和把關(guān)[2]。在一些地區(qū)路基工程建設(shè)過程中會發(fā)現(xiàn)這樣的問題：路基原有的軟土層較厚、軟土面積較大而且建設(shè)時間比較久，這樣的工程要想將之后的施工量控制在一個合理的范圍是不太容易的，即使在當(dāng)時施工的階段可以控制好，對于后期的控制也很難把握。這就要求相關(guān)工作人員要進(jìn)行全方位的嚴(yán)格把關(guān)，無論是地基的橋頭搭板設(shè)計(jì)和后期的符合壓力預(yù)測還是路基養(yǎng)護(hù)等方面都要進(jìn)行多方面的綜合考慮。例如：對于一些軟土地基工程原來就有合適厚度的情況下，就不應(yīng)該再修建過高的路基，以免后期在交通負(fù)荷的狀況下出現(xiàn)路面不均勻的沉降和路面破壞等情況。

2 地基物理學(xué)指標(biāo)與深厚軟土地基的特殊性

2.1 深厚軟土地基的特殊性處理

深厚軟土是一種主要分布在沿海地區(qū)，深度達(dá)50～70 m，厚度≥20 m的特殊性軟土，對于這種軟土的處理成為國內(nèi)路基設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)中重要的待解決問題。可以從地基標(biāo)準(zhǔn)、地基性質(zhì)和環(huán)境的影響等方面因素深入研究地基處理的完整方案。在實(shí)際的施工過程中依照不同的地質(zhì)與外界條件，采用因地制宜的軟土地基處理方案。經(jīng)過實(shí)地工地走訪，對于地基的處理方法主要有兩種方法[3]：(1)復(fù)合型地基，它主要是由天然土體地基與人工增強(qiáng)體結(jié)合而成、天然土體地基與置換材料結(jié)合而成、改良的天然土體地基與嵌入的材料結(jié)合而成的多種類型結(jié)合的復(fù)合型地基。例如生活中常見的水泥土復(fù)合地基、樹根樁復(fù)合地基、碎石樁復(fù)合地基等等。(2)對天然地基土體土質(zhì)的改良，運(yùn)用灌填法、排水固結(jié)法、原位壓實(shí)法等方法進(jìn)行地基的改良。目前通過實(shí)踐得出結(jié)論，路基工程中最優(yōu)質(zhì)的實(shí)施方案是堆載預(yù)壓辦法，這種方法有加固效果好、工期消除后沉降標(biāo)準(zhǔn)明顯等特點(diǎn)，但這種方法對于工期時間的要求較長。

2.2 工程地區(qū)地基土的物理學(xué)指標(biāo)

廣西南寧地區(qū)氣候?qū)儆跐駶櫟膩啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候，位于北回歸線南側(cè)，常年雨量充沛、陽光充足、無雪少霜，氣候比較溫和。夏季降雨較多，空氣比較潮濕，冬季比較干燥[4]。依據(jù)相關(guān)的軟土地基工程勘察報(bào)告得出土層厚度和軟土地基的物理學(xué)指標(biāo)，如下頁表1所示。

表1 南寧地區(qū)地基土物理力學(xué)主要指標(biāo)表

從表1相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出該施工地區(qū)屬于典型的軟土地基，在路基工程施工過程中，要及時做好相關(guān)的排水工作，挖除相關(guān)表層的雜土之后，鋪上2～3層黏土作為后期結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)持力層，接下來路面的設(shè)計(jì)可采用瀝青混凝土的路面結(jié)構(gòu)。

3 軟土地基的設(shè)計(jì)處理標(biāo)準(zhǔn)

3.1 軟土地基的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

軟土地基的處理主要是為了控制工程后期的沉降問題。該地對于地基設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是：(1)瀝青路面設(shè)計(jì)的使用年限為15年；(2)容許工期后有沉降問題的發(fā)生，一般路段標(biāo)準(zhǔn)≤25 cm；路堤與橋臺相鄰處標(biāo)準(zhǔn)≤15 cm；(3)采用應(yīng)用力學(xué)法來計(jì)算穩(wěn)定的安全系數(shù)(F)，路堤穩(wěn)定安全系數(shù)(F)≥1.32；(4)軟土地基在處理后應(yīng)填軟土進(jìn)行預(yù)壓，接下來2個月的觀察沉降速率≤6 mm/月，標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到則可稱為穩(wěn)定路基；(5)對于路基填土沉降的控制，坡腳處水平位移≤0.6 cm/d，路堤中線地面沉降率≤1.5 cm/d。可以利用這些數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來控制軟土地基的施工建設(shè)[5]。

3.2 路段橋頭軟土地基工程后軟基處理判定標(biāo)準(zhǔn)

在軟土地基上修建路堤，前期需要對該地路基的穩(wěn)定性和地基承載力與沉降率進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)算，然后依據(jù)該地路基地質(zhì)的特點(diǎn)，結(jié)合該地區(qū)其他已完工工程的特點(diǎn)和情況，確定好路基填土的高度，進(jìn)行最終的準(zhǔn)確判斷和工程實(shí)施。依據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)得出，因軟土滲透系數(shù)小，導(dǎo)致在超負(fù)荷作用下固結(jié)的時間會很長。在工程施工期間的沉降率為25%，施工后15年使用期后的沉降率為65%，剩余完好路面的沉降率為15%。由此，得到這些路基的基本沉降率值后，就可以決定是否進(jìn)行地基的再次處理和修建[6]。詳情可見表2：

表2 路段與橋頭等地軟土路基處理判定標(biāo)準(zhǔn)表

3.3 深厚軟土地基的處理方法

國內(nèi)對于軟土地基的處理方法有超載預(yù)壓方法、堆載預(yù)壓方法、排水板豎向排水法和深層攪拌法等一系列方法。路堤堆載預(yù)壓法是一種比較經(jīng)濟(jì)有效的處理方案，這種方法的好處是當(dāng)工程出現(xiàn)沉降率不能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時，就可采用堆載預(yù)壓法，此種方案僅適用于工期時間充裕的工程；排水板豎向排水法則是運(yùn)用人為手段在軟土層中制造一個滲水通道，在路基上加快排水，這種方案對提高地基承載力和軟地基的排水加速有一定的作用；深層攪拌法是使用專用機(jī)器在深度和范圍較大的軟土和水泥、石灰中進(jìn)行充分?jǐn)嚭停罱K形成高強(qiáng)度的樁體和軟土復(fù)合地基。這種方案的使用可以提高地基的承受力及有效減小沉降量。同時，此種方法的地基處理可以使土的壓縮性減小，水泥的固化時間變短，最終在短時間內(nèi)有很好的地基加固效果[7]，但是這種方案資金需求較高，比較適用于工期緊張或?qū)Τ两德室蟾叩墓こ獭Ｏ嚓P(guān)工作人員在軟土地基方案的選擇時，應(yīng)依據(jù)地區(qū)水土、材料、地質(zhì)和施工環(huán)境以及施工條件進(jìn)行深入研究，最終結(jié)合相關(guān)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行地基設(shè)計(jì)方案的確立。

4 結(jié)語

總而言之，一直以來軟土地基處理與地基設(shè)計(jì)都是一個十分復(fù)雜的問題，并沒有完全固定的設(shè)計(jì)方案。在軟土地基的處理和地基設(shè)計(jì)上，應(yīng)選用動態(tài)的、適合的方案，相關(guān)計(jì)算工作是非常繁雜且重要的，需要相關(guān)工作人員要非常認(rèn)真并掌握一定水準(zhǔn)的技能。

[1]艾華清.淺析高速公路路基設(shè)計(jì)及軟土地基的處理[J].民營科技，2016(2)：151.

[2]劉 超.淺談鐵路軟土地基路基設(shè)計(jì)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014(34)：23-24.

[3]王曉娜.淺析道路軟土路基處理方法[J].工程技術(shù)：全文版，2016(12)：149.

[4]吳 浩.淺談軟土路基評價及處理技術(shù)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015(10)：45-46.

[5]齊典永.公路路基設(shè)計(jì)及軟土地基處理[J].城市建筑，2015(33)：298.

[6]邱 晶.公路路基設(shè)計(jì)及軟土地基處理[J].大科技，2014(18)：33-34.

[7]孫展望.淺談山區(qū)公路軟土地基處理設(shè)計(jì)[J].城市建筑，2016(11)：131.