市政路橋工程施工中軟土地基處理技術特征探討

(中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司,云南昆明 650051)

據2019年交通部數據我國高速公路通車總里程已經大于20000公里，而其中部分高速公路隨著經濟和運輸量的發展已經達不到使用要求，對其進行有效擴建是必須解決的民生問題。市政路橋修建要堅持高質量，安全第一的思想[1]，修建時要根據具體地質條件和當地環境以及巖土勘察為背景進行設計與施工。我國云南省準備修建的市政路橋工程中很大一部分為軟土地基，這些市政路橋工程修建必須要保證高質量的路基，而其中最主要的問題就是整體穩定性和路基沉降問題。

1 軟土地基施工存在問題分析

1.1 沉降量大

按照巖石礦物實驗總結，在軟土地層中，天然水含量占比一般大于45%，在云南某些特殊地區，軟土地基天然水含量大于150%，而軟土地基中含水量與地基的承載力關系呈反比例函數關系，地基中含水量越高則地基承載力和地基穩定性越差，同時軟土流變性和不均勻性等工程病害也呈現出來[2]。在實際工程中則表現為內部結構力或整體結構剪切力大于地基承載最大力，工程將會發生坍塌和變形，市政路橋工程表面可能發生裂縫或斷裂，假如未及時發現沉降問題，則會發生重大交通事故或安全事故，所以大沉降是軟土地基最易發生的安全問題。

1.2 壓縮性大

由于軟土地集中有機物質含量較大，軟土呈現出松軟的狀態，并且土質的孔隙較大，因此，勢必要采取相應的處理措施針對軟土地基進行大范圍的壓縮，尤其是在市政路橋工程中，倘若沒有很好地處理好軟土地基所具備的較強壓縮性[3]，會降低工程的耐久性，同時對周圍的建筑物以及道路自身的安全性造成很大的影響，導致路基坍塌、邊坡錯位以及地面沉降等現象的發生，給人們的出行造成困擾，甚至引起不必要的安全事故。因此，市政路橋工程在施工過程中應該重視軟土地基具備較強壓縮性的特點[4]。

1.3 承載力弱

含水量大和孔隙率大使軟土地基強度弱，壓縮性強，這些條件都使巖層的強度減少，地基整體承載力差，當承載量大于軟土地基最大承載力時，軟土地基會不斷被壓縮，地基的局部沉降量變大，整體言行穩定性和結構強度收到影響，路橋工程會產生大面積沉降，導致路橋工程產生安全事故[5]。

2 軟土地基處理新技術分析

2.1 新技術特征

軟土地基在施工過程中發現的沉積量大，壓縮性大整體地基安全性較差的問題使軟土地基處理需要更加穩定的技術，因此筆者將工程實例中的施工經驗進行總結，提出一種復合地基的新的地基處理方法，這種新技術采用混凝土和鋼性樁體為材料進行地基處理加固，其原理圖見圖1。復合地基新技術具有以下優勢：

圖1 剛性樁-水泥土攪拌樁復合地基示意圖

（1）當上覆地層和建筑物的大質量施加在樁體時，樁體發生位移，整樁會產生向下位移，樁體在下降過程和周圍圍巖的巖體產生摩擦，阻力使樁體結構穩定性增強，提高樁體本身的結構強度和穩定性[6]。

（2）混凝土的加入使軟土地層結構進行改變，軟土底層整體穩定性和結構性變大，混凝土固結過程是個近似彈性過程，在軟土層中會因為固結程度不一樣發生孔隙壓力差的現象，孔隙壓差會使樁體下覆巖層更快固結。

（3）混凝土本身的性質使固結后的軟土底層更加堅固，抗剪強度，彈性模量，抗壓強度等都大幅提高，力學性質增強幾十倍，在孔隙中加入固化劑，當當固化劑摻入比αw>5%時，加固土無側限抗壓強度qu可達500～4000kPa，相應抗拉強度σ1=(0.15～0.25)qu，粘聚力c=(0.2～0.3)qu，摩擦角Ф變化于20°～30°之間，變形模量E50=(120～150)qu。從現場數據可以看出混凝土的摻入量和改后巖層強度呈正比，隨著混凝土的加入增加抗滲系數由原狀土的10-7cm/s下降為（10-7～10-11）cm/s數量級。

2.2 承載力計算和模型

未經處理過的軟土地基承載力為fak。樁體的橫截面面積為Apl，樁體的橫截面面積的平均置換率為m1，每個樁體的獨立承載力特征值為Ral，未經處理過的軟土地基承載力特征值計算過程如下[7]：

公式（1）中：

α1—周圍巖體和土質強度的提高系數，該系數受樁體材料，樁體間距離，樁體形狀和尺寸影響，成樁工藝不同α1取值也不同，本文中取1；

β1—為樁間土承載力發揮系數，一般β1≤1；

Ap2—水泥攪拌樁的斷面面積；

m2—平均面積置換率；

Ra2—單樁承載力特征值。

水泥攪拌樁的斷面面積為Ap2，平均面積置換率為m2，單樁承載力特征值為Ra2。水泥土攪拌樁與承載力特征值為fspk1的等效天然地基復合后的承載力，即

式中：

fspk—為水泥土攪拌加芯樁復合地基承載力特征值；

α2—為樁間土承載力提高系數，與土性和剛性樁成樁工藝及樁徑、樁距有關。對非擠土成樁工藝，α2=1；

β2—為樁間土承載力發揮系數，一般β2≤1。

3 對軟土地基新技術實驗驗證

實驗驗證以云南某在建工程為例，為擬建建筑工程是由6棟6躍7F底商框架結構住宅樓及3棟1-2F商業用房組成，屬一般民用建筑物，南接旅游環線，交通方便。用地總用地面積13274.01m（2合19.91畝），建設工程場地地形相對平坦，地面標高1327.99-1325.59m，相對高差約2.40m，地勢開闊，在地貌上屬于河流侵蝕堆積成因階地地貌單元。建筑整體結構為鋼筋混凝土架構結構，屋頂為鋼結構全鋼蓋，柱網結構設置8m*8m。工程采用水泥土攪拌加靜壓預制管樁復合地基，預制管樁徑Φ500，樁長37m，樁端進入3層礫石，通過實驗靜載曲線圖（見圖2）分析發現，符合建筑設計標準[8]。

圖2 靜載試驗曲線圖

4 結論

文章以云南某路橋工程為例，工程地質背景復雜，地層均為第四紀粘土層，巖層塑性大，對施工來說屬于難度較大地層條件。筆者先將市政路橋施工中軟土地基處理的難點進行分析總結，根據分析的施工難點進行軟土地基處理新技術分析和應用，在軟土分布地區采用由剛性樁、水泥土攪拌樁及樁間土組成的復合地基，通過剛性樁和水泥土攪拌樁的施工，實現對樁間土的擠密加固，充分發揮和利用地基土的承載潛力，提高了軟土地基的承載力。最后通過載荷實驗分析對新技術進行驗證，實驗結果表明采用由剛性樁、水泥土攪拌樁及樁間土組成的復合地基承載力更高遠超工程施工標準，可以將此方法在后續實驗中進一步改進。