軟土路基常用處理辦法及適用范圍

樂浩

軟土路基常用處理辦法及適用范圍

樂浩

（安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

沿海、沿江地區(qū)由于地下水位較高，地基土常年被水浸泡，地質(zhì)中常存在淤泥質(zhì)土、淤泥等軟弱土層。這些區(qū)域路基土層原始地基承載力低、壓縮性大，容易造成路基沉陷、滑移，施工中應(yīng)首先對(duì)該類土層進(jìn)行加固處理。采取適宜的處理方法不僅能節(jié)省工期，還能節(jié)約工程造價(jià)。

淤泥質(zhì)土；淤泥；處理方案；適用范圍

淤泥質(zhì)土、淤泥為最常見的軟弱土層，呈流塑、軟塑狀態(tài)，最明顯特征為含水量大、孔隙比大、可壓縮性高、承載力低。在軟土層上修建道路，如果不能采取有效、妥善的處理措施，道路會(huì)在路基堆載過程中發(fā)生沉陷、失穩(wěn)現(xiàn)象。即使勉強(qiáng)道路路基堆筑成功，道路也會(huì)在路堤荷載、車輛荷載等長(zhǎng)期作用下發(fā)生整體沉降、局部沉降、滑塌等病害，從而導(dǎo)致路面開裂、管道斷裂、路面整體塌陷，影響道路正常使用以及行車安全。

目前，國(guó)內(nèi)常用的淤泥質(zhì)土層、淤泥層處理辦法有堆載預(yù)壓排水固結(jié)法、真空預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、水泥攪拌樁、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法及剛性樁復(fù)合地基等。

1 軟土地基處理原則

軟土地基處理原則包括：①確保地基處理后滿足本工程建設(shè)的承載力要求、工后沉降要求以及穩(wěn)定性要求；②確保地基處理后滿足國(guó)家《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范的要求；③結(jié)合不同結(jié)構(gòu)形式、不同結(jié)構(gòu)部位、不同類型荷載及不同埋深等因素，因地制宜地綜合分析、比較，從而確定出可靠度高、施工進(jìn)度快、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的軟土地基處理方案；④采用的軟基處理措施施工工期能夠滿足總的施工進(jìn)度要求。

2 常用處理方案對(duì)比

2.1 堆載預(yù)壓排水固結(jié)法

堆載預(yù)壓法是一種常用的、傳統(tǒng)的做法，也是較為經(jīng)濟(jì)的一種軟土地基的加固方法。其原理是在軟土地基表面堆填路基材料，經(jīng)一定時(shí)間重力作用，軟土中部分水分和空氣被擠壓出來(lái)，土壤顆粒靠攏，密實(shí)度增大，含水量減少。通過在軟土層中鋪筑一定長(zhǎng)度的排水板或砂井，形成豎向排水通道，縮短排水距離，有效提高土體固結(jié)速率，使其孔隙比減小，抗剪強(qiáng)度提高，以達(dá)到提高地基承載力、減少工后沉降的目的。

2.2 真空預(yù)壓法

真空預(yù)壓法是通過預(yù)先在軟土內(nèi)施加預(yù)壓荷載和在軟土中插設(shè)一定深度和間距的塑料排水板形成豎向排水通道來(lái)加速軟土孔隙水的外排和軟土的固結(jié)沉降，通過射流泵將土層中空氣抽出形成負(fù)壓，從而達(dá)到提高軟土強(qiáng)度和降低其工后沉降及差異沉降的處理目的。真空預(yù)壓的預(yù)壓荷載為抽真空形成的負(fù)壓，可一次性、連續(xù)施加，預(yù)壓期間不存在穩(wěn)定問題。

2.3 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是利用起重設(shè)備將重錘升至一定高度，然后讓重錘自由下落，在重錘的自身重力及沖擊力下使土體密集、水分排出。

強(qiáng)夯法的施工原理具體為：沖擊過程中，首先其動(dòng)力使飽和土液相的比例減少。在沖擊過程中，土體有效應(yīng)力隨超孔隙水壓力逐漸增長(zhǎng)而減少。再?zèng)_壓飽和土?xí)r，地基中會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，水平拉應(yīng)力使土體產(chǎn)生一系列的豎向裂縫，使孔隙水從裂縫中排出，從而加速土體的固結(jié)。沖壓使土體中氣體釋放，因沖壓產(chǎn)生的熱能傳入飽和土中的封閉泡移動(dòng)，加速可溶性氣體從水中釋放并逐漸從地表溢出。從而達(dá)到密實(shí)地基土層、提高地基承載力的效果。

2.4 水泥攪拌樁法

水泥土攪拌樁是根據(jù)復(fù)合地基理論，通過在軟弱地基中增設(shè)豎向增強(qiáng)體，主要是以水泥作為固化劑，利用攪拌機(jī)將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢琛Ｔ谒嗯c土發(fā)生一系列物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)后，地基中附加應(yīng)力重新分布，使土體固結(jié)，形成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土樁，從而提高地基的強(qiáng)度，并減少其壓縮性，達(dá)到提高地基承載力、減少土層工后沉降的目的。

2.5 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法是將真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓相結(jié)合的一種工藝方法。通過抽真空結(jié)合膜上覆水、覆土等方式，從而達(dá)到并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過真空射流泵只能提供80～90 kPa的真空度壓力，進(jìn)而加快土體固結(jié)、縮短工期、提高地基承載力。

2.6 剛性樁復(fù)合地基

剛性樁復(fù)合地基是在地基中置入剛度很大的樁，如預(yù)應(yīng)力管樁、預(yù)制方樁，對(duì)不滿足承載力或變形要求進(jìn)行加固而形成的一種人工地基。剛性樁復(fù)合地基是通過剛性樁穿越軟土層，將上部荷載直接傳遞到深層較好的持力層及將上部荷載通過樁身與周邊土層作用的摩擦力相抵消，從而達(dá)到減少路基下壓縮性大的土層承擔(dān)的附加應(yīng)力，最終達(dá)到減少地基工后沉降和提高地基承載力的目的。

3 各種處理方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

堆載預(yù)壓排水固結(jié)法需要大量的堆載土石方，堆載填土可以結(jié)合路堤填土同步施工，減少后期卸載土方量。該方法工期較長(zhǎng)，一般至少需要6個(gè)月，根據(jù)工后沉降要求，可能需要一兩年甚至更久，對(duì)高填方路堤需要根據(jù)穩(wěn)定性要求進(jìn)行分級(jí)加載。該方法造價(jià)低、工序簡(jiǎn)單，在堆載完成后，除安排經(jīng)常對(duì)沉降、穩(wěn)定進(jìn)行觀測(cè)的人員外，無(wú)需其他人力資源。因此本方法適用于工期要求不緊張、工程造價(jià)低、路堤式路基地段，對(duì)各類土層均可用。

真空預(yù)壓法是由排水系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)組成。排水系統(tǒng)分水平排水系統(tǒng)、豎向排水系統(tǒng)，豎向排水系統(tǒng)同堆載預(yù)壓一樣一般通過在土體中插入排水板或砂井，水平排水系統(tǒng)一般為砂墊層；密封系統(tǒng)主要由表層密封膜及四周密封溝組成；抽真空系統(tǒng)采用射流泵將土體中空氣抽出，目前能維持的真空膜下真空度一般在85～90 kPa，處理后一般地基承載力在80 kPa左右，因此對(duì)于高填方路基（高度大于 4 m時(shí)）處理后承載力不足以滿足工程要求。同時(shí)射流泵需長(zhǎng)期不停運(yùn)轉(zhuǎn)，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)引入電力。但該方法施工工期快，一般滿負(fù)荷抽真空90 d左右即能達(dá)到設(shè)計(jì)固結(jié)要求，同時(shí)真空預(yù)壓因?yàn)樵谠嫉孛嫔鲜┕ぃ恍枰演d土方，不存在穩(wěn)定問題。但真空預(yù)壓技術(shù)難度大，對(duì)密封效果要求高，如果密封效果不佳就會(huì)造成漏氣、跑氣，使真空膜下真空度大打折扣，從而影響施工質(zhì)量。因此，該方法適用于工期要求緊張、路基承載力要求不高的地段；由于對(duì)系統(tǒng)密封性要求高，因此不適用于土層中有透水性?shī)A層地段或土層滲透系統(tǒng)大于1×10-6cm/s的路段。

強(qiáng)夯法影響深度一般為6～7 m，施工速度快、工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低，但處理深度有限，施工中噪聲較大，同時(shí)由于擠土效應(yīng)施工中對(duì)周邊構(gòu)筑物影響較大。因此，該方法適用于軟土層較薄地段，對(duì)砂類土、碎石土、雜填土、低飽和度的粉土等效果顯著，對(duì)飽和的粉土、粘土無(wú)明顯加固作用。不適用于鬧市區(qū)，對(duì)于周邊構(gòu)筑物密集地區(qū)應(yīng)謹(jǐn)慎選用。

水泥攪拌樁處理影響深度一般能達(dá)到15～20 m，施工速度快，施工完成經(jīng)過28 d養(yǎng)護(hù)后即能進(jìn)行路基填筑施工。地基承載力可能通過樁徑、樁間距進(jìn)行調(diào)節(jié)，工后沉降較小，一般工后沉降可控制在10 cm左右。對(duì)淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、中細(xì)砂、黃土層有良好的處理效果，不能用于含孤石或障礙物較多且不易清除的雜填土、硬塑及堅(jiān)硬的粘性土、密實(shí)的砂類土以及地下水滲流影響成樁質(zhì)量的土層。該方法單價(jià)高，用于大面積加固時(shí)工程整體造價(jià)高。因此，該方法適用于工期急、沉降要求嚴(yán)格的路段，如構(gòu)筑物基礎(chǔ)下及橋梁路基連接處。

真空聯(lián)合堆載法是真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓相結(jié)合的處理方式，處理深度大，一般可影響到20 m左右，處理后地基承載力高，效果優(yōu)于單一的堆載或真空預(yù)壓處理。但施工期沉降較大，從而路基沉降的預(yù)留超高較大，堆載總高度較堆載預(yù)壓會(huì)更大，土料成本增加，堆載的穩(wěn)定性也很難保證，一旦滑移將前功盡棄；而且真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法施工技術(shù)相對(duì)復(fù)雜、施工質(zhì)量控制難度較大，同時(shí)由于堆載加載因素，施工周期較長(zhǎng)，適用于對(duì)地基承載力要求高、高路堤路段。

剛性樁復(fù)合地基施工技術(shù)要求不高、技術(shù)保障性高、施工速度快，處理后地基承載力高、工后沉降小、地基穩(wěn)定性易控制。但由于剛性樁打入時(shí)有一定的擠土效應(yīng)，樁基對(duì)周邊影響大，且工程造價(jià)昂貴。該方法適用于工后沉降控制嚴(yán)格、填方高、穩(wěn)定難易控制路段，不宜用于周邊建筑密集區(qū)域。且該方法采用時(shí)必須注意施工順序，應(yīng)先于周邊構(gòu)筑物施工，避免因擠土作用對(duì)周邊構(gòu)筑物造成破壞。

各種處理方案工期、造價(jià)及工后沉降比較如表1所示。

表1 各種處理方案工期、造價(jià)及工后沉降比較

堆載預(yù)壓真空預(yù)壓強(qiáng)夯法水泥攪拌樁真空聯(lián)合堆載法剛性樁復(fù)合地基 工期很長(zhǎng)長(zhǎng)短短較長(zhǎng)短 造價(jià)低較低低高較高很高 工后沉降大大很大較小大很小

4 總結(jié)

軟土路基是工程中常見的問題，軟土層承載力低、含水量大、孔隙比大、壓縮性大。在軟土層上修建道路，如果不能采取有效、妥善的處理，道路會(huì)在使用過程中發(fā)生沉陷、失穩(wěn)等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致路面開裂、管道斷裂、路面整體塌陷，影響道路正常使用以及行車安全。在各種軟土處理工藝日益成熟的今天，設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)因地制宜，結(jié)合項(xiàng)目的特征、軟弱土層特性、所在區(qū)域及周邊建材供應(yīng)情況、工程技術(shù)要求、工程造價(jià)等多方面因素綜合考慮，選取最適宜的處理方式。適宜的處理方式，不僅能節(jié)約工程、減少造價(jià)，還能保證工程安全、縮短工期。

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U416.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.022

2095－6835（2021）01－0064－02

樂浩（1989—），男，安徽金寨人，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)，學(xué)士，工程師，主要研究方向?yàn)榈缆窐蛄骸?/p>

〔編輯：王霞〕