軟土地基處理技術(shù)

王廣平 熊 凱

（江西省公路開發(fā)總公司，江西 南昌 330000）

1 前言

淤泥、淤泥質(zhì)土及天然強(qiáng)度低、壓縮性高、透水性小的一般黏土統(tǒng)稱為軟土。大部分軟土的天然含水量為30%～70%,空隙比110～119,滲透系數(shù)為10-8～10-7cm/s，壓縮系數(shù)為01005～0102,抗剪強(qiáng)度低(快剪黏聚力在10kPa左右,快剪內(nèi)摩擦角00～50),具有觸變性,流變性顯著。對(duì)于高速公路,標(biāo)準(zhǔn)貫擊次數(shù)<4,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度<50kPa且含水量>50%的黏土或標(biāo)準(zhǔn)貫擊次數(shù)<4且含水量>30%的砂性土統(tǒng)稱為軟土。修建在軟土地區(qū)的路基,主要是路堤填筑荷載引起軟基滑動(dòng)破壞的穩(wěn)定問題和量大且時(shí)間長(zhǎng)的沉降問題。為了行車安全,減小線路的養(yǎng)護(hù)維修量,就應(yīng)該通過提高現(xiàn)場(chǎng)勘察技術(shù)和手段,根據(jù)地質(zhì)情況采取有效的軟基處理方法,降低路基的下沉量,提高路基的穩(wěn)定性。

2 軟基的破壞形式

2.1 剪切拉裂破壞

該類型破壞主要是指軟土地基在強(qiáng)烈的行車荷載及自重作用下發(fā)生的破壞,具有高觸變性的軟土在振動(dòng)荷載或自重力度作用下,強(qiáng)度下降,表現(xiàn)出很強(qiáng)的流性,導(dǎo)致軟土層側(cè)向滑動(dòng)擠出,路基發(fā)生不均勻沉降。主要表現(xiàn)為臨空面一側(cè)或兩側(cè)的車道發(fā)生沉陷,道路出現(xiàn)隆起現(xiàn)象;在剪切和拉裂作用下,路面形成裂縫,裂縫不斷貫通,最終導(dǎo)致公路破壞。

2.2 浸水沉陷破壞

排水不暢的路段,水很容易浸入路基,在土體自重、行車荷載及水溫變化等因素作用下,路基發(fā)生不均勻沉陷變形,引起路面開裂破壞,水滲入裂縫后常導(dǎo)致路面“翻漿”,形成常說的“橡皮路”。常表現(xiàn)為路面局部凹陷、行車震顫、顛簸及橋頭錯(cuò)臺(tái)跳車等現(xiàn)象。

3 軟土地基處理方法

3.1 表層處理法

通常用于地表面極軟弱的情況。該法是通過排水、敷設(shè)或增添材料等辦法，提高地表強(qiáng)度，防止地基局部剪切變形，保證施工機(jī)械作業(yè)；同時(shí)盡可能把填土荷載均勻地分布于地基上。屬于這類處理方法的有：表層排水法，砂墊層法，敷設(shè)材料法，添加劑法等等。

表層排水法。對(duì)土質(zhì)較好因含水量過大而導(dǎo)致的軟土地基，在填土之前，地表面開挖溝槽，排除地表水，同時(shí)降低地基表層部分的含水率，以保障施工機(jī)械通行。為了發(fā)揮開挖出的溝槽在施工中達(dá)到盲溝的效果，應(yīng)回填透水性好的砂礫或碎石。

砂墊層法。對(duì)于地基上部軟土層極薄且含水量大時(shí)，在軟土地基上敷墊0.5～1.2m左右厚的砂墊層。這樣可達(dá)到固結(jié)軟土層，使砂墊層起到上部排水層作用；同時(shí)，砂墊層又成為填土內(nèi)的地下排水層，以降低填土內(nèi)的水位；在進(jìn)行填土及地基處理施工時(shí)，為施工機(jī)械提供良好的通行條件。

敷墊材料法。對(duì)于地基土層不均勻，可能發(fā)生局部不均勻沉降和側(cè)向變位，可利用所敷墊材料的抗剪和拉抗力，來增強(qiáng)施工機(jī)械的通行，均勻地支承填土荷載、減少地基局部沉降和側(cè)向變位，以提高地基的支承能力。敷墊材料主要有化纖無紡布、土工布、玻璃纖維格柵等被廣為采用。

添加劑法。對(duì)于表層為粘性土?xí)r，在表層粘性土內(nèi)滲入添加劑，改善地基的壓縮性能和強(qiáng)度特性，以保施工機(jī)械的行駛。同時(shí)也可達(dá)到提高填土穩(wěn)定及固結(jié)的效果。添加材料通常使用的是生石灰，熟石灰和水泥。石灰類添加材料通過現(xiàn)場(chǎng)拌和或廠拌，除了降低土壤含水量、產(chǎn)生團(tuán)粒效果外，對(duì)被固結(jié)的土隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生化學(xué)性固結(jié)，使粘土成分發(fā)生質(zhì)的變化，從而促進(jìn)土體穩(wěn)定。

3.2 換填法

換填法一般適用于地表015～310m之間的軟土處治。

3.2.1 開挖換填法

將軟弱地基層全部或部分挖除,用透水性較好的材料(如砂礫、碎石、鋼渣等)進(jìn)行回填。該方法簡(jiǎn)單易行,也便于掌握。對(duì)于軟基較淺(1～2m)的泥沼地特別有效。一般多用級(jí)配良好的、含泥量不超過3%的砂類土(中砂以上)。當(dāng)軟弱土全部挖除時(shí)應(yīng)比基底每邊加寬015m。換填層擴(kuò)散角￠:采用換填材料的內(nèi)摩擦角,一般為35°～45°。換填層厚度:按下臥基本土層的容許承載力確定。通常不宜超過3m(過厚施工不便)。

施工方法：按計(jì)算換填層尺寸開挖基坑,將坑底基本土層夯實(shí),然后分層 (每層20～30 cm)換填夯實(shí),夯實(shí)密度應(yīng)達(dá)到最佳密實(shí)度的90%～95%。如坑底為軟土?xí)r,則應(yīng)先鋪一層5～10cm厚的砂層,用木夯輕輕夯打,不準(zhǔn)用震動(dòng)器夯打,以免破壞土的結(jié)構(gòu)。

3.2.2 拋石擠淤法

在路基底部拋投一定數(shù)量片石,將淤泥擠出基底范圍,以提高地基的強(qiáng)度。這種方法施工簡(jiǎn)單、迅速、方便。本法適用于常年積水的洼地,排水困難,泥炭呈流動(dòng)狀態(tài),厚度較薄,表層無硬殼,片石能沉達(dá)底部的淤泥或厚度為3～4m的軟土;在特別軟弱的地面上施工,由于機(jī)械無法進(jìn)入,或是表面存在大量積水無法排除時(shí);石料豐富、運(yùn)距較短的情況。

施工方法:拋投片石的大小視軟土含水量而定,但一般不宜<013m(直徑)。拋投時(shí),應(yīng)自路堤中部開始,漸次向兩側(cè)擴(kuò)展,以使淤泥向兩側(cè)擠出。當(dāng)軟土或泥沼底部有較大橫坡時(shí),拋石應(yīng)從高的一側(cè)向低的一側(cè)擴(kuò)展,并在低的一側(cè)多拋填一些。在片石拋出水面后,宜用夯滾或載重汽車反復(fù)碾壓,以使填石密實(shí),然后在其上面鋪設(shè)反濾層,再行填土、壓實(shí)。

3.2.3 爆破排淤法

將炸藥放在軟土或泥沼中爆破,利用爆破時(shí)的張力作用,把淤泥或泥沼揚(yáng)棄,然后回填強(qiáng)度較高的滲水性土壤,如砂礫、碎石等。當(dāng)淤泥(泥炭)層較厚、稠度大,路堤較高和施工期緊迫時(shí);路段內(nèi)沒有橋涵等構(gòu)造物,路基承載力均衡一致,因整體沉降對(duì)道路不會(huì)產(chǎn)生破壞,也可考慮換填。但對(duì)橋涵構(gòu)造物及兩側(cè)引道等,應(yīng)考慮采用其他方法。

施工要點(diǎn):爆破排淤分為兩種,一種方法是先在原地面上填筑低于極限高度的路堤,再在基底下爆破,適用于稠度較大的軟土或泥沼。另一種方法是先爆后填,適用于稠度較小、回淤較慢的軟土。

3.3 粉噴樁加固處理法

粉噴樁施工前應(yīng)準(zhǔn)備下列施工技術(shù)資料：施工場(chǎng)地的工程地質(zhì)報(bào)告，土工試驗(yàn)報(bào)告，室內(nèi)配比試驗(yàn)報(bào)告，粉噴樁設(shè)計(jì)樁位圖，原地面高程數(shù)據(jù)表，加固深度與停灰面高程以及測(cè)量資料等。場(chǎng)地平整、清除障礙。如場(chǎng)地低洼，應(yīng)回填粘性土；施工場(chǎng)地不能滿足機(jī)械行走要求時(shí)，應(yīng)鋪設(shè)砂土或碎石墊層。若地表過軟，則應(yīng)采取防止機(jī)械失穩(wěn)措施。施工機(jī)具準(zhǔn)備，進(jìn)行機(jī)械組裝和試運(yùn)轉(zhuǎn)。粉噴樁的施工工藝根據(jù)設(shè)計(jì)要求的配比和實(shí)測(cè)的各項(xiàng)施工參數(shù)通過試樁來確定。試樁一般為5根，通過試樁來確定鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時(shí)間噴粉量等。粉噴樁所用的水泥應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，并有產(chǎn)品合格證，并經(jīng)室內(nèi)檢驗(yàn)合格才能使用，嚴(yán)禁使用受潮、結(jié)塊變質(zhì)的加固料。

3.4 豎向排水固結(jié)法

在粘性土地基中設(shè)置垂直的排水柱，以縮短排水距離，促進(jìn)地基排水固結(jié)，增加抗剪強(qiáng)度。由于垂直排水柱所用材料不同，分為砂井和紙板排水兩種。砂井排水法砂井排水法根據(jù)砂井的施工方法不同，可分為打入式、振動(dòng)式、螺旋鉆式、水射式及袋裝式等。本法很少單獨(dú)使用，多與加載法或緩速填土法并用，對(duì)層厚大，均質(zhì)的粘土地質(zhì)最為有效；對(duì)泥炭質(zhì)地基效果稍差。地基處理范圍：為了穩(wěn)定，以填土坡面下為處理對(duì)象；為防止沉降，主要以路基頂面寬度下作為處理對(duì)象。設(shè)計(jì)排水砂井時(shí)，首先假定施工方法、砂井直徑、排水距離和改良范圍。然后進(jìn)行穩(wěn)定及沉降計(jì)算，若不能滿足時(shí)，修正假定數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算。

4 總結(jié)與建議

在工程施工時(shí),要充分了解各種形式的軟土地基加固機(jī)理,以便針對(duì)加固機(jī)理進(jìn)行有重點(diǎn)的質(zhì)量控制。在實(shí)際處理軟土地基時(shí),采用多種處理方法相結(jié)合,取其加固效果的綜合作用,能夠起到事半功倍的效果。

[1]龔曉南.地基處理新技術(shù)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

[2]殷宗澤、龔曉南，《地基處理工程實(shí)例》，中國水利水電出版社，2000.

[3]徐志鈞.軟土地基和預(yù)壓發(fā)地基處理 [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.