某高速公路工程軟路基處理研究

王恩峰，鄧寶智

（1.浙江省宏途交通建設(shè)有限公司 ，浙江杭州 310051；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410076）

1 工程背景

威海高新區(qū)雙高公路，擬建路線位于威海市的城陽(yáng)區(qū)。路線起自威海市城陽(yáng)區(qū)內(nèi)省道白沙河大橋南岸，與仙山西路順接，沿白沙河南岸展線，在白沙河治理工程的橡膠壩西側(cè)跨越白沙河，路線轉(zhuǎn)向西偏北。其中一段為濱海堆積平原的粉砂淤泥質(zhì)海岸地貌。其上部是淤泥質(zhì)粘土，屬不良地基土，據(jù)其力學(xué)特征具有壓縮性高，靈敏度高，欠固結(jié)，低抗剪強(qiáng)度，廣泛分布，較大厚度(平均7.0 m)。該段路路基下面有軟土層，大含水量，低強(qiáng)度，屬壓縮高或壓縮性中等軟土，均稱為軟路基路段。上部填土在該軟路基路段，將產(chǎn)生路面結(jié)構(gòu)和使用荷載作用下較大沉降。地質(zhì)性質(zhì)差，地基的變形及特定要求不能直接滿足，加固處理必須進(jìn)行。本文將針對(duì)聯(lián)合真空堆載預(yù)壓法在該雙高公路工程中的應(yīng)用進(jìn)行討論。

2 軟路基研究的必要性

越來(lái)越多的公路工程建設(shè)在軟土地基上。具有高壓縮性軟土、大含水量、低滲透性、低抗剪強(qiáng)度等特點(diǎn)，具有一定的結(jié)構(gòu)性。壓縮變形和剪切變形在附加應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生很大沉降，因承載力甚至?xí)茐摹Ｒ韵聠?wèn)題經(jīng)常遇到:

（1）地基總沉降大沉降不均勻；

（2）地基沉降達(dá)幾年，甚至幾十年，歷時(shí)很長(zhǎng)；

（3）建筑物地基承載力低，穩(wěn)定問(wèn)題會(huì)遇到。

為滿足設(shè)計(jì)要求解決上述問(wèn)題，就必須進(jìn)行對(duì)實(shí)際工程中天然地基處理，總投資的比重中約有1/3左右，被地基處理的費(fèi)用占據(jù)。工程質(zhì)量和施工工期很大地受軟基處理方法影響，單位投資和管理的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益受到直接關(guān)系。目前排水固結(jié)、復(fù)合地基、真空聯(lián)合預(yù)壓等方法是軟基處理的主要方法。不僅要求高速公路路堤穩(wěn)定，沉降變形也有很高的要求，目前高速公路軟土路基的營(yíng)運(yùn)情況中，“橋頭跳車”，以及平整度差的問(wèn)題是工后沉降和不均勻沉降過(guò)大造成的，所以有必要針對(duì)工程實(shí)例進(jìn)一步進(jìn)行設(shè)計(jì)施工檢測(cè)的分析與研究。

3 淤泥和軟土地基處理的選擇方案

3.1 相關(guān)資料的調(diào)查、收集、分析

在處理方案的選擇前，應(yīng)調(diào)查、收集有關(guān)資料，地質(zhì)勘察現(xiàn)場(chǎng)施工條件資料要掌握。處理設(shè)計(jì)軟土路基時(shí)，相關(guān)技術(shù)要求如路基強(qiáng)度、沉降、變形、抗液化等應(yīng)滿足，地基處理范圍也應(yīng)得到確定。通常向外放大若干尺寸要按路基底部寬度尺寸，應(yīng)處理路基軸線方向到軟基邊緣，使應(yīng)力在土體中擴(kuò)散要求得以滿足。某地區(qū)設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)往往是該地區(qū)常用處理路基的方法，材料來(lái)源、機(jī)具、工期、造價(jià)和效果綜合體現(xiàn)出來(lái)，所以，應(yīng)重視軟弱路基上類似地基處理的經(jīng)驗(yàn)。

3.2 確定淤泥和軟土路基處理方案

3.2.1 初步選定路基處理方案

初步選定對(duì)周圍環(huán)境有影響的工程規(guī)模及結(jié)構(gòu)類型、使用要求、材料情況、施工條件、造價(jià)等因素，根據(jù)路基地質(zhì)條件，選擇幾種可供考慮的路基處理方案?？辈旃ぷ魈峁┑馁Y料通常僅作一般性的對(duì)軟土描述，而土的物理力學(xué)組成狀況及其性質(zhì)指標(biāo)卻沒(méi)有提供。如厚度較大的軟弱土體，已明顯不經(jīng)濟(jì)，不允許開(kāi)挖換土，對(duì)此，必須考慮不同的處理方法。在方案確定時(shí)，必須明確地了解硬性雜質(zhì)在軟土中的含量和埋深。對(duì)于軟土地段由于湖塘沉積而形成，水泥土攪拌樁的強(qiáng)度顯著地受到其淤泥質(zhì)粘土的含量和有機(jī)質(zhì)含量的影響，因此最薄弱層的含水量軟土中和有機(jī)質(zhì)含量等必須查明其物理性指標(biāo)。在相當(dāng)深度范圍的軟土地段土質(zhì)疏松并且有較多的空隙，很難密封真空預(yù)壓。用壓力注漿的地基處理施工方法，攪拌樁、旋噴樁、注漿和樹(shù)根樁等對(duì)水泥混凝土，漿液或水泥干粉的用量會(huì)受到地層中空隙的存在的影響，也會(huì)無(wú)法保證質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因漿液的漏失而受損。

3.2.2 比較初步選定方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)

對(duì)幾種初步選定的路基處理方法，分別從各種因素如預(yù)期處理效果、材料來(lái)源、消耗、造價(jià)、施工進(jìn)度，以及對(duì)周圍環(huán)境的影響等，分析和對(duì)比技術(shù)經(jīng)濟(jì)，最佳的處理路基方案從中選擇。此外，路基處理方案在選擇時(shí)，同時(shí)上部填筑路堤的整體性和剛度應(yīng)考慮加強(qiáng)，有時(shí)兩種路基處理方法可能綜合到一個(gè)方案。路基容許承載力在真空預(yù)壓加固后可高達(dá)130 kPa。采取碎石樁，可使得路基容許承載力大約提高到200 kPa，從而承載力較高的超高路堤填方地段設(shè)計(jì)要求可得到滿足。有時(shí)在處理的路基內(nèi)先打設(shè)塑料排水帶，可以減少軟土路基內(nèi)孔隙水壓力，排水的歷程得到加快，這樣效果會(huì)更好。有時(shí)塑料排水帶被碎石樁代替，發(fā)揮碎石樁較好的抗剪強(qiáng)度作用，可以防止預(yù)壓堆載場(chǎng)地變形，減少相鄰建筑物穩(wěn)定受到的影響。工程實(shí)踐表明，路基整體性和剛度加強(qiáng)的方法，能使得路基的不均勻變形減少。因此對(duì)需進(jìn)行地基處理的工程，按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，從而產(chǎn)生顯著的效果。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體試驗(yàn)選定方案

在具代表性路段，對(duì)路基處理已選定的方案，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體試驗(yàn)。比如：機(jī)械設(shè)備調(diào)試，施工工藝、各項(xiàng)施工參數(shù)如用料及配合比等的確定，加固設(shè)計(jì)預(yù)期的參數(shù)效果的檢驗(yàn)，總之，要?jiǎng)?chuàng)造順利條件給今后施工，從而加快工程建設(shè)進(jìn)度。為檢驗(yàn)路基處理效果，經(jīng)常在結(jié)束路基施工處理后，根據(jù)地質(zhì)不同的條件，時(shí)效的作用考慮，再進(jìn)行檢驗(yàn)須經(jīng)一定時(shí)間的休整恢復(fù)。因?yàn)榧庸搪坊螅栌幸欢ǖ臅r(shí)間，其復(fù)合地基的強(qiáng)度和模量才能得到提高，且在一定的時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度和模量會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷地增長(zhǎng)。因此，應(yīng)盡量提早安排路基施工處理，并確保路基的穩(wěn)定性和安全度。對(duì)被加固的軟弱路基在處理路基前、施工中和施工后，一般都要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘探和測(cè)試，有鉆孔取樣、十字板試驗(yàn)、荷載試驗(yàn)等檢驗(yàn)勘探方法。有時(shí)試驗(yàn)需要采用多種手段，評(píng)價(jià)路基處理的綜合效果。見(jiàn)表1所列和圖1～圖4所示。

表1 指數(shù)擬合得到的曲線參數(shù)一覽表

圖1 DK176+800—DK177+200擬合曲線圖

圖2 DK178+585—DK179+050擬合曲線圖

圖3 DK185+300擬合曲線

圖4 DK187+450擬合曲線

4 常用加固淤泥和軟土路基基底的方法

（1）換填法：厚度小于2 m的淤泥及軟土，可全部挖除淤泥、軟土，在滲水性強(qiáng)的土層上換填路堤筑于基底，在路基施工范圍內(nèi)。

（2）強(qiáng)夯法：強(qiáng)夯法處理的效果對(duì)于粘土或淤泥質(zhì)土和飽和度較高的路基不明顯，但強(qiáng)夯置換法，在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石、砂或其他顆粒材料，通過(guò)夯擊排開(kāi)軟土，從而在地基中形成塊，近年來(lái)國(guó)內(nèi)相繼得到采用。

（3）拋石擠淤法：淤泥在厚度小于3 m呈流動(dòng)狀態(tài)，表面無(wú)硬殼，石料易得時(shí)，排水困難，一定數(shù)量的石料可從路基中部向兩側(cè)拋投，擠出淤泥到路基范圍以外，路基強(qiáng)度得到提高，所用不易風(fēng)化尺寸一般不小于0.3 m的石料宜采用的大塊石。

（4）反壓護(hù)道法：當(dāng)超過(guò)極限高度的1.5倍路堤高度時(shí)，通過(guò)反壓護(hù)道使路堤下的淤泥或軟土趨于穩(wěn)定，護(hù)道一般可采其高度為路堤高度的0.3到0.5倍的用單級(jí)形式。

（5）砂墊層法：可在軟土路基頂面鋪設(shè)0.6 m到1 m厚砂墊層，在軟土地區(qū)路堤高度小于兩倍極限高度時(shí)，一個(gè)排水面形成，路面底部的排水得到促進(jìn)，路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性得到提高。

5 結(jié)語(yǔ)

在施工淤泥及軟弱地基處理的過(guò)程中，對(duì)軟弱路基的各種特性、路基允許值必須充分得到了解，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)認(rèn)真細(xì)致的比較，處理方案制訂出來(lái)，加強(qiáng)施工中質(zhì)量控制，管理措施要制定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，修正方案，確保工程質(zhì)量符合規(guī)范要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

[1]廣東省航盛工程有限公司巖土公司.軟土地基加固論文選錄[Z].2005.

[2]王志飛，等.京珠高速公路廣珠段工程組織管理、軟基處理[M].北京：人民交通出版社，2000.

[3]王勁.真空預(yù)壓法加固軟土地基監(jiān)測(cè)成果的分析研究[D].暨南大學(xué)，2006.

[4]高義，張美燕，劉玉鈕，姜樸.真空預(yù)壓加固的離心模型試驗(yàn)研究[J].港口工程，1998，（3）：45-50.

[5]彭劫，劉漢龍，陳永輝.真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法加固機(jī)理討論[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，31（5）：560-563.

[6]于志強(qiáng)，朱耀庭，喻志發(fā).真空預(yù)壓法加固軟土地基的影響區(qū)分析[J].中國(guó)港口工程，2001，（2）：26-30.

[7]董志良.真空預(yù)壓一塑料排水板加固軟基固結(jié)理論及真空度的研究[D].南京：河海大學(xué)，1999.

[8]董志良.堆載及真空預(yù)壓法加固地基豎向固結(jié)解析理論[J].華南港工，1990，（3）：1-7.