軟土地基處理技術(shù)在城市道路工程中的應(yīng)用

孫亞朋

（煙臺(tái)市政府投資工程建設(shè)服務(wù)中心，山東煙臺(tái) 264003）

1 引言

近年來，我國東南沿海地區(qū)城市化發(fā)展迅速，市區(qū)內(nèi)的市政工程項(xiàng)目也隨之快速發(fā)展。在沿海地區(qū)城市道路施工時(shí)，往往出現(xiàn)軟土地基施工處理不當(dāng)?shù)膯栴}，導(dǎo)致市區(qū)道路在運(yùn)營期間因?yàn)槁坊痪鶆虺两翟斐陕访鎿p壞[1，2]。由于軟土具有流塑性，以及較高的觸變性和流變性，在市區(qū)交通荷載的作用下，容易造成軟土塑性流動(dòng)，導(dǎo)致路基邊坡發(fā)生擠壓變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生路基垮塌、滑坡等路害。因此，對城市道路軟土地基處理技術(shù)進(jìn)行研究具有重要意義。

2 市區(qū)軟土地基道路修筑難點(diǎn)

由于軟土在自然狀態(tài)下基本呈現(xiàn)流塑狀態(tài)，且含水率一般大于50%，壓縮性較強(qiáng)。因此，為了避免在軟土地基上修筑公路時(shí)路面出現(xiàn)裂縫、開裂以及路基的不均勻沉降，需要對地基進(jìn)行特殊處理。水泥攪拌樁、強(qiáng)夯法、拋石擠淤法[3,4]等方法軟土地基處理的常用方法。通過對國內(nèi)城市相關(guān)工程項(xiàng)目軟土地基施工技術(shù)的研究可知，軟土地基處理的難點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1 施工干擾大，工期緊張

由于沿海地區(qū)城市土地資源緊張，市區(qū)內(nèi)部分道路占地面積較小，近年來城區(qū)內(nèi)道路改造主要以舊路翻修和道路改建拼接為主。在進(jìn)行道路施工時(shí)，周邊的建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)已基本完成，因此，施工過程中需要考慮路基邊坡處理、排水設(shè)置、高壓電線等管線遷移等，施工難度明顯大于城區(qū)外軟土道路施工。除此之外，城區(qū)內(nèi)交通車流量和人流量對現(xiàn)場均有干擾，施工時(shí)受限于交通不能完全封閉，施工工期非常緊張。

2.2 市區(qū)地下水位低，各自管線鋪設(shè)復(fù)雜

沿海地區(qū)城市道路大多為圍海造田或直接在原始的沼澤、灘涂等含水量豐富的地塊修筑的，在進(jìn)行路基開挖或管道施工時(shí)極易出現(xiàn)地下水涌出的問題，且由于地表砂層多為粉砂或粉質(zhì)黏土，排水方式選擇不當(dāng)還會(huì)導(dǎo)致管涌等災(zāi)害發(fā)生（見圖1）。在市區(qū)道路地基加固處理時(shí)，還要保護(hù)好各種市政管線（主要是污水、燃?xì)?、熱力、電力和通訊管線等），有時(shí)市政管線埋設(shè)在路基下方距離交織布距離較近處時(shí)，路基壓實(shí)度難以達(dá)到設(shè)計(jì)值，填料無法充分壓實(shí)，施工難度大。

圖1 施工現(xiàn)場管涌

2.3 市區(qū)路基拓寬難度大

對市區(qū)路基進(jìn)行拓寬時(shí)，不可避免地需要對拓寬處地基附近的綜合管線進(jìn)行遷移，這就需要與相關(guān)部門進(jìn)行對接聯(lián)系。拓寬的路面由于新路基的次固結(jié)沉降，其路面高度與舊路面間存在高差，導(dǎo)致路面開裂。且同一路段不同地區(qū)的次固結(jié)沉降時(shí)間也不同，導(dǎo)致新舊路基因不均勻沉降繼而引發(fā)路面災(zāi)害，增大了市區(qū)軟土地基施工難度。

3 軟土路基的特點(diǎn)研究

軟土路基與其他特殊土或普通地質(zhì)路基相比強(qiáng)度較低，在自然狀態(tài)下并不能滿足路基承載力要求。軟土自身的高含水率和高壓縮性的特點(diǎn)，在受外力作用下，沉降變形較為其他路基更明顯，且含水率過高使得路基達(dá)到次固結(jié)狀態(tài)時(shí)間過長，在軟土路基固結(jié)過程中，由于路基下臥層軟土自身的流塑性使得路基出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致路基路面破壞。

4 軟土地基處理技術(shù)實(shí)踐

通過對軟土路基的道路災(zāi)害特點(diǎn)進(jìn)行分析，總結(jié)了以下3種軟土路基處理技術(shù)。

4.1 土層灌漿法

通過將水泥砂漿等漿液注入軟土層中，可以改變軟土層的構(gòu)造，從而提升路基整體的承載力。當(dāng)灌漿液滲透填充進(jìn)軟土地層形成圓柱形漿體結(jié)構(gòu)后，處在注漿結(jié)構(gòu)體周圍的軟土層由于土顆粒間的孔隙減小，使軟土層的密度變大。且漿液凝固后形成的條狀或柱狀樁柱體與灌裝層軟土組成復(fù)合地基，有效提升軟土路基承載力。

4.2 粉煤灰碎石樁法

粉煤灰碎石樁法是常見的市政道路軟土路基處理方法之一，其加固原理是將水泥、粉煤灰、片石和水等原材料按一定比例攪拌混合均勻，然后加入預(yù)先準(zhǔn)備的早強(qiáng)材料再次攪拌均勻，提高混合料的黏度。對凝結(jié)后的混合料進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)后，碎石樁與原土層形成復(fù)合墊層，可以提高土層整體的穩(wěn)定性。

4.3 排水加固法

軟土路基承載力不足的原因之一是軟土含水量過高，通過減少軟土中的水分[5]可顯著提高軟土的強(qiáng)度。具體操作方法是：在軟土層下方設(shè)置排水管道、暗溝、或在軟土層中埋設(shè)吸水性好、透水強(qiáng)的沙袋或聚苯乙烯等材料排除路基中的水分。在埋設(shè)沙袋時(shí)要確定沙袋的排列方式，沙袋材料組成，保證沙袋與軟土層形成滲透差。

5 市區(qū)軟土地基處理案例分析

某市工業(yè)園區(qū)某路段為市區(qū)主干道路，設(shè)計(jì)時(shí)速40 km/h，擬建場地屬于沖擊地貌。根據(jù)現(xiàn)場勘察報(bào)告、場地周邊環(huán)境、土層分布情況，對軟土層厚度不超過5 m 的路段采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基加固；軟土層厚度超過5 m 的路段采用水泥攪拌樁加固。擬建道路周邊土層分布情況及土層性質(zhì)見表1。

表1 場地區(qū)地層主要巖土力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對地基加固區(qū)內(nèi)的軟土層進(jìn)行強(qiáng)夯加固處理時(shí)，為了保證路基的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)加固深度按5~6 m 考慮。根據(jù)錘擊能力和吊車機(jī)械高度，選擇夯錘直徑為2.0 m，夯錘重量為100 kN，夯錘錘壓為40.32 kPa，工作時(shí)抬升高度14.5 m。

當(dāng)路基附近地下水位較高時(shí)，需要對夯錘工作區(qū)內(nèi)進(jìn)行人工排水。夯錘工作時(shí)，需要將夯錘提升到設(shè)計(jì)高度，夯錘自由下落后，完成一個(gè)夯點(diǎn)的施工，待全部夯點(diǎn)錘擊完成后將場地夯坑填平，最后用質(zhì)量較小的夯錘進(jìn)行補(bǔ)夯，每個(gè)夯點(diǎn)錘擊3 次，每個(gè)夯擊點(diǎn)的設(shè)計(jì)間隔為3.5 m，為避免相鄰夯擊點(diǎn)出現(xiàn)隆起，在夯錘工作時(shí)選擇跳打順序施工。夯擊后回填的材料應(yīng)盡量選擇帶有棱角的石塊或礫石，路堤填料的粒徑不超過500 mm，路床填料的粒徑不超過100 mm。夯擊完成后進(jìn)行場地整平。針對本項(xiàng)目軟土地基的特點(diǎn)，對軟土地基強(qiáng)夯法進(jìn)行改良優(yōu)化。在強(qiáng)夯區(qū)內(nèi)預(yù)先填放粗顆粒堆積填料，在強(qiáng)夯施工過程中，粗顆粒填料在夯錘作用下向周圍土層擠壓，粗顆粒填料在夯擊點(diǎn)形成碎石墩，并與周圍土層共同構(gòu)成符合地基，承擔(dān)路基上方傳遞的外荷載。

在強(qiáng)夯施工完成后的第12 天，需要對夯擊路基進(jìn)行承載板試驗(yàn)，對于不滿足要求的夯擊點(diǎn)要通過提高夯擊高度或補(bǔ)夯的方式進(jìn)行加固處理。夯擊法加固地基的施工順序是從土層內(nèi)部向外擴(kuò)展的，由于表層土的土質(zhì)較為松散，夯錘加固1 m 深處的土層密度明顯小于下層土，進(jìn)行補(bǔ)夯時(shí)，由于周邊土體對表層土的約束力很小，會(huì)使表層土發(fā)生更大的側(cè)向變形，如果處理不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重影響地基承載力。因此，在對表層土進(jìn)行錘擊加固時(shí)，應(yīng)選擇低質(zhì)量夯錘，保證強(qiáng)夯效果的同時(shí)也滿足了地基承載力的要求。

對于地基加固深度超過5 m 的路段，本項(xiàng)目選擇高壓旋噴樁技術(shù)軟土地基處理。該方法適用于軟土地基表層石塊或碎石較少的地區(qū)，對軟土層較厚的市政路段，多采用雙層水泥攪拌樁對道路加固。市區(qū)交通流量較大的路段，可通過全幅地基[6]加固，增強(qiáng)路基周圍土體和路基自身的承載力。高壓旋噴樁的直徑為500 mm，采用梅花形布設(shè)，樁間距為1.5 m（見圖2），設(shè)計(jì)樁長為6~10 m。本次設(shè)計(jì)的高壓旋噴樁樁水泥采用P·O425 普通硅酸鹽水泥，水泥含量為15%，水泥用量不少于60 kg/m，水灰比0.8~1，水泥樁土28 d 抗壓強(qiáng)度≥1.0 MPa，單樁承載力≥120 kN，復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值≥120 kPa。

圖2 高壓旋噴樁點(diǎn)位布置圖

在軟土地層加固時(shí)，容易在復(fù)雜地層出現(xiàn)漏漿、土層混凝土含量超標(biāo)、土層松軟等問題，而減小旋噴樁轉(zhuǎn)速或噴射水泥漿壓力會(huì)降低樁基質(zhì)量。因此，結(jié)合本工程軟土地基施工狀況，旋噴樁轉(zhuǎn)速控制在15~20 cm/min，在樁基底處噴漿時(shí)間超過5 s，樁底部位要適當(dāng)增加攪拌次數(shù)，且轉(zhuǎn)速不小于25 r/min。由于高壓旋噴樁施工時(shí)噴射混凝土壓力和提升速度的影響，使成樁樁底直徑的尺寸難以保證。因此，在高壓旋噴樁施工完成后，需要對成樁數(shù)目的2%進(jìn)行質(zhì)量檢測。

6 結(jié)語

市政軟土地基施工處理技術(shù)一直是路基加固的難點(diǎn)。本文對市區(qū)道路軟土地基修筑的難點(diǎn)問題進(jìn)行了總結(jié)，對市區(qū)軟土地基的災(zāi)害類型進(jìn)行了歸納分析，結(jié)合某項(xiàng)目軟土地基處理狀況，著重研究了強(qiáng)夯法和高壓旋噴樁加固軟土地基的注意要點(diǎn)，為相關(guān)市區(qū)軟土地基施工提供參考。