朱建軍

(河北通達(dá)監(jiān)理工程咨詢有限公司)

1 前 言

在路基設(shè)計(jì)和施工中,常會(huì)遇到軟土地基的處理,如果軟土地基的處理方法采用不當(dāng),不僅浪費(fèi)了資源,起不到應(yīng)有的作用,還會(huì)造成路基的破壞。因此,在路基設(shè)計(jì)和施工中,對(duì)軟土地基的處理方法的選擇上要特別慎重。

2 選擇軟土地基處理方法應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題

2.1 軟土地基處理后對(duì)路基作用的認(rèn)識(shí)

(1)路基在施工和使用期間應(yīng)該是穩(wěn)定的,不因填筑荷載、施工機(jī)械和交通荷載的作用引起路基的失穩(wěn)、破壞,也不應(yīng)由于路基的過(guò)大變形,引起橋臺(tái)、涵洞、擋土墻等構(gòu)造物及沿線各種設(shè)施過(guò)大的變形。

(2)在可以不進(jìn)行軟土地基處理的情況下,為了避免路基沉降造成涵洞、擋土墻等構(gòu)造物變形破壞,首先應(yīng)考慮提前填筑路基,在其充分沉降后再修筑構(gòu)造物的路基施工方案。

(3)高等級(jí)公路嚴(yán)格限制了路基在規(guī)定年限內(nèi)的工后剩余沉降量,對(duì)工后 15～20年的剩余沉降量通常采用如下標(biāo)準(zhǔn):一般路段 30cm,橋頭 10cm,過(guò)渡段沉降坡差小于2‰。這樣就可避免路面的變形破壞,以及連接橋梁、涵洞等構(gòu)造物的引道路基產(chǎn)生不均勻沉降。

(4)在軟土層較厚且沉降歷時(shí)較長(zhǎng)的地區(qū)及大范圍的軟土地區(qū),有時(shí)將工后剩余沉降量控制在要求的范圍內(nèi)是很困難的,或者雖能控制但不經(jīng)濟(jì)時(shí),則應(yīng)考慮對(duì)路基進(jìn)行堆載預(yù)壓或超載預(yù)壓、設(shè)置橋頭搭板、鋪筑臨時(shí)性路面、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等修建方案。

(5)在沒(méi)有一定厚度硬殼層的軟土地基上,不宜直接修筑填土高度小于 2～2.5m的低路基。這種低路基在交通荷載作用下,可使路面發(fā)生較大的不均勻沉降,特別是當(dāng)軟土層不均勻,重型車輛交通較大時(shí),引起路面破壞。

2.2 軟土地基處理方案確定的步驟

首先要進(jìn)行水文地質(zhì)堪察,搞清地基的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,這是搞好路基設(shè)計(jì)、施工的關(guān)鍵。地基處理方案的確定一般按下列步驟進(jìn)行。

(1)搜集詳細(xì)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)資料。如地形及地質(zhì)成因、地基成層狀況;軟土層厚度、不均勻性和分布范圍;持力層位置及狀況;地下水情況及地基土的物理和力學(xué)性質(zhì)。

(2)根據(jù)地基處理的目的(如解決路基變形或穩(wěn)定性問(wèn)題)、使用要求(如工后沉降量及差異沉降量)、結(jié)構(gòu)類型、荷載大小等,并結(jié)合地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、土質(zhì)條件、地下水特征、周圍環(huán)境和相鄰建筑物等因素,初步選定幾種處理方案。

(3)對(duì)初步選定的各種處理方案,分別從處理效果、材料來(lái)源、機(jī)具條件、工程進(jìn)度、環(huán)境影響等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,根據(jù)安全可靠、施工方便、經(jīng)濟(jì)合理的原則選擇最佳處理方案。

(4)對(duì)已選定的處理方案,根據(jù)道路等級(jí)和場(chǎng)地復(fù)雜程度,可在有代表性的場(chǎng)地上進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn),檢驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)和處理效果如達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí),要查找原因,采取措施或修改設(shè)計(jì)。試驗(yàn)工程的修筑也可為大規(guī)模施工積累經(jīng)驗(yàn),提供設(shè)計(jì)依據(jù)和控制指標(biāo)。在軟土地基處理施工之前,如軟土地基地質(zhì)情況比較復(fù)雜、或水文條件變化較大、或工程規(guī)模很大、或沉降量控制的精度要求較高,有必要在施工前重新進(jìn)行地質(zhì)水文情況調(diào)查,如與設(shè)計(jì)不同,應(yīng)重新確定軟土地基處理方案,并報(bào)監(jiān)理工程師及業(yè)主批準(zhǔn)。在正式施工之前,應(yīng)考慮在現(xiàn)場(chǎng)修筑試驗(yàn)路基,并對(duì)其穩(wěn)定和沉降情況進(jìn)行觀測(cè),以便根據(jù)觀測(cè)結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸桨?或?qū)υ瓉?lái)的處理方案進(jìn)行必要的修正。

2.3 軟土地基處理方法和適用范圍

高等級(jí)公路軟土地基處理方法根據(jù)加固原理、所起作用及適用范圍的不同可分為如下幾種。

(1)清除換填法。此法適用于軟土層較薄,底部為硬底的地基。換填的材料可根據(jù)地基底部的軟弱程度換填砂礫、碎石、石灰土等材料。

(2)拋石擠淤法。適用于湖塘、河流或積水洼池、常年積水且不宜抽干,軟土層厚度薄的情況。此法采用的片石不宜小于 30cm,拋填時(shí),自中線向兩側(cè)展開(kāi),橫坡陡于 1∶10時(shí),自高向低展開(kāi)拋填,使淤泥向兩側(cè)擠出,片石拋出水面后應(yīng)用小石塊填塞墊平,以重型壓路機(jī)碾壓,其上鋪設(shè)反濾層,再進(jìn)行填土。有時(shí)候?yàn)榱朔乐顾纸肼坊?也要對(duì)路基邊坡進(jìn)行防護(hù)。

(3)排水固結(jié)法。適用于軟粘土、淤泥和淤泥質(zhì)土地基。此法是在軟土地基中設(shè)置豎向排水系統(tǒng)(如插設(shè)塑料排水板、袋裝砂井等)和水平橫向排水系統(tǒng)(砂墊層),在逐層填筑路基,在路基荷載的作用下使土體排水固結(jié)、密實(shí),強(qiáng)度增長(zhǎng),地基承載力提高,可有效減小工后沉降。若采用大于路基及工作荷載的超載預(yù)壓方式預(yù)壓,可進(jìn)一步減少工后沉降,并可減小次固結(jié)沉降。排水固結(jié)法的豎向排水系統(tǒng)和橫向排水系統(tǒng)必須同時(shí)發(fā)揮作用,這就要求施工過(guò)程中,不能出現(xiàn)斷板、斷井現(xiàn)象,地基表面一定要有一定的平整度和拱度,以確保水能夠排出路基之外,充分發(fā)揮該體系的作用。

(4)超載預(yù)壓法?？芍苯幼鳛橐环N處理軟土地基的方法,也可與其他處理軟土地基的方法共用。直接作為一種處理軟土地基的方法,適用于表面有硬殼層、軟土下埋較深、較薄的軟弱地基;與其他處理軟土地基的方法共用,適合各種復(fù)雜的軟基處理方法。在設(shè)計(jì)上對(duì)超載預(yù)壓土的幾何尺寸往往忽略,而且預(yù)壓土的填筑要求要達(dá)到 90%的壓實(shí)度,這對(duì)工期要求特別緊的高速公路來(lái)說(shuō)是不現(xiàn)實(shí)的,也是不必要的,只需確定預(yù)壓土的堆載重量和堆積范圍就可以了,對(duì)其壓實(shí)度可不做要求。另外,超載預(yù)壓期按規(guī)范規(guī)定不應(yīng)低于6個(gè)月,且必須進(jìn)行沉降觀測(cè),地下水壓力觀測(cè),地基側(cè)位移觀測(cè),變形穩(wěn)定后才允許卸載。

(5)反壓護(hù)道法。反壓護(hù)道是在路堤一側(cè)或兩側(cè)填筑一定寬度和高度的護(hù)道,運(yùn)用力學(xué)平衡原理,平衡路堤自重作用而產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩,以提高路基的穩(wěn)定性。反壓護(hù)道一般采用單級(jí)形式,其高度不應(yīng)超過(guò)極限高度,適用于路堤高度不大于極限高度 5/3倍的情況,單級(jí)反壓護(hù)道的高度宜采用路堤高度的 1/3～1/2,寬度通過(guò)穩(wěn)定性計(jì)算確定,且應(yīng)注意滿足路堤完工后的沉降要求。

(6)強(qiáng)夯法。適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土、粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土地基。此法是采用質(zhì)量為 10～40t的夯錘從高處自由落下,地基土在強(qiáng)夯的沖擊力和振動(dòng)力作用下振實(shí)、擠密,部分土體液化,水分從地基中排出,從而提高了地基的承載力,減少沉降。強(qiáng)夯法處理軟土地基正式施工前必須進(jìn)行試驗(yàn),以確定加固深度、加固范圍、最佳夯擊能、夯擊遍數(shù)、間歇時(shí)間等強(qiáng)夯參數(shù)。規(guī)范規(guī)定:最后兩擊夯沉量不應(yīng)超過(guò)其平均值 5cm,在施工過(guò)程中一定要加強(qiáng)觀測(cè);強(qiáng)夯施工結(jié)束后間隔一定時(shí)間后必須對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測(cè),對(duì)于碎石土和砂土地基,間隔時(shí)間為最少7～14d,對(duì)于低飽和度的粉土和粘性土、濕陷性黃土地基間隔時(shí)間為最少 14～28d。

(7)深層攪拌法。適用于淤泥、淤泥質(zhì)土和含水量較高、地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于 120kPa的粘土、粉土等軟土地基,用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時(shí),應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定其適用性。此法是利用深層攪拌機(jī)將水泥或其他固化劑與地基土原位攪拌形成圓柱狀、格柵狀或連續(xù)墻狀土的增強(qiáng)體,形成樁土復(fù)合地基以提高地基承載力,減小沉降。從深層水泥攪拌樁加固效果來(lái)看,淺部存在硬殼層時(shí),其復(fù)合地基加固效果一般較好,為了減小不均勻沉降,最好在攪拌樁頂鋪設(shè)砂墊層,砂墊層上增鋪土工織物。深層水泥攪拌樁質(zhì)量控制的重點(diǎn)是施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制水泥用量、水泥漿的比重、復(fù)攪次數(shù)及成樁的均勻性,水泥樁的下部樁體由于地基下部軟土的含水量高、土質(zhì)差難以成型,或強(qiáng)度偏低;深層水泥攪拌樁施工完成 28d后,一定要按規(guī)范規(guī)定頻率做鉆孔取芯試驗(yàn)和復(fù)合地基承載力試驗(yàn)。深層攪拌法分噴漿攪拌法和噴粉攪拌法 2種。

(8)碎石(砂)擠密樁法。適用于不排水抗剪強(qiáng)度不小于 20kPa的粘性土、粉土、飽和黃土和人工填土地基。此法是利用機(jī)器在地基中成孔,在孔內(nèi)填入砂、碎石等粗粒料,利用沉管的振動(dòng)、抽插,使孔中的骨料密實(shí),形成樁體,同時(shí)周圍的土體也被擠密了。樁體與樁間土形成復(fù)合地基,以提高地基承載力,減小沉降。碎石(砂)擠密樁施工過(guò)程中,不允許出現(xiàn)斷樁,規(guī)范規(guī)定灌入成孔中的粗粒料為大于成孔體積的2倍;碎石(砂)擠密樁完成后間隔一定時(shí)間必須做復(fù)合地基承載力試驗(yàn),間隔時(shí)間一般最少為 7～14d。

(9)強(qiáng)夯置換法。適用于人工填土、砂土、粘性土、黃土、淤泥和淤泥質(zhì)土地基。此法是邊強(qiáng)夯邊填粗粒料,粗粒料可為碎礫石、建筑垃圾等具有一定級(jí)配的堅(jiān)硬顆粒,粗粒料被夯入地基中,在地基中形成粗粒料墩體,墩體與墩間土及砂墊層形成復(fù)合地基,從而提高地基承載力,減小沉降。

(10)石灰樁法。適用于軟土層較淺的雜填土,軟粘土地基。此法是通過(guò)機(jī)械或人工成孔,在軟弱地基中填入生石灰或生石灰摻合料,通過(guò)石灰的吸水膨脹、放熱以及離子交換作用,改善樁周圍土的物理力學(xué)性質(zhì),并形成石灰樁復(fù)合地基,從而提高地基承載力,減少沉降。

(11)低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基法。適用于各類深厚軟弱地基。在地基中設(shè)置低強(qiáng)度混凝土樁,與樁間土形成復(fù)合地基。

(12)加筋土法。適用于各種軟弱地基,在土體中埋置土工合成材料(土工織物、土工格柵等)、金屬板條等形成加筋土墊層,增大壓力擴(kuò)散角,提高地基承載力,減小沉降。

(13)輕質(zhì)路基。適用于具有一定承載力的軟弱地基,用粉煤灰等輕質(zhì)材料填筑路基,達(dá)到減輕路基自重,以減少路堤沉降及提高路堤穩(wěn)定安全系數(shù)的目的。

2.4 選擇軟基處理方法應(yīng)考慮的條件

為保證路基穩(wěn)定或控制工后剩余沉降在選擇處理方法時(shí),除了考慮處理方法的特點(diǎn)、對(duì)地基的適用性和效果外,還應(yīng)考慮公路條件、施工條件、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等。目前,新技術(shù)、新工藝、新機(jī)具、新測(cè)試方法不斷涌現(xiàn),當(dāng)開(kāi)發(fā)、引進(jìn)新的軟基處治方法或進(jìn)行軟基處治方法比較時(shí),應(yīng)在大規(guī)模施工前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),以驗(yàn)證該處治方法的可靠性,并驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)、工藝參數(shù)作為施工時(shí)的控制指標(biāo),掌握必要的施工經(jīng)驗(yàn)和施工工藝。

3 工程實(shí)例

石黃高速公路滄州至黃驊港段三合同段按照施工圖設(shè)計(jì),軟土地基處理方法為水泥攪拌樁和強(qiáng)夯,施工單位進(jìn)場(chǎng)后對(duì)軟土地基的水文地質(zhì)情況進(jìn)行了調(diào)查,并做了軟土地基處理試驗(yàn)段。發(fā)現(xiàn) K25+460處 0～4.2m深范圍內(nèi)為低液限粘土,4.2～9m深范圍內(nèi)為高液限粘土,該段設(shè)計(jì)的軟土地基處理方法為強(qiáng)夯,施工單位在該處做了試驗(yàn)段,處理效果沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。施工單位進(jìn)行了原因分析:該段軟土地基土質(zhì)為低液限粘土和高液限粘土,雖然進(jìn)行了強(qiáng)夯,但是土基中的水分難以從地基中排出來(lái),達(dá)不到振實(shí)、擠密效果,因此沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的地基承載力。施工單位要求對(duì)該處理方法進(jìn)行變更,變?yōu)樯顚铀鄶嚢铇?理由是該段0～4.2m深范圍內(nèi)為低液限粘土硬殼層,且低液限粘土和高液限粘土都適合用水泥固化。監(jiān)理工程師對(duì)此變更進(jìn)行了批復(fù),并報(bào)業(yè)主批準(zhǔn)。深層水泥攪拌樁施工完成后 28d,檢測(cè)單位對(duì)水泥攪拌樁的成型情況及復(fù)合地基承載力進(jìn)行了檢測(cè),水泥攪拌樁成型情況良好,復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。可見(jiàn),在軟土地基處理方法的選擇上一定要根據(jù)具體的地質(zhì)情況,選擇可靠的處理方法,才能達(dá)到要求的處理效果。

[1] 公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范JTJ017-96.人民交通出版社.

[2] 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ79-2002.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.