魏鵬

（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

0 引言

在公路工程施工中軟土路基的施工是較為常見的地基問題，其施工質(zhì)量的好壞與整個(gè)公路的運(yùn)行壽命有著緊密的關(guān)系。目前伴隨著我國公路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，軟土路基的施工也呈現(xiàn)增長趨勢(shì)。因?yàn)檐浲谅坊臉?gòu)成比較特殊，主要成分為黏土顆粒和淤泥，并且相互之間有較大的孔隙，具有易流變、含水量高、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、滲透性差等特點(diǎn)，使得其承受力和穩(wěn)定性不能滿足公路交通運(yùn)輸?shù)囊?。所以在公路的施工中，?yīng)采取科學(xué)的施工技術(shù)，加固軟土路基并提高其穩(wěn)定性，進(jìn)而避免軟土路基給公路質(zhì)量造成不良影響。通過科學(xué)的施工技術(shù)，改變軟土路基的結(jié)構(gòu)、環(huán)境等，以強(qiáng)化軟土路基，促進(jìn)公路交通事業(yè)的健康發(fā)展。

1 西外環(huán)高速公路軟土路基的特點(diǎn)

該項(xiàng)目路線走廊位于天津市東部濱海新區(qū)，K18～K32段由北往南主要跨越濱海新區(qū)塘沽的廣大沖積、海積平原地區(qū)，境內(nèi)地勢(shì)低平，地表以人工填土及耕植土為主。地面標(biāo)高一般在1.06～3.40 m（大沽標(biāo)高，下同）。工程沿線地處海河下游，河流渠道縱橫，坑塘洼淀廣布[1]。場(chǎng)地內(nèi)微地貌主要以人工開挖的魚塘、耕地、水庫、灌溉水渠、公路、溝壟為主，地表主要為人工填土及耕植土。在海潮進(jìn)退和河流沖積的共同作用下，該地區(qū)廣泛沉積了厚層的海陸交互相軟土，其軟土層一般夾有薄層粉細(xì)砂層，砂層的厚薄不同，層次有多有少，具有一定的水平層理。該區(qū)分布于地表硬殼層之下的一般多呈現(xiàn)淤泥和淤泥質(zhì)土。大部分地區(qū)分布一層軟土，局部地區(qū)分布有兩層軟土，其下臥層多為砂層，少數(shù)為黏土層。軟土層平均厚度為4～6 m，局部厚度可達(dá)到15 m，基底為第三系紅色巖系軟巖質(zhì)。軟土的主要礦物為伊利石和高嶺土，伊利石和高嶺土多呈片狀，具有較強(qiáng)的表面活動(dòng)性和親水性，沉積多為片堆組，因而沉積為絮狀結(jié)構(gòu)。天津?yàn)I海軟土具有下列工程特性：

（1）含水量較高。淤泥的平均天然含水量為76%，少部分大于100%，淤泥質(zhì)土的平均天然含水量為48%。所以其土體一般均呈流塑狀。

（2）孔隙比大。淤泥天然孔隙比為1.80，少數(shù)大于2.0，淤泥質(zhì)土的天然孔隙比為1.25。

（3）高壓縮性。軟土的天然孔隙比與其壓縮性成正比，天然孔隙比大，其壓縮性就高。淤泥質(zhì)土的壓縮系數(shù)為0.73 MPa，淤泥的壓縮系數(shù)為1.34 MPa，均屬于高壓縮性土。

（4）凝聚力小。淤泥質(zhì)土快剪凝聚力平均為12.4 MPa，淤泥快剪凝聚力平均為9.1 MPa，所以土體剪切變形能力較差。施工中經(jīng)常碰到路堤填筑到一定的高度就出現(xiàn)滑塌，導(dǎo)致路堤失穩(wěn)。

（5）固結(jié)系數(shù)小。固結(jié)系數(shù)通常在4.0×10-3cm2/s左右，因此土體完成固結(jié)沉降所需要的時(shí)間就較長，對(duì)施工工期影響較大。

2 西外環(huán)高速公路軟土路基處理技術(shù)及原理

根據(jù)天津地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，道路工程巖土工程問題重點(diǎn)是路基沉降和路基土的穩(wěn)定性，主要涉及軟土路基和坑塘的處理。

2.1 天然淺層地基基本情況

淺層地基土除了對(duì)橋梁樁——承臺(tái)基礎(chǔ)產(chǎn)生一定作用外，還將作為該工程引橋路基的主體。因此淺層地基土性質(zhì)的好壞將直接對(duì)該工程產(chǎn)生影響?，F(xiàn)將K28～K32段有關(guān)淺層場(chǎng)地土層的情況描述如下（見表1）。

表1 K28～K32段場(chǎng)地土層分布情況及承載力基本容許值

根據(jù)以上工程沿線路孔勘探資料分析，對(duì)存在上部陸相沖積層，當(dāng)承載力能滿足要求的前提下，可以考慮采用全新統(tǒng)上組陸相沖積層黏土作為引橋部位淺基的天然持力層。但在涉及的軟土地段，應(yīng)注意軟土對(duì)路基沉降的不利影響。

2.2 地基處理方法及其加固機(jī)理

在引橋的初段，填土較少，對(duì)承載力的要求相對(duì)較低；隨著引橋的延伸，填土高度逐漸增加，在承載力能滿足的條件下，尚應(yīng)驗(yàn)算路基沉降；當(dāng)沉降量過大，不能滿足工程需要，應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行加固處理。

該工程對(duì)地基加固處理主要采用了以下幾種方法。

2.2.1 CFG樁

近年來復(fù)合地基理論的研究和應(yīng)用發(fā)展較快，一些新的樁型、施工設(shè)備和施工工藝應(yīng)運(yùn)而生。復(fù)合地基可分為兩大類：一類是由散體材料（如砂、碎石、土、鋼渣等）組成的樁與天然地基復(fù)合；另一類是由水泥與土結(jié)合而成的樁與天然地基復(fù)合。CFG樁按其性質(zhì)屬于后者，適用于軟土處理，且是一種較為經(jīng)濟(jì)合理的地基處理方法。

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱，它是由中國建筑科學(xué)研究院提出的一種新型樁體。樁身的材料是在素混凝土樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，主要是碎石、石屑、粉煤灰摻適量水泥和水拌和而成，具有良好的和易性。碎石是該樁的粗骨料；石屑是填充碎石孔隙、改善骨料級(jí)配的次骨架材料；粉煤灰具有粗骨料和低標(biāo)號(hào)水泥的作用。CFG樁和樁間土一起通過由碎石或石屑組成的褥墊層形成CFG復(fù)合地基。

CFG樁彌補(bǔ)了碎石樁和樁基礎(chǔ)的缺點(diǎn)，與兩者相比，CFG樁復(fù)合地基具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）CFG樁同時(shí)具有碎石樁對(duì)地基的擠密加固和置換作用。由于CFG樁樁體強(qiáng)度較高，在黏性土地基上擠密效果不佳時(shí)，CFG樁可有效地將地基荷載傳遞到深處土層，確保樁對(duì)地基的置換加固作用。

（2）CFG樁復(fù)合地基通過在樁和基礎(chǔ)間設(shè)置柔性褥墊層，使調(diào)整樁土相對(duì)變形的問題從根本上得到解決。

（3）CFG樁復(fù)合地基的強(qiáng)度和模量比較均勻，對(duì)上部結(jié)構(gòu)、受力結(jié)構(gòu)抗震等極為有利。

（4）褥墊層使樁間土的有效接觸增加，提高了樁周土的抗剪強(qiáng)度，使得樁體承載力得到提高。

（5）褥墊層對(duì)于地基的不均勻沉降也有一定的補(bǔ)償作用。

2.2.2 薄層加載預(yù)壓排水固結(jié)

所謂加載預(yù)壓就是指超過理論路基面（和邊坡）的附加填料，它將在沉降期間沉降，成為永久路堤的一部分。薄層加載就是控制每層填料的厚度。

飽和軟黏土基礎(chǔ)在荷載作用下，孔隙水慢慢排出，軟土孔隙體積減小，固結(jié)變形，同時(shí)超靜水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土強(qiáng)度逐漸增加。軟土中的孔隙水主要從水平向通過徑向排出，加快了地基的固結(jié)速度。薄層加載預(yù)壓是通過增加軟土的總應(yīng)力，并使空隙水壓力消散來增加有效應(yīng)力的有效辦法，使沉降提前進(jìn)行，軟土層在使用荷載作用下的變形大大減小，這就是薄層預(yù)壓排水固結(jié)法加固軟土地基的機(jī)理。

但在軟土地基加載過程中，若一次加載過大，超過軟基極限承載強(qiáng)度，軟土地基就會(huì)失穩(wěn)，產(chǎn)生破壞性變形。故軟土路基填筑過程中如何加載預(yù)壓，達(dá)到減少填筑時(shí)間，爭(zhēng)取較長的預(yù)壓期是軟基處理成敗的關(guān)鍵，薄層加載預(yù)壓就是充分利用每次加載后的強(qiáng)度增長，根據(jù)沉降、位移等觀測(cè)數(shù)據(jù)來確定填筑速率、填筑厚度和間歇時(shí)間，有效地指導(dǎo)路基施工，縮短路基施工時(shí)間，增加預(yù)壓時(shí)間，減少工后沉降量。采用薄層預(yù)壓方法可以增加施工的安全性，保證路基穩(wěn)定；另一方面也可以達(dá)到增長預(yù)壓時(shí)間的效果。它是建立在認(rèn)真、細(xì)致、準(zhǔn)確、及時(shí)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)基礎(chǔ)之上的，是利用地基土強(qiáng)度增長來指導(dǎo)路基填筑的有效施工方法。

3 西外環(huán)高速公路軟土路基施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 西外環(huán)高速軟土路基施工技術(shù)要求

在設(shè)計(jì)中雖然采用了合理的地基處理方案，但由于施工管理不善，造成地基處理失敗或未達(dá)到預(yù)期效果的工程也不少見，因此軟基處理施工必須確保施工質(zhì)量，科學(xué)地做好施工組織設(shè)計(jì)，加強(qiáng)工地技術(shù)管理，嚴(yán)格按照有關(guān)操作規(guī)程實(shí)施，認(rèn)真做好工程質(zhì)量檢查和驗(yàn)收工作。

軟基處治和其他土工問題的解決一樣，包括以下四個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）對(duì)地質(zhì)資料、土工試驗(yàn)的詳細(xì)檢查，對(duì)設(shè)計(jì)圖和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的調(diào)查研究。

（2）室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和觀測(cè)數(shù)據(jù)收集。

（4）反復(fù)分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)工程安全。

上述四個(gè)環(huán)節(jié)是解決土工問題最理想的方法，即近年來國際巖土工程界提出的觀測(cè)方法，稱其為“邊觀察、邊分析”方法。在施工中，如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)提供資料不符或原設(shè)計(jì)的處治方法因故不能實(shí)施，需改變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)告并根據(jù)有關(guān)規(guī)定報(bào)請(qǐng)變更設(shè)計(jì)。

軟基處治施工前，應(yīng)完成以下工作：

（1）收集并熟悉有關(guān)施工圖、工程地質(zhì)報(bào)告、土工試驗(yàn)報(bào)告和地下管線、構(gòu)造物的布設(shè)等資料。

（2）編制施工組織設(shè)計(jì)或施工大綱。（3）原材料、半成品、成品的檢驗(yàn)。

（4）施工機(jī)械設(shè)備的調(diào)試。

（5）必要的成樁試驗(yàn)。

總之，在施工中應(yīng)遵循“按圖施工”的原則和“邊觀察、邊分析”的方法，做到經(jīng)濟(jì)、可行、安全、創(chuàng)新并有利于環(huán)保。

3.2 西外環(huán)高速軟土路基施工關(guān)鍵技術(shù)及其要點(diǎn)

3.2.1 墊層施工

墊層是指地面上設(shè)置的砂墊層、砂礫墊層、灰土或素土墊層、礦渣墊層以及其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性材料墊層。雖然材料不同的墊層，其應(yīng)力分析有所差異，但從適用經(jīng)驗(yàn)分析，其作用和特征都可近似地按砂墊層進(jìn)行計(jì)算。墊層的厚度以保證不至因沉降發(fā)生斷裂為宜，日本常用1 m，國內(nèi)一般為0.3～0.5 m，以0.5 m居多。墊層的寬度適當(dāng)大于路堤寬度，以防止在施工過程中由于施工機(jī)械的破壞影響墊層的有效作用。

對(duì)砂墊層下設(shè)置土路拱的問題，各地看法不盡一致。一種看法認(rèn)為，孔隙水是在地基中孔隙水壓力消散過程中排出的，是有壓水，只要排水通道不斷開，孔隙水就能排出地基，因而認(rèn)為做土路拱無效果。另一種看法認(rèn)為，砂墊層的排水作用會(huì)因地基下沉、砂墊層彎曲而受到影響，所以主張?jiān)诘鼗献鐾凉啊?shí)踐證明，做土拱給施工帶來很大的困難，土拱也無明顯效果。

墊層施工分為砂墊層施工和石灰上墊層施工，其詳細(xì)的施工過程及要點(diǎn)可參見有關(guān)文獻(xiàn)。

3.2.2 土工合成材料施工

3.2.2.1 施工要點(diǎn)

土工合成材料加筋路堤的施工，主要在于保證合成材料能充分發(fā)揮作用。其施工要點(diǎn)可參見我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JTG/T D32—2012）。

填成施工通道后，再由兩側(cè)向中心平行于路堤中線對(duì)稱填筑，宜保持填土施工面呈U形。

第一層填料宜采用推土機(jī)或其他輕型壓實(shí)機(jī)具進(jìn)行壓實(shí)；只有當(dāng)已填筑壓實(shí)的墊層厚度大于60 cm后，才能采用重型壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)。

3.2.2.2 質(zhì)量檢驗(yàn)

質(zhì)量檢驗(yàn)參見我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80—2017）。

4 結(jié)語

隨著沿海城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)高等級(jí)道路的建設(shè)需求也不斷擴(kuò)大。由于沿海道路地質(zhì)形成的特殊性和復(fù)雜性，沿線路基下經(jīng)常存在深厚的海濱相軟土層，若處理不當(dāng)，在道路的運(yùn)營過程中將出現(xiàn)不可估量的沉降量，極大地影響著道路的長期穩(wěn)定性和安全使用。因此本文結(jié)合天津西外環(huán)高速軟土路基的處理工程，對(duì)濱海軟土地基的工程特性、處理技術(shù)以及沉降分析方法等進(jìn)行較深入的研究，取得了如下研究成果及結(jié)論：道路工程地基處理技術(shù)方法多種多樣，應(yīng)因地制宜地做出正確選擇，以便在保證工程質(zhì)量的同時(shí)盡可能降低工程造價(jià)。因此本文針對(duì)濱海軟土地基的自身特點(diǎn)，在現(xiàn)有的軟土地基處理方法中，經(jīng)過比較選擇了適合濱海軟土地基處理的方法，并發(fā)展和提出了濱海軟土地基處理的一系列新技術(shù)，如CFG樁法、薄層加載預(yù)壓排水固結(jié)等，并經(jīng)過天津西外環(huán)高速的實(shí)際應(yīng)用，得到了令人滿意的結(jié)果。