吳燕青

（新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002）

公路作為帶狀構(gòu)造物，連綿數(shù)十甚至成百上千公里，穿越各種不同的地形地貌單元，路基作為路面結(jié)構(gòu)的支撐體，對路面的受力均勻和變形控制起到直接的影響，路基質(zhì)量的好壞、病害的類型及嚴(yán)重程度與其所坐落的地基密切相關(guān)。當(dāng)公路無可避免需要在軟土地基上穿越時，軟土路段的路基施工處理措施往往對整個道路質(zhì)量起到控制作用，一般對于局部軟土區(qū)域，并且對于軟土埋藏較淺的情況，可以采取挖除后換填法，換填材料包括片（塊）石、碎石土等，當(dāng)遇到軟土埋深較大，區(qū)域較廣時，通?？筛鶕?jù)不同需要采取不同的軟基處理措施，根據(jù)加固機(jī)理的不同分為排水固結(jié)法、化學(xué)加固法、擠密置換法以及新興的加筋土法［1］。不同的軟基處理措施有其各自的適應(yīng)性以及相應(yīng)的施工質(zhì)量控制方法，妥善的進(jìn)行軟基處理可以大大減少運營期的工后沉降，優(yōu)化地基與路基底面的受力狀態(tài)，減少路基由于沉降變形過大或沿著軟弱面滑動產(chǎn)生的病害。

1 排水固結(jié)法

1.1 排水固結(jié)法的構(gòu)成與作用機(jī)理

排水固結(jié)法通常由排水和加壓兩套系統(tǒng)共同作用，配合形成完整的軟基處理措施，原有軟基中含有大量的水分，但由于軟黏土的顆粒小，顆粒之間引力較大，供水分排出的空隙很小，甚至由于顆粒表面的粘附力，水分大多滯留在軟黏土內(nèi)無法自由流動。排水系統(tǒng)就是通過對軟基中設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板形成豎向排水體，并在軟基表面鋪設(shè)一層砂墊層與周邊臨時排水溝銜接，這種方法改變了原軟基的排水邊界條件縮短水的滲流路徑，增加了排水空隙，為水分的排出創(chuàng)造良好的條件。而加壓系統(tǒng)就是在軟基頂面施加一定的附加應(yīng)力，使軟基中的水分在壓力下形成水頭差，加速水分進(jìn)入設(shè)定的排水系統(tǒng)，加速軟基的排水固結(jié)，加壓系統(tǒng)常包括堆載預(yù)壓法、真空聯(lián)合預(yù)壓法以及電滲法等，目前均有較為成熟的工藝［2］。排水固結(jié)法是一種綜合多項施工工藝的軟基處理措施，沒有排水系統(tǒng)，則軟基中的水分在壓力下只會不斷累積超靜空隙水壓力，而無法達(dá)到預(yù)期的加速固結(jié)，若沒有加壓，則軟基空隙中的水無法加速排出。值得注意的是，對于堆載預(yù)壓系統(tǒng)，無論堆載的材料是水、土方還是預(yù)制塊體，其本質(zhì)都是為軟基提供一個正向的堆重，是擠水的過程，而真空聯(lián)合預(yù)壓則是通過真空泵、密封膜等形成一個封閉負(fù)壓的區(qū)域，使得周圍軟土中的水根據(jù)壓力差向作業(yè)區(qū)匯集，是吸水的過程，其橫斷面布置及預(yù)壓效果如圖1所示。排水固結(jié)適用于具有大面積深厚軟土層的地基，造價少但需要一定的時間，最終的目的都是為了排除軟基中的水分，提高有效應(yīng)力，減小孔隙比，加速路基施工前的沉降固結(jié)，從而達(dá)到降低工后沉降，增加土體抗剪強(qiáng)度和承載能力的作用。

圖1 真空預(yù)壓橫斷面布置

圖2 預(yù)壓前后軟土十字板剪切強(qiáng)度曲線

1.2 排水固結(jié)法的施工控制

根據(jù)排水固結(jié)的作用機(jī)理，施工時也應(yīng)該從豎向和水平排水系統(tǒng)以及加壓系統(tǒng)三各方面來保證施工質(zhì)量。砂井施工時一般采用先在地基上成孔，再在孔內(nèi)灌砂的方式，砂井的長度、直徑和間距等參數(shù)對排水效果影響很大，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計文件施工，同時應(yīng)盡量減少對周邊土的擾動，避免出現(xiàn)頸縮、錯位或中斷等現(xiàn)象，保持砂井在豎向的整體連續(xù)和密實，水平向的排水墊層主要用來迅速排出從軟基內(nèi)部排出的水分，避免土顆粒堵塞豎向排水系統(tǒng)，在鋪設(shè)砂墊層之前應(yīng)注意對豎向砂井頂面的淤泥或雜物進(jìn)行清理。隨著工程實踐的增加，現(xiàn)在也有越來越多的項目采用袋裝沙井或塑料排水板代替砂井形成排水系統(tǒng)，這種方法可以有效的保證砂井的連續(xù)性，提高了施工速度。其中袋裝砂井大裝袋材料必須滿足透水性好，柔韌性強(qiáng)，抗拉裂和抗腐蝕等特點，灌入的砂應(yīng)采用干砂，相比于砂井設(shè)計長度，每孔砂袋長度應(yīng)長50cm，以便埋入水平砂墊層形成整體。塑料排水板的施工很大程度上取決于施工機(jī)械的工作性能，應(yīng)按設(shè)計要求選擇合適的插板機(jī)械和管靴，在軟基中插入塑料排水板時要求機(jī)械準(zhǔn)確定位，盡量減少接地壓力以及對地基土的擾動，并保持足夠的穩(wěn)定性。塑料排水管的施工工藝流程主要包括平整場地、挖臨時排水溝，鋪設(shè)下層砂墊層并壓穩(wěn)，插板定位，排水板套靴并插入套管，拔出套管并切割排水板，鋪設(shè)上層砂墊層。

2 石灰粉煤灰碎石樁法

2.1 石灰粉煤灰碎石樁法的構(gòu)成與作用機(jī)理

石灰粉煤灰碎石樁（CFG樁）是一種近些年普及的新技術(shù)，從材料構(gòu)成來看，是在傳統(tǒng)的碎石樁中加入石屑作為填充的中小粒徑，與粗粒徑碎石形成良好級配，并摻入粉煤灰和一定量的石灰，加水拌合后形成樁身強(qiáng)度達(dá)到C15左右的豎向加固體，與樁間土和樁頂?shù)娜靿|層共同承載形成復(fù)合地基。雖然CFG樁也屬于符合地基范疇，但由于其樁身強(qiáng)度相對于碎石散體樁以及低強(qiáng)度的石灰樁等具有明顯更高的強(qiáng)度，因此導(dǎo)致樁土應(yīng)力比偏高，甚至可達(dá)到25以上，為避免樁體承受過大的附加應(yīng)力，需要設(shè)置由散體材料構(gòu)成的褥墊層起到協(xié)調(diào)變形和分布應(yīng)力的作用。合理的設(shè)置褥墊層可以確保樁與土共同承載，否則雖然樁體能在剛開始加載時提供很高的承載作用，但隨著時間的延長，樁體會發(fā)生沉降變形，繼而逐漸將樁所承擔(dān)的應(yīng)力向樁間土轉(zhuǎn)移，失去復(fù)合地基效應(yīng)［3］。與一般的碎石樁的置換率0.2～0.4相比，CFG樁的置換率明顯提高，在同等工況下可以提高復(fù)合地基承載力4倍以上，其中主要是以置換效應(yīng)為主，兼顧擠密產(chǎn)生的效應(yīng)，增加樁長可以更加明顯的減少沉降變形，并且對樁間土的圍壓并沒有過大的依賴，特別適用于涵洞、橋頭以及擋墻等對沉降要求更為嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)物路段，主要發(fā)揮其樁體效應(yīng)，但天然土層的承載力太弱的路基段，由于樁間土承載力太小導(dǎo)致所分擔(dān)的附加應(yīng)力太低，并不適用于復(fù)合地基的設(shè)計思路，或者以求起到明顯的擠密效果，則CFG樁往往不夠經(jīng)濟(jì)。由相關(guān)研究可知，CFG樁加固前后軟土路基物理力學(xué)指標(biāo)對比如表1所示。

表1 CFG樁加固前后軟土路基物理力學(xué)指標(biāo)對比

2.2 石灰粉煤灰碎石樁法的施工控制

CFG樁的施工設(shè)備以及處理效果和軟土的特性、設(shè)計要求達(dá)到的承載力以及變形水平等情況密切相關(guān)，通常有長螺旋鉆孔灌注成樁，該法具有成孔過程中不易發(fā)生塌孔，以及地下水埋設(shè)較深，對污染、噪聲等控制較嚴(yán)格的市區(qū)，遇到有砂層分布情況時可采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，該類施工工藝的成樁適宜范圍為400～600mm。對于軟黏土厚度較深的郊區(qū)并且無探明的硬土層時，從施工效率和造價的角度，國內(nèi)多采用振動沉管灌注成樁，其管端采用混凝土樁尖或活瓣樁尖，成樁適宜范圍為600～800mm。CFG樁的樁間距應(yīng)根據(jù)樁的分布形式以及被加固地基土的可擠密性來確定，并與樁徑直接相關(guān)。樁頂褥墊層材料多為碎石、碎石砂或中粗砂，并限制最大粒徑不大于30mm，厚度根據(jù)需要設(shè)為150～300mm。CFG樁施工主要分四步進(jìn)行，垂直穩(wěn)定的沉管、投放混合料并充分?jǐn)嚢杌旌?、邊振動邊拔管、樁頭處理，為確保施工質(zhì)量，施工順序應(yīng)考慮隔排隔樁跳打，新舊樁時間間隔不應(yīng)小于7d。

3 其他常用方法

軟土路基處理其他方法中，水泥攪拌樁是化學(xué)加固法的一種，適用于軟土地基承載力不超過120kPa的黏土、粉土地基，水泥粉漿與軟基攪拌后形成橫向具有一定影響范圍的水泥漿體，也是一種人工硬殼層，可顯著提高地基承載能力，減少沉降，施工速度快。高壓旋噴樁具有比水泥攪拌樁更強(qiáng)的適應(yīng)性，能在存在高壓線橫穿道路及高架橋下路基處理等特殊路段施工，并且可以通過噴嘴將水泥漿液以不同角度噴射到所需要的地層中，樁側(cè)的影響范圍更廣。土工織物往往在軟基處理中與其他方法配合使用，特別是加筋砂墊層利用土工織物高抗拉強(qiáng)度，高韌性的特點，可以優(yōu)化砂墊層中的應(yīng)力分布，減輕樁頂?shù)呢Q向附加應(yīng)力。強(qiáng)夯法多適用于對噪聲要求不大以及埋深3～6m的淺層軟基處理，主要是靠落下重錘的勢能對軟基注入能量，強(qiáng)行使土顆粒彼此擠緊提高強(qiáng)度。

4 結(jié)語

軟土地基是進(jìn)行公路建設(shè)過程中經(jīng)常遇到的問題，必須在填筑路基之前對其進(jìn)行特殊處理，以提高承載力避免工后沉降。研究采為進(jìn)一步理解排水固結(jié)法、石灰粉煤灰碎石樁法等常見軟基處理方法的加固機(jī)理以及在施工質(zhì)量控制方法有著一定的參考意義。