閱讀 9097 次 淺談公路軟土地基施工方式范圍及其工程處理措施

 淺談公路軟土地基施工方式范圍及其工程處理措施

黃震  西安市城區(qū)市政養(yǎng)護(hù)管理公司

軟土，一般是指在靜水或緩慢流水環(huán)境中沉積而成的、天然含水量大、壓縮性高、承載力低、透水性差的一種軟塑到流塑狀態(tài)的飽和粘性土層它主要包括內(nèi)陸湖塘盆地、江河海洋沿岸和山間洼地沉積的各種淤泥和淤泥質(zhì)粘性土。從廣義上說(shuō)，軟土包括松砂、淤泥、淤泥質(zhì)土、軟弱吹填土和雜填土等。《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與技術(shù)規(guī)范》中對(duì)軟土的定義為：濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。

軟土常因生物化學(xué)作用含有較多的有機(jī)質(zhì)，分為淤泥和淤泥質(zhì)土。淤泥和於質(zhì)泥土是在長(zhǎng)期的自然環(huán)境變化下沉積（其中有化學(xué)作用產(chǎn)生）而形成的，這些土基本是飽和的，有的夾有有機(jī)質(zhì)。淤泥質(zhì)土和淤泥的區(qū)別在于，天然孔隙比大于1.5時(shí)稱淤泥；天然孔隙比大于1.0而小于1.5的粘土和亞粘土分別稱為淤泥質(zhì)泥粘土和淤泥質(zhì)亞粘土。

一、軟土的工程性質(zhì)

1、軟土的物理力學(xué)性質(zhì)

（1）天然含水量、孔隙比大。軟土的孔隙比e>1.0，天然含水量一般都大于30%，有的達(dá)70%，甚至高達(dá)200%，多呈軟塑或潛液狀態(tài)，一經(jīng)擾動(dòng)很容易破壞其結(jié)構(gòu)而流動(dòng)；山區(qū)軟土的含水量變化幅度更大。

（2）壓縮性高。軟土的壓縮系數(shù)ɑ1-2一般都在0.05×10-5Pa-1以上，最大可達(dá)0.3×10-5Pa-1以上。壓縮性隨天然含水量及液限的增加而增高。軟土多屬近代沉積，為欠固結(jié)土。同時(shí)它的礦物成分、粒度成分及結(jié)構(gòu)決定了它具有高親水性及低透水性，水不易排出，也不易壓密。因此，軟土在建筑物荷載作用下，土體沉降變形量大，而且沉降不均勻。

（3）抗剪強(qiáng)度低。 軟土的φ值大多小于或等于100，最大也不超過(guò)200，有的甚至接近于0；C值一般在0.05～0.15×105 Pa，很少超過(guò)0.2×105 Pa，有的趨近于0，故其抗剪強(qiáng)度度很低。經(jīng)排水固結(jié)后，軟土的抗剪強(qiáng)度雖有所提高，但由于軟土孔隙水滲出很慢，其強(qiáng)度增長(zhǎng)也很緩慢。因此，要提高軟土的強(qiáng)度，必須在建筑物的施工和使用期間控制加荷速度，特別是開始階段的加荷不能過(guò)大，否則土中水分來(lái)不及排出，不但土體強(qiáng)度不能提高，反而會(huì)由于土中孔隙水壓力的急劇曾大而破壞土體結(jié)構(gòu)發(fā)生擠出。

（4）水性低。 由于大部分軟土地層中存在著帶狀沙層，所以在垂直方向和水平方向的滲透系數(shù)K值不一樣，一般垂直方向的要小，其K值約在10-6 ～10-8 cm∕s，幾乎是不透水的。因此，軟土的排水固結(jié)需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)，在加載初期，地基中常出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，影響地基土的強(qiáng)度。

（5）觸變性。軟土是“海綿狀”結(jié)構(gòu)性沉積物，當(dāng)原狀土的結(jié)構(gòu)物未受到破壞時(shí)，常具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但一經(jīng)擾動(dòng)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度便被破壞。如果在含水量不變的條件下靜置不動(dòng)又可恢復(fù)原來(lái)的強(qiáng)度。這種因受擾動(dòng)而強(qiáng)度減弱，再靜置而又曾強(qiáng)的特性，稱為軟土的觸變性。軟土中含親水性礦物（如蒙脫石）多時(shí)其觸變性較顯著。從力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)鑒別觸變性的大小，用靈敏度來(lái)表示。軟土的靈敏度一般在3～4之間，個(gè)別情況要達(dá)到8～9，屬于中高靈敏性土。靈敏度高的土，其觸變性也大，所以，軟土地基受動(dòng)荷載后，易產(chǎn)生側(cè)向滑移、沉降或基地面向兩側(cè)擠出的現(xiàn)象。我國(guó)軟土多屬中等靈敏度的，個(gè)別為高靈敏度土。

（6）流變性。是指在一定荷載的持續(xù)作用下土的變形隨時(shí)間而增長(zhǎng)的特性。軟土是一種具有典型流變性的土，它在剪力的作用下，土體將發(fā)生緩慢而長(zhǎng)期的剪切變形，使其長(zhǎng)期強(qiáng)度小于瞬時(shí)強(qiáng)度。這對(duì)邊坡、堤岸的穩(wěn)定性極為不利。因此，用一般剪切試驗(yàn)求得的抗剪強(qiáng)度值，應(yīng)加適當(dāng)?shù)陌踩�系�?shù)。

2、不同成因軟土的物理力學(xué)指標(biāo)

由于軟土的沉積環(huán)境不同，導(dǎo)致土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上有所差別，因此，有時(shí)土的物理性質(zhì)指標(biāo)相差不多，而力學(xué)性質(zhì)往往有很大的不同，這種特性在工程上應(yīng)給予足夠得重視。不同成因軟土的物理力學(xué)性質(zhì)如表1-1所示

不同成因軟土的物理力學(xué)性指標(biāo)表 表1-1

二、軟土地基

軟土地基是指壓縮層主要由淤泥及淤泥質(zhì)土、吹填土、雜填土或其他高壓縮性土層組成的地基。我們認(rèn)為，只要外荷載加在土基上，有可能出現(xiàn)有害的過(guò)大變形和強(qiáng)度不夠等問(wèn)題，使建筑物（路基、橋涵等構(gòu)造物）出現(xiàn)下沉、裂縫甚至破壞，這種地基都應(yīng)該視為軟土地基。當(dāng)前道路建設(shè)迅速發(fā)展，由于軟土地基引起了幾個(gè)大的問(wèn)題：

1、由于道路等級(jí)高，路堤填土高，引起路基的沉降，路堤的失穩(wěn)。

2、橋頭路堤與橋臺(tái)的沉降差，在高速行駛的情況下，引起跳車。

3、軟基沉降量超出工后允許范圍。

4、軟基構(gòu)造物的沉降、涵管彎曲。

5、軟基上各類路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工存在的問(wèn)題。

從軟基加固的角度來(lái)說(shuō)，一般砂類土地基承載力比粘質(zhì)土地基承載力高，沉降也比粘質(zhì)土小，并且由于砂類土易透水，它在外荷載作用下產(chǎn)生的沉降在短時(shí)間完成，不像粘質(zhì)土那樣有一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。但是砂類土，特別是松散的細(xì)砂或粉砂，在地震力作用下會(huì)發(fā)生液化，所以砂類土加固如何防止液化是一項(xiàng)重要內(nèi)容。

三、軟土地基的施工方法及適用范圍

軟土地基對(duì)公路的危害，早已引起我國(guó)公路部門各方面的高度重視，科研、設(shè)計(jì)、施工等單位全力以赴。協(xié)同作戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)多年努力，已摸索了不少對(duì)策，并取得了可喜的成績(jī)。近年來(lái)為集設(shè)計(jì)、科研與施工為一體專門服務(wù)于軟基，也兼作其它特殊性巖土處治工程而紛紛出現(xiàn)了一些新型的巖土公司，給軟基處理帶來(lái)新的生機(jī)。

1、軟土地基施工方法及適用范圍

進(jìn)行軟土地基處理，要分別對(duì)待，有針對(duì)性地采取措施。首先要搞好前期勘察設(shè)計(jì)工作。根據(jù)軟土巖性特征和物理力學(xué)指標(biāo)，通過(guò)比較分析，選取合適的軟土路基處理方法。當(dāng)軟土地基不能滿足承載力或穩(wěn)定要求時(shí)，對(duì)地基加固是有效的措施。加固的方法很多，大體上可分為2類。第1類方法原理：減少土體中的孔隙，使土顆粒盡量靠攏，從而減少壓縮性，提高強(qiáng)度。第2類方法原理：用各種膠結(jié)劑把土顆粒膠結(jié)起來(lái)。工程中常用的軟土地基處理方法有以下幾種。

（1）換填法。換填法就是將地基軟弱層的全部或部分換填強(qiáng)度較高、透水性好的材料，可以提高地基承載力降低沉降量。在軟土厚度不大于2m，工期較緊、優(yōu)質(zhì)材料來(lái)源充足時(shí)，利用透水性材料進(jìn)行置換填土可降低壓縮性，提高承載力，提高抗剪強(qiáng)度，減少沉降量，改善動(dòng)力特性，加速土層的排水固結(jié)。換填材料為中粗砂、砂礫、片石、開山石等滲水性材料。砂的質(zhì)量很重要，它取決于砂粒大小和含泥量多少，一般中粗砂含泥量少于3%為宜。同時(shí)還應(yīng)注意其厚度和設(shè)置位置。

（2）砂礫墊層。當(dāng)路堤高度小于極限高度的2倍、軟土層較薄或雨季施工時(shí)，采用砂礫（砂）墊層，使填土與基底之間設(shè)一排水層，從而使路基在受到填土荷載后，迅速地將軟弱路基土中的孔隙水排出，加快固結(jié)速度，提高路基的承載力，減少沉降，防止地基局部剪切變形。

（3）拋石擠淤法。可以使用不易風(fēng)化石料擠淤，片石大小隨泥炭稠度而定，對(duì)于容易流動(dòng)的泥炭或淤泥，片石宜小些，但不宜小于30cm，且小于30cm粒徑含量不得超過(guò)20%。當(dāng)軟土地層平坦時(shí)，應(yīng)沿路中線向前拋填，再漸次向兩側(cè)擴(kuò)展。當(dāng)軟土地層橫坡陡于1：10時(shí)，應(yīng)自高側(cè)向低側(cè)拋投，并在低側(cè)部多拋投，使低側(cè)邊部約有2cm的平臺(tái)頂面。片石拋出軟土上面后，應(yīng)該用較小石頭填塞墊平，用重型機(jī)械碾壓緊密，然后在其上設(shè)反慮層，再行填高。當(dāng)軟土層不是很深，而且地質(zhì)條件不是很差可以采用這種方法。運(yùn)用這種方法施工簡(jiǎn)單、周期短。

（4）強(qiáng)夯法。對(duì)于砂土路基及含水量在一定范圍內(nèi)的軟弱粘性土路基，可采用重錘夯實(shí)或強(qiáng)夯。它的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、效果好、速度快、費(fèi)用比較低、節(jié)省材料、不需要預(yù)壓、適用土層范圍廣，但對(duì)于飽和的淤泥質(zhì)粘土和淤泥則要慎重選用。

（5）攪拌樁法。運(yùn)用這類方法，就是在軟土地基上中滲入水泥、石灰等，用粉噴、攪拌等方法使之充分混合和固化；或把一些能固化的化學(xué)漿液（水泥漿、水玻璃、氯化鈣溶液等）注入地基上孔隙，以改善地基上的物理學(xué)性質(zhì)，達(dá)到加固目的，因此又統(tǒng)稱為化學(xué)加固法。所用化學(xué)加固材料可分為粉體類（水泥、石灰粉）、漿液類（水泥漿及其他化學(xué)漿液）。這樣加固的類型有攪拌樁法（粉體噴射攪拌樁、水泥漿攪拌樁、高壓旋噴樁統(tǒng)稱深層攪拌樁）及膠結(jié)法（硅化法、水泥灌注法）兩類。

（6）排水固結(jié)法。排水固結(jié)法是根據(jù)固結(jié)理論在軟土中設(shè)置排水通道，通過(guò)加壓排水促使固結(jié)沉降，提高抗剪強(qiáng)度。常用的方法有砂墊層、碎石墊層、砂井、袋裝砂井、塑料排水板、降水預(yù)壓、真空預(yù)壓、加載預(yù)壓法等。此法通過(guò)在土層中埋設(shè)強(qiáng)度較大的土工聚合物、拉筋、受力桿件等，以提高路基承載力、減小沉降和維持建筑物的穩(wěn)定。

（7）加筋路堤。加筋土有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和性能，在處治軟土地基中可以發(fā)揮作用。把加筋土結(jié)構(gòu)與其他處治軟土的方法恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來(lái)會(huì)取得更好的效果。在許多情況下，加筋土是避免深基礎(chǔ)處理的有效方法，節(jié)約了大量的工程費(fèi)用，而且能夠保證路堤和結(jié)構(gòu)物之間沉降的連續(xù)性。常用的加筋土處理方法為：直接填筑法、分階段施工法、加筋土與換土相結(jié)合、加筋土與豎向排水相結(jié)合、加筋土與石柱相結(jié)合、輕質(zhì)材料加筋土等。

2 、軟土地基的處理方法實(shí)例分析

湖南某高速公路有13座跨線橋位于軟土地基路段，其土層狀態(tài)基本是表層1—3m厚硬塑層，下8—10m厚軟、流塑層，再下為硬塑層（或基巖），采用粉噴樁（粉體噴射攪拌樁）處理軟土地基，即以水泥作為固化劑，利用深層攪拌機(jī)械將水泥與原位軟土進(jìn)行強(qiáng)制攪拌、壓縮，并吸收周圍水分，經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)作用生成一種特殊的具有較高強(qiáng)度、較好變形特征和水穩(wěn)性的混合柱狀體，它對(duì)提高軟土地基承載能力、減少地基的沉降量及保證橋頭高填土路基穩(wěn)定性具有明顯的效果。

（1）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介。本工程粉噴樁設(shè)計(jì)樁徑為50cm，間距1—2m，按梅花型布置，樁長(zhǎng)以穿透軟、流塑層進(jìn)入硬塑層不少于50cm為原則，通常為8—12m，用于粉噴樁的水泥（425＃普通硅酸鹽水泥）為干粉。根據(jù)地基含水量的大小，采用水泥噴入量為45—60kg/m。含水量在40%以下時(shí)，水泥用量為45kg/m；含水量在40—60%之間，水泥用量為50kg/m；含水量在60—70%之間，水泥用量為55kg/m；含水量＞70%時(shí)，水泥用量為60kg/m。設(shè)計(jì)要求水泥土28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1.2MPa。

（2）施工準(zhǔn)備。粉噴樁施工前應(yīng)準(zhǔn)備下列施工技術(shù)資料：施工場(chǎng)地的工程地質(zhì)報(bào)告，土工試驗(yàn)報(bào)告，室內(nèi)配比試驗(yàn)報(bào)告，粉噴樁設(shè)計(jì)樁位圖，原地面高程數(shù)據(jù)表，加固深度與停灰面高程以及測(cè)量資料等。場(chǎng)地平整、清除障礙。如場(chǎng)地低洼，應(yīng)回填粘性土；施工場(chǎng)地不能滿足機(jī)械行走要求時(shí)，應(yīng)鋪設(shè)砂土或碎石墊層。若地表過(guò)軟，則應(yīng)采取防止機(jī)械失穩(wěn)措施。施工機(jī)具準(zhǔn)備，進(jìn)行機(jī)械組裝和試運(yùn)轉(zhuǎn)。粉噴樁的施工工藝根據(jù)設(shè)計(jì)要求的配比和實(shí)測(cè)的各項(xiàng)施工參數(shù)通過(guò)試樁來(lái)確定。試樁一般為5根，通過(guò)試樁來(lái)確定鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時(shí)間噴粉量等。粉噴樁所用的水泥（425＃普通硅酸鹽水泥）應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，并有產(chǎn)品合格證，并經(jīng)室內(nèi)檢驗(yàn)合格才能使用，嚴(yán)禁使用受潮、結(jié)塊變質(zhì)的加固料。

（3）施工工藝流程。深層攪拌機(jī)械就位→預(yù)攪下沉（至設(shè)計(jì)標(biāo)高）→攪拌提升，同時(shí)噴干水泥粉至地面以下0.5ｍ處（設(shè)計(jì)樁頂）→在樁上部的5m長(zhǎng)范圍內(nèi)重復(fù)攪拌一次（1/3—1/2）樁長(zhǎng)、樁上部強(qiáng)度要求較高→重復(fù)攪拌提升，直到離地面下0.5m，上部回填5%灰土（或水泥土）并壓實(shí)→關(guān)閉攪拌機(jī)械移位至下一樁位。

（4）施工注意事項(xiàng)。應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）控制鉆機(jī)下鉆深度、噴粉高程及停灰面，確保粉噴樁長(zhǎng)度；

2）嚴(yán)禁沒(méi)有粉體計(jì)量裝置的噴粉機(jī)投入使用；

3）定時(shí)檢查粉噴樁的成樁直徑及攪拌均勻程度，對(duì)使用的鉆頭定期復(fù)核檢查，其直徑磨耗量不得大于2cm；

4）當(dāng)鉆頭提升至地面以下0.5m時(shí)，噴粉機(jī)應(yīng)停止噴粉；

5）當(dāng)噴粉成樁過(guò)程中遇有故障而停止噴粉，在第二次噴粉接樁時(shí)，其噴粉重疊長(zhǎng)度不得小于1m；

6）粉噴樁施工時(shí)，泵送水泥必須連續(xù)，固化材料的用量以及泵送固化材料的時(shí)間應(yīng)有專人記錄，其用量誤差不得大于±1%；

7）為保證攪拌機(jī)的垂直度，應(yīng)檢查起吊設(shè)備的平整度和導(dǎo)向架對(duì)地面的垂直度，每工作班檢查不少于2次，使垂直度偏差不超過(guò)1%；

8）攪拌機(jī)噴粉提升的速度和次數(shù)必須符合預(yù)定的施工工藝要求，攪拌機(jī)每次下沉或提升的時(shí)間應(yīng)有專人記錄，深度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，時(shí)間誤差不得大于5秒，施工前應(yīng)丈量鉆桿長(zhǎng)度，并標(biāo)上明顯標(biāo)志，以便掌握鉆入深度，復(fù)攪深度。施工中出現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理、做好記錄；

9）儲(chǔ)灰罐容量應(yīng)不小于一根樁的用灰量加50kg，如儲(chǔ)量不足時(shí)，不得對(duì)下一根樁開鉆施工；

10）粉噴樁必須根據(jù)試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工，操作人員應(yīng)如實(shí)記錄壓力、噴粉量、鉆進(jìn)速度、提升速度、鉆入深度及每根樁的鉆進(jìn)時(shí)間等，監(jiān)理人員應(yīng)隨時(shí)檢查記錄情況。

（5）質(zhì)量檢測(cè)。

1）粉噴樁屬地下隱蔽工程，施工質(zhì)量受機(jī)具、施工工藝、施工人員的責(zé)任心等多種因素的影響，因而其質(zhì)量控制要貫穿于施工的全過(guò)程，并堅(jiān)持全方位的施工監(jiān)理；

2）施工過(guò)程中必須隨時(shí)檢查加固料用量、樁長(zhǎng)、復(fù)攪長(zhǎng)度及施工中有無(wú)異常情況，記錄其處理方法及措施；

3）成樁7天內(nèi)淺部開挖樁頭，其深度宜為0.5m，目測(cè)檢查攪拌的均勻性，測(cè)量成樁直徑，檢查頻率為10%；

4）在成樁7天內(nèi)采用輕便觸探儀檢查樁的質(zhì)量，觸探點(diǎn)應(yīng)在樁徑方向1/4處，抽檢頻率為2%；

5）成樁28天后在樁體上部（樁頂以下0.5m、1.0m、1.5m）分別截取3段樁體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)足尺樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，檢查頻率為2%，每一工點(diǎn)不少2根；

6）成樁28天后，按1%頻率或每一工點(diǎn)不少于2根采用鉆孔取芯法對(duì)其進(jìn)行終檢。

經(jīng)檢測(cè)并參照湖南省《粉噴樁施工質(zhì)量的檢驗(yàn)與評(píng)判方法》進(jìn)行評(píng)分，本工程4.2萬(wàn)根粉噴樁共計(jì)41.8萬(wàn)延米均達(dá)優(yōu)良級(jí)。

四、結(jié)論

在公路建設(shè)中軟土地基帶來(lái)不同程度的危害，如路堤的滑移、開裂，路面起伏不平以及橋涵通道等人工構(gòu)造物跳車顛簸，因而，需要花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，去進(jìn)行勘察、測(cè)試、設(shè)計(jì)、科研、施工。目的是為了整治好，處理好軟土地基，使來(lái)往車輛司乘人員安全、快速、舒適的形式在公路上。

由于軟土地基成因類型不同，厚度不一，性質(zhì)各異，因此在施工過(guò)程中不能一律對(duì)待，應(yīng)首先查明地質(zhì)特點(diǎn)和土質(zhì)條件，對(duì)每一個(gè)道路工程具體分析，從路基條件、處理要求、施工工藝工程費(fèi)用以及材料、機(jī)具來(lái)源等各方面進(jìn)行綜合考慮，以確定合適的路基處理方法。同時(shí)在確定路基處理方法時(shí)，還要注意節(jié)約能源，注意保護(hù)環(huán)境，避免因路基處理對(duì)地面水和地下水產(chǎn)生污染，以及振動(dòng)噪音對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

軟基處理是一項(xiàng)復(fù)雜且技術(shù)性較高的工作，在工程建設(shè)中有著重要的作用和地位。軟基處理方法的選用一定要做到科學(xué)合理、綜合考慮；要做到因土質(zhì)而異，因地制宜，因時(shí)制宜，不能千篇一律；要做到施工切實(shí)可行，工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可靠，才能取得事半功倍的效果。作為我們新一代的青年既要繼承前人，又要突破陳規(guī)，不斷探索，不斷創(chuàng)新，在以后的工作道路上，勤于發(fā)現(xiàn)，善于思考，力求研究出處理軟土地基的既簡(jiǎn)便、又可靠的新興方法，研制出既經(jīng)濟(jì)、又無(wú)污染的新型材料，以自己的淺薄所學(xué)來(lái)為人民服務(wù)。

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)    文徑網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)