道路软土地基的处理

【关键词】软土地基 深层搅拌桩法 换土垫层法 排水固结法

　　1 软土地基

　　我国公路行业规范对软土地基未作定义。日本高等级公路设计规范将其定义为:主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。地下水位高，其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。日本规范还对软土地基做了分类，提出了类型概略判断标准。在给出软土地基定义时指出:软土地基不能简单地只按地基条件确定，因填方形状及施工状况而异，有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上，判断是否应按软土地基处理。

　　2 软土地基在公路工程中造成的危害

　　1)勘察设计不详细或不准确，导致对应该做软基处理的地段未做处理设计。

　　2)已知是软土地基，但是未做好软土地基处理，造成路堤失稳或危及线外建筑物。

　　3)虽然做了软土地基处理，但是措施不力，施工不当造成路堤失稳。

　　4)堆料不当，未按规定分层填筑，填土过快，碾压不当，造成路堤失稳。

　　5)扰动“硬壳层”或填筑不当，使“硬壳层”遭受破坏，导致路堤失稳。

　　3 处理软土地基的方法

　　3.1 换土垫层法

　　1)垫层法。其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣;粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量;常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理深度为2m～3m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。

　　2)强夯挤淤法。采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体;可提高地基承载力和减小变形。适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基，应通过现场试验才能确定其适应性。

　　3.2 排水固结法

　　在软基处理中，袋装砂井和塑料排水板是最常见的、最简单的施工方法。

　　3.2.1 塑料排水板

　　塑料排水板是带有孔道的板状物体插入土中形成竖向排水通道，改善地基的排水条件，缩短排水途径，地基承受附加荷载后排水固结过程大大加快，进而使地基强度得以提高。

　　3.2.2 排水板材料

　　（1）多孔单一结构型，是一种经特殊加工的两块聚氯乙烯树脂透水板，两极之间仅有若干个点以突缘相接触，而其间留有许多孔隙，故透水性好。该种材料具有耐酸碱、不膨胀、不变质等特点。但排水板在土压力作用下，过水面积将会减少，影响排水效果。

　　（2）复合结构型，内为用聚氯乙烯或聚丙烯作成的芯板，外面套以用涤伦类或丙烯类合成纤维制成的滤膜，板宽一般为100mm，厚3～4mm。

　　3.3 振密、挤密法

　　振密、挤密法的原理是采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。

　　4 深层搅拌桩法的加固原理及其施工中的应用

　　4.1 深层搅拌桩是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥浆液强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬化成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。

　　4.2 深层搅拌桩适宜于处理淤泥、淤泥质土，地基承载力不大于120kpa的粘性土和粉性土等土层。其施工时无振动、无噪音、无污染，且施工工期短等因素，已被利用于建筑行业的各种地基加固工程中。

　　5 室内配比试验

　　5.1 土性分析

　　取原位土进行土工试验，该工点土层从上至下依次为：淤泥质砂粘土、粘砂土、细砂、砂粘土。表1为各土层物理力学性能指标值。

　　5.2 配比试验

　　采用1 : 0.48的水灰比，并分别取13%、15%及17%的水泥掺入量拌制成水泥浆液，与上层原位土（即淤泥质砂粘土）搅拌制成土桩试块，按土工试验技术规程进行养生后测出不同龄期土桩试块的无侧限抗压强度，试验结果见表2。

　　根据配比试验结果，施工中采用水灰比为1 : 0.48，水泥掺入量15%，即每米土桩57kg水泥的配比进行控制。

　　6 施工机械

　　水泥搅拌桩的施工机械为钻机、粉浆机和空压机。

　　钻机：是水泥搅拌桩的主要成桩机械，应具有动力大、操作灵活、能按不同速度均匀地正向钻进和反向提升、能前后左右自行移动的功能。

　　喷浆设备：是定量发送浆体材料的设备，包括储灰罐、发送装置、计量控制装置等，是施工的关键设备。

　　压缩机；力水泥搅拌桩施工提供一定压力的气源，使水泥浆液克服喷浆口土体阻力而喷入土中。

　　7 施工工艺

　　深层搅拌桩的施工程序：桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

　　7.1 定位

　　搅拌机移动至设计桩位，对中，桩位误差控制在5cm之内，当地面起伏较大时，应调整起吊设备保持水平，钻杆倾斜度不大于1.5%。

　　7.2 制备水泥浆

　　按配比试验确定的配比拌制水泥浆，压浆前水泥浆要搅拌均匀，并保持水泥浆数量满足制桩要求，以免发生断桩现象。

　　7.3 喷浆下搅

　　启动搅拌机电动，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架边搅拌切土边喷浆下沉，下沉速度由电机的电流监测表控制，一般工作电流不应大于70A。

　　7.4 提升搅拌

　　搅拌头喷浆下沉到设计深度后，确定水泥浆的输出量，若输出量不足，在提升搅拌过程中继续喷浆，直到满足为止，同时严格按试桩确定的速度提升搅拌头。

　　7.5 重复搅拌

　　搅拌头提升至设计顶面标高后，为使软土和水泥浆搅拌均匀，需进行重复搅拌。复搅过程为：将搅拌头边旋转边沉入土中，至设计加固深度后，再将搅拌头搅拌提升出地面。

　　7.6 成桩、移位

　　8 施工注意事项

　　8.1 严格按设计水泥掺入量、水灰比配制水泥浆，水泥不可有结块硬化。

　　8.2 水泥浆要经过过滤器清除杂物后才能输入搅拌轴，同时贮浆池的容量应足中有余，防止浆液供给不足而导致断桩。

　　8.3 在钻搅施工中不得停浆，一旦断浆，立即将钻具提到断浆处上部1m处，再重新钻搅喷浆下进，严禁自断浆处续接，以保证成桩的连续性。

　　8.4 因机械事故使配制的水泥浆发生凝稠状态时，必须更换，不得再用。

　　8.5 钻搅提升复搅应采用反转，不得正转提升，以免将土带起造成空洞以致空心转。

　　9 结语

　　公路软基处理属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑物所覆盖，便构成隐患且不好检查及补救。因此，施工的技术人员必须意识到软土地基的危害性，坚决以数据说话，认真测定基底的承载力，并根据不同的地质情况，不同的投资和工期要求，采用切实可行的处理方案，同时一定要采集路基施工后的工后沉降数据，积累经验，为今后的施工打下坚实的基础。