高速公路软土地基处理方法研究

摘要：软土地基的加固处理问题一直是高速公路建设中的重要研究课题之一，本文对常用的软土地基处理加固方法进行了较为详尽的论述，对高速公路软土地基施工，确保公路路基的强度和稳定性具有一定的借鉴意义。

关键词：公路软土地基；加固处理；排水固结

中图分类号： TU471.8 文献标识码： A 文章编号：

1引言

随着我国高速公路建设规模的日益扩大，难度的不断提高，软土对公路的危害，引起我国公路方面各部门的重视，公路建设对软土处理也提出了更高的要求。为了满足公路工程建设的需求，科研、设计、施工等单位全力以赴，协同作战，经过多年努力，引进、发展了多种软土处理技术，积累了一定的经验，并取得了可观的成绩，同时也还存在着一些问题。

软土就是强度低、压缩性高的软弱土层。通常把淤泥、淤泥质土、软粘性土总称为软土。一般情况下，软土的含水量在34% ~72%之间，孔隙比在1.0~1.9之间，饱和度大于95%，液限一般为35% ~60%，塑性指数为13~30。在高速公路的建设中，因要求全立交、桥涵通道多，路堤高度多超过软土填土极限高度；加之软土中含有大量亲水胶体微粒，土体多呈海绵状结构，因其孔隙比大、含水量多、透水性小、抗剪强度低、压缩性强，在路堤高填土的自重作用下，要经过较长时间才能趋地压密稳定。此外软土结构在大交通量、重载车辆的作用下，往往会发生路基失稳或不均匀沉降，导致公路路用性能的降低或丧失。为了增强压密稳定力度和较短时间达到最终沉降，确保路基及其外侧建筑物或其他设施的安全，因此必须对软土地基进行针对性的加固处理。

2处理方法

高速公路软基处理方法可大致归为两大类，即排水固结法和桩体挤密加固法。对正常固结的软土应优先选取排水固结方法，该方法最经济合理。只有在特殊情况下，如工期过紧、承载要求过高而又缺乏堆载的条件下才会考虑其它加固方法。在实际的应用中，往往并非加以单取一种方法，而是发挥几种方法的各自优势，加以综合运用。下面就目前国内外常用的几种高速公路软土地基处理方法的特点及使用条件作简要介绍。

2.1排水固结法

基本原理是根据固结理论，利用路堤自重荷载压密地基，同时通过人工加设土层的垂直和水平的排水通道，缩短排水的距离来加速地基的固结。主要方法有浅层处理中的砂垫层、砂沟法和土工织物法；深层处理中的砂井预压法、塑料排水板法、真空预压法和新出现的方法。

（1）砂垫层

主要原理是利用砂垫层良好的透水性特点，在软土地基顶面铺设排水砂层，以增加排水面，使软土地基在填土荷载的作用下，加速排水固结，从而提高地基强度，满足稳定的要求。砂垫层主要适用于路堤高度小于极限高度的2.0倍以内，软土层不厚或虽厚但有良好排水条件，且砂源丰富，工期要求不紧的情况。

（2）土工织物法

在软土、沼泽地区及地基湿软、地下水位较高情况下采用垫隔、覆盖土工布法加固地基，可使荷载均匀分布，提高路基刚度，利于排水。高填方路堤适当分层垫隔，效果更好。研究表明复合土工布与砂垫层相比，由于土工布的加筋作用，使土工织物一土复合体承受较大的拉力，总沉降量减少1/3，且复合体刚度提高，使差异沉降也减少1/3。在沪宁高速公路中，就将原50cm垫层改为30cm砂垫层加一层有纺土工布，取得了较好效果。

（3）砂桩法、袋装砂井法和塑料排水板法

砂桩、袋装砂井和塑料排水板都是排水预压法竖向排水通道材料，三者排水机理相同，固结理论和设计方法也基本相同，都是通过预压荷载，使被加固土体中的空隙水排出，有效应力增加，土中空隙体积减小，密度加大，土体强度得到提高，从而达到减少地基工后沉降和提高地基承载力的目的。

1）砂桩处理法是在软土地基中先钻成一定直径的孔眼，然后灌以粗砂或中砂，利用上部荷载作用加速软土排水固结的方法。砂桩的成桩方法可采用冲击成桩法或振动成桩法。

2）袋装砂井法是事先把砂装人长条形且透水性好的编织袋内，然后用专门的机具设备打人软土地基内以代替普通大直径的砂井。袋装砂井的直径小、材料消耗小、工程造价低、施工速度快、设备轻型，适于在软弱地基上施工。一般情况，当泥沼或软土层厚度超过5m，且路堤高度的自重静压超过天然地基承载力很多，特别是地基土水平位移较大时，经常采用这种方法。

3）塑料板排水法是一种利用塑料排水板作为竖向排水通道，通过排水预压达到提高地基承载力的一种先进加固软土地基的方法。塑料排水板由于具有性能好、质量可靠、施工方便、工效高、工程费用低、对土的扰动小、可用轻型机械在软土上施工等优点,迅速在国内得到推广，大有代替砂桩和袋装砂井的趋势。塑料排水板排水预压固结法一般用于泥炭饱和淤泥地段或土基松软地下水位较高的地段，其主要施工工艺流程为：清理整平场地弓铺设排水砂垫层、插设塑料排水板“加载预压”卸载。

（4）ISS法

ISS法实际上是一种化学处理方法，即是利用一种由多个强离子组合而成的水溶剂—电离子土壤强化剂用做土壤基质的补充，从根本上将土壤内毛细管水去掉，再经压实，提高土壤的密实度、防渗性和承载能力。具体施工类似于砂井法，只是用ISS溶液替换砂粒，最后将被交换出来的自由水抽出并用砾石回填即可。该方法具有经济、快速、耐久等优点。

2.2桩体挤密加固法

桩体挤密加固法的基本原理是：在软基中加入桩体，通过桩体对软土产生挤密作用并与天然地基构成复合地基，提高软基的整体强度，从而达到加固的目的。

（1）粉体喷射搅拌桩法

粉体喷射搅拌桩是高速公路中软基处理用得较多的方法之一。它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，用压缩空气将粉体送到地基深处与软土强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理一化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。但是粉喷桩施工质量难以保证，深部成桩质量差且缺乏可靠的质检方法，价格又较高。当软土含水量大于65%后，其效果尚待进一步论证。刘松玉等根据大量的实测资料，认为采用标准贯人试验法检验水泥土搅拌桩的质量是行之有效的方法，并建立了标贯击数与无侧限抗压强度的关系。

（2）碎石桩法

碎石桩是一种粗颗粒土桩，指使用振动、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后，再将碎石挤压人土孔中，形成大直径的由碎石所构成的密实桩体。对粘性土地基特别是饱和软土，由于土的粘粒含量多，粒间结合力强，渗透性低，在振动力或挤压力的作用下土中水不易排走，所以碎石桩的作用不是使地基挤密而是置换。

2.3其他方法

（1）换土法

置换填土法通常用于软土地基分布范围较小，软土厚度在2m以内，路堤高度较低的情况。具体办法可将软土层全部挖除，然后采用砂、碎石、块石、卵石、片石等渗水性较好的材料或强度较高的粘土进行填筑，以提高地基的承载力。

（2）抛石挤淤法

抛石挤淤法通常用于淤泥厚度小于3m、呈流动状态、抖泳困难、料源充足的情况。抛石顺序宜沿道路中线向前抛填，然后逐渐向两侧扩展，以便将淤泥向两边挤出。当抛石抛出软土面后，应用较小的块（碎）石垫平，并用碾压设备反复碾压至设计压实度，然后在其上铺设反滤层，再填土至设计高程。

（3）轻质路堤技术

粉煤灰是一种轻质、具有一定水稳性的无粘性材料，其路用性能满足公路路堤的技术要求；在粉煤灰中加人约6%消石灰可改善其强度和稳定性。在同一路堤高度下，粉煤灰填筑与土质填筑相比，稳定安全系数提高约10%，总沉降量可减少15%一20%。聚苯乙烯泡沫塑料EPS是另一种超轻质材料。我国近年来引进了该项技术，并在杭甫高速公路望童跨线桥桥头路堤及沪杭高速公路中应用，取得了较完善的资料。随着环境问题日益严重，加快EPs材料轻质路堤技术的研究应用，除能在高速公路建设中取得较好的经济效益外，还能为环境保护及社会可持续发展做出贡献，因而是一项很有前途的技术。

3结束语

高速公路软基处理中主要需解决的是沉降问题，应结合实际条件选择具体处理方案。地基处理新方法如土工织物法、袋装砂井法、ISS法、塑料板排水法及轻质路堤技术等可在高速公路软基处理中推广使用。

参考文献：

[1] 张立梅.不良山区地基处理技术研究.北京林业大学, 2006.

[2] 王俊.粉喷桩复合地基承载特性研究及有限元分析.长安大学, 2006.