软土地区高速公路路基处理

摘 要 软土地基上主要存在的问题是若不对地基加以处理，往往会发生路基失稳或过量沉陷，导致路基病害的产生，继而影响车辆正常运行，所以软土地基上路堤稳定分析是软土路基设计中最重要的内容，如果稳定分析是正确的，则为经济合理地确定路堤断面和地基加固措施提供了可靠的依据。

关键词 路基；软土地基；稳定分析；地基加固

中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0130-02

1 软土地基上路堤的稳定分析

1.1 软土路堤稳定分析

软土地基上路堤稳定分析是软土路基设计中最重要的内容，如果稳定分析是正确的，则为经济合理地确定路堤断面和地基加固措施提供了可靠的依据。

影响软土地基稳定性的因素较多，它不仅取决于路堤的断面形式、填土高度、填土施工速率和地基土的性质，而且与软土成因类型、地层的成层情况以及地基土的应力历史有关。软基上的高路堤稳定性，经常在路堤未填到设计高度时发生问题，因此，计算中不仅要对最终填筑高度作稳定分析，而且必须对填筑过程中的稳定进行分析。一般计算时，应予考虑路堤内滑动面上的抗剪阻力。但对于软土层厚的地基上的路堤，由于地基的侧向位移，使路堤受拉，因而稳定分析计算中，可以忽略路堤内的抗剪阻力，按路堤部分整个高度内产生竖向裂缝进行计算。对于路堤高度比软土层的厚度大得多的高路堤的稳定性计算中，还要对整个路堤高度上的开裂的滑动面进行计算。

1.2 软土地基上路堤的最小高度和极限高度

在天然软土地基上，用通常速度施工的方法，修筑一般断面的路堤所能填筑的最大高度，称为极限高度，以Hc表示。极限高度的大小取决于软土的性质和成层情况，软土表层硬壳的厚度与性质、填料的情况等等，极限高度仅作设计施工的参考依据，因此可近似的令φu=0进行估算。

1.2.1 均质厚层软土地基上路堤的极限高度

均质厚层软土地基上路堤的极限高度可按下述两种方法计算：

1）理论估算公式：

（1）

式中：cu―地基土快剪测得的单位黏聚力；γ―填土容重。

2）近似公式：

Hc=0.3cu （2）

式中符号意义同前。

1.2.2 均质薄层软土地基上路堤的极限高度

均质厚层软土地基上路堤的极限高度采用下式计算：

（3）

式中：Ns―稳定数，与边坡角β、深度因数ηD有关。

当软土下卧硬层顶面有较大横向坡度时，实际的极限高度将比计算所得值偏小一些。

1.2.3 非均质软土地基路堤的极限高度

非均质软土地基，土层性质各不相同，无法估算，只能按圆弧法进行稳定性验算确定路堤极限高度。检算时地基的强度指标采用快剪法测定。如果条件允许，根据工地填筑试验确定极限高度是最直接可靠的

方法。

2 软土地基的加固措施

2.1 改变路堤本身的结构形式，对地基不做处理

这种方法如反压护道、柴排、铺设土工织物。这类方法施工简便易行，但高路堤不适用。反压护道是借在路堤两侧填筑一定宽度和一定高度的护道的反压作用，以防止地基破坏保证路基稳定的一种有效措施。利用反压护道加固地基，不需特殊的机具设备和材料，施工简易，但占地多，用土量大，后期沉降大，养护工作量大。

2.2 排水固结，提高地基软土的强度

这类方法如排水砂井和排水砂垫层等。其作用是加速地基固结，使强度得到提高。排水砂井是利用各种打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼，并灌入中、粗砂而成。由于这种砂井在饱和软黏土中起排水通道的作用，故称排水砂井。砂井顶部要用砂沟或砂垫层连通，构成排水系统，在路堤荷载的作用下加速排水固结，从而提高强度，保证路堤的稳定性。

软土地基设置砂井后，改善了地基的排水条件，缩短了排水途径，因而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。用砂井加固软土地基，对于提高地基承载力是有效的。当路堤较高，软土层较厚时，用其他方法（如反压护道）难以满足路基稳定要求时，改用砂井加固可获得良好效果。

2.3 人工地基

人工地基是在软土地基内设置各种材料制成桩，构成复合地基，或将地表换成性能良好的土料，以提高地基承载力，保证路基稳定的一种方法。其方法包括换土、侧向约束和碎石桩等。

2.3.1 换土

以人工、机械或爆破方法将地基软土挖除，换填强度较高的黏土或砂、砾、卵石、片石等渗水性材料。对软土或泥炭层厚度小于3 m的情况，一般可采取全部挖除换填的方法；对厚度大于3 m的情况，通常只采取部分开挖换填的方法。全部挖换填从根本上改善了地基，不留后患，效果最佳，是最为彻底的措施。此法从根本上改善了地基的性质，效果甚佳，但仅适用于软土层较薄、其上无覆盖层的情况。在液性指数较大的软土中，可采用抛石挤淤的措施以强迫换土，施工简便迅速，不必抽水挖淤，可以取得较好的效果。

2.3.2 侧向约束

在路堤两侧设置木桩、板桩、钢筋混凝土桩或片石齿墙等，以限制地基的侧向变形。此类方法在软土层厚度较小且底部有较硬土层的情况下，效果很好，特别是下卧层面具有横坡时，尤其适宜。

2.3.3 碎石桩

碎石桩是采用碎石材料做桩料，并依靠振动沉管机，水振冲器等在软土地基层内做成。碎石桩与桩间的软土形成复合地基，碎石对地基起加固、置换作用。由于桩与土体内的共同作用，从而提高地基的承载力，降低土层的压缩性。碎石桩的直径较大，常用0.5 m~1.0 m。桩材一般用未风化的干净砾石或轧制碎石，粒径宜为20 mm~50 mm，含泥量不应大于10%。

2.3.4 加固土桩

加固土桩是用某种专用机械将软土地基内局部范围内的软土主体用无机结合料加固、稳定，使桩体与桩间的软土形成复合地基。改良后的加固土桩起置换作用和应力集中效应，以减少地基的总沉降。加固土桩所采用的材料有水泥、生石灰和粉煤灰的等。

2.4 综合加固措施

为了增大加固效果，减少占地，节省材料，可采用两种或两种以上方法综合使用。例如砂井与反压护道并用，砂垫层和反压护道并用，砂垫层和柴排并用，反压护道和片石齿墙并用，反压护道和换土并用。

近年来，由于对软土性质研究工作的深入及新材料、新机具的不断涌现，软土地基加固措施也迅速发展，一些新方法被广泛应用，袋装砂井、塑料排水板、高压喷射注浆法、土工聚合物法、深层搅拌法、灌浆法和强夯法等等，现介绍路基常用的几种方法。

2.4.1 袋装砂井

1）袋装砂井的发展与应用。袋装砂井是事先把砂装入长条形透水性好的编织袋里，然后用专门的机具设备,打入软土地基内，代替普通大直径砂井。袋装砂井既具有普通大直径砂井的作用，又可保证砂井的延续性，避免缩颈的现象。此外，由于袋装砂井的直径小，材料消耗少，工程造价低，施工速度快，设备轻型，更适应在软弱地基上施工。

2）袋装砂井直径。袋装砂井直径是根据所承担的排水量和施工工艺要求决定，一般采用7 cm~12 cm的直径，我国目前多采用7 cm直径。

3）砂袋材料的选择。袋装砂井的编织袋应具有良好的透水性，袋内材料不宜漏失，袋子材料应具有足够的抗拉强度，能承受袋内砂的自重以及弯曲时所产生的拉力；要有一定的抗老化性能和耐腐蚀性；要便于加工，价格低廉。一般采用合成纤维、黄麻、塑料等材料编织物，目前我国多采用聚丙烯编织物。

4）袋装砂井施工注意事项。①砂井定位要准确，垂直度要好；②砂袋含水量一般要求小于3%；③袋中的砂宜用风干砂，不宜用潮湿砂，以免袋内砂干燥后，体积减小；造成袋内砂柱缩短与排水垫层不搭接等质量事故；④采用聚丙烯编织袋，施工时应避免太阳光长时间爆晒；⑤在整个施工过程中，避免砂袋被挂破流砂；⑥确保袋装砂井与排水垫层之间的连接。

2.4.2 塑料排水板

塑料排水板和袋装砂井一样，也是一种克服砂井存在的缺点，改善地基排水条件的方法。塑料排水板有芯板和滤膜组成，土层中的固结渗流水通过滤膜渗入到沟槽内，又通过沟槽竖向排入地面砂垫层中排出。要求滤膜的渗透系数不低于中、粗砂，一般采用耐腐蚀的涤纶衬布。芯板要求在土压力作用下不产生断面压缩变形，国内外多采用聚乙烯或聚丙烯塑料加工而成两面有间隔沟槽的板条，多孔型排水芯板，采用耐腐蚀的涤纶无纺布。

塑料排水板法是在纸板排水法的基础上发展而来的。它的特点是，单孔过水断面大，排水畅通、质量轻、强度高，耐久性好。它与砂井的试用范围相同。

塑料排水板的作用原理和设计方法与砂井排水法相同，设计时，把塑料板换算成相当直径的砂井。设塑料排水板宽度为b，厚度为δ，则换算直径为：

式中：α为换算系数，通过实验求得。

从现场试验资料来看，施工长度在10 m左右，挠度在10%以下的排水板，α为0.6~0.9；对标准型，既b=100 mm，δ=3~4 mm，取α=0.75。换算直径D=50 mm，相当于直径为50 mm的砂井。井径比可参照袋装砂井，采用15~30。

2.4.3 路堤荷载压重法

路堤荷载压重法是以路堤荷载来增加作用于地基上的总应力，加速固结沉降，同时提高地基强度的方法。为保证路堤在填筑过程中不致失稳，一般采用慢速加载法。其经常与垂直加载法并用。

根据压重的不同目的，通常把超过最后设计荷载的压重叫作超载压重；把预先加载使地基固结沉降，然后卸除荷载，再修筑构造物的方法叫预压法。

在压缩性大、透水性好的泥炭地基上，最适宜采用路堤荷载压重法。在压缩性大、透水性差的软土地基上，单独采用路堤荷载压重法需要相当长的固结沉降时间，故对于施工期长的工程比较适用；而对于施工期短的工程，则需与垂直排水法并用，以加速固结沉降。

2.4.4 水泥土加固法

水泥土加固法实际上是将石灰或水泥等固化剂于软土地基搅拌、混合的地基处理办法。它是采用石灰与土或水泥与土按一定的比例均匀拌合形成灰土或水泥土，作为建筑物的基础材料。现在多以水泥为主剂，用水泥浆或水泥粉，按用途选取适当的配合比，与土体搅拌均匀，使水泥与土起物理化学作用，形成整体的、坚硬的、水稳性的生成物。一般称为水泥加固土或称水泥土。该土因渗入了水泥，对土进行了改性，其强度主要受工程地质条件及水泥掺入量两个因素控制。当地质条件一定时，水泥土的抗压强度，基本随水泥掺入量的增加而提高。

3 结束语

软土地区高速公路的潜在病害是很危险的，但是只要认真对路堤进行稳定分析，综合考虑，选取合适的地基处理办法，就能将病害的威胁降到最低。

参考文献

[1]张留俊.高速公路软土地基处理技术[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 牛志荣.地基处理技术及工程应用[M].北京:中国建材工业出版社,2004.