刍议公路工程软土地基的处治措施

摘 要：随着经济飞快的发展，全国各地都在大规模地进行着交通基础的建设。软土地基已经成为公路建设中遇到的一个较为普遍的情况，特别是在沿海城市，软土地基的处理问题对于道路的安全、寿命以及工程施工的进度造价都有着很大的影响。故本文将对软土地基的性质、危害及常见处理方法和适用条件进行总结分析。

关键词：公路工程软土地基；软土地基的危害；处理方法

中图分类号：U41 文献标识码：A一、软土地基概述

1．1软土性质

软土泛指淤泥和淤泥质土及泥炭等，是第四纪晚更新世以来，在静水或非常缓慢的流水环境(缺氧饱和水的环境)下沉积，并经过生物化学作用形成的饱和软粘土，其广泛分布于各河流的入海处和滨海地区，但不少内陆的湖、塘、沟、谷和河漫滩等地也常遇到。软土一般具有高含水量，大孔隙比，弱透水性，高压缩性，抗剪强度低，高灵敏度、显著的触变性和蠕变性等特点。

1.2软土地基的危害

软土地基的变形破坏是软土最常见的工程地质问题。软土的承载力低，抗剪强度也很低，长期强度更低，往往导致地基丧失强度而发生挤出破坏。软土压缩性很高，沉降变形量大，常出现由于地基下沉引起基础变形或开裂，甚至造成建筑物或构筑物破坏。软土的含水量大，多接近或超过其液限而成为软塑或流塑状态，且因其固结排水不畅，地基的强度增长缓慢，沉降的延续时间很长，影响工程建设的工期和工程质量。软土的成分和结构复杂，平面分布及垂直分布往往不均匀，易使建设工程发生不均匀沉降，产生裂缝甚至破坏。

在软土地基上修建公路或铁路，路堤高度常受到软土强度的控制。路堤过高，将导致挤出破坏，产生坍塌和滑坡等。软土受到振动时，很容易破坏其海绵状结构，使软土产生振动液化而丧失强度，导致地基土大面积失效，从而引起道路破坏。如不采取有效的加固措施将会危及行车安全。

二、软土地基常用处理方法

2.1浅层软土地基处理

2.1.1表层排水法

对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果，应回填透水性好的砂砾或碎石。

2.1.2砂垫层法

对于地基上部软土层极薄且含水量大时，在软土地基上敷垫厚0.5m～1.2m左右的砂垫层。这样可达到固结软土层，使砂垫层起到上部排水层作用；同时，砂垫层又成为填土内的地下排水层，以降低填土内的水位;在进行填土及地基处理施工时，为施工机械提供良好的通行条件。

2.1.3换填法

换填法是将地基浅层一定深度的软弱土层挖除，回填强度较大、压缩性较小、料源丰富、价格低廉且无腐蚀的砂、碎石、石渣、素土、灰土、矿渣以及其他性能稳定的材料，分层夯实至要求的干密度作为持力层，可以起到提高地基承载力、减小沉降量、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩作用。换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。

2.1.4土工织物加强法

土工织物的制造过程是首先把聚合物原料加工成丝、短纤维、纱或条带，然后再制成平面结构的土工织物。其突出的优点是重量轻，整体连续性好，施工方便，抗拉强度较高，耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好。土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效。采用土工织物铺设于软基表面，可起到反滤、排水、隔离和补强的作用。

2.1.5添加剂法

表层为粘性土时，可在表层土内掺入添加剂，改善地基的压缩性和强度特性，以保证施工机械的行驶，同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。添加材料通常是生石灰，熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌，除了降低土壤含水量、产生团粒效果外，对被固结的土随着时间的推移还会发生化学性固结，使粘土成分发生质的变化，从而促进土体稳定。水泥稳定土是黄土掺水泥(一般含水泥3%～5%)后使用，其造价较贵，其优点是不需太长的养生时间就可使地基固化板结达到施工要求的强度。

2.2深层软土地基处理

2.2.1静力排水固结法

排水固结法，又称预压法。在软粘土地基上修建高速公路，排水固结法处理软土地基具有成本低、效果好等优点，一般应优先考虑。排水固结法是利用天然地基土本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体，通过预先在地表进行加载或利用建(构)筑物自身重量使地基中的孔隙水逐渐排出、土体逐渐固结和压密，强度逐步提高的方法。该方法适用于饱和粘土，有机质粘土的地基处理。采用排水固结法处理软土地基的优点是成本低，地基处理质量可靠。其缺点是施工工期长，在填土过程中需要严格控制填土速率：地基固结沉降大，需增加路堤填土用料。另外，当竖向排水通道设置深度浅，或竖向排水通道井阻严重，或预压时间短未达到要求的固结度，采用排水固结法处理地基时工后沉降较大，此时，地基工后次固结沉降也大。

2.2.2强夯法

强夯法亦名动力固结法，国外称dynamicconsolidation，dynam-ic compaction，heavy tamping等。强夯法是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，通常以8t～30t的重锤和8m～20m的落距，对地基土施加很大的冲击能，强制压实地基。我国于20世纪80年代引进，交通部第一航务工程局科研所及协作单位在天津首先开展试验研究。由于设备简单、效果显著、经济和施工快，很快得到推广。其缺点是施工时噪声和振动较大，因而不宜在人口密集的城市内使用。

强夯法可提高地基承载力，经强夯加固处理后，地基承载力通常可提高1倍～5倍;强夯可加固深层地基，有效加固深度一般为5m～10m，高能量强夯法加固深度可超过10m。饱和疏松粉细砂经强夯后可以消除液化。强夯可消除湿陷性黄土的湿陷性，同时强夯还可以减少地基沉降量，并可解除不均匀沉降的危害。强夯法用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。对于饱和度较高的粘性土，一般来说处理效果不显著。尤其是对于淤泥和淤泥质土地基，需经试验证明施工有效时方可使用。但近年来，对高饱和度的粉土与粘性土等地基，有采用回填块石、碎石或其他粗颗粒材料进行强夯置换，取得较好效果的工程实例。

2.2.3复合地基

复合地基是指在天然地基的土体内增加人工增强体(桩)构成人工地基，使地基中应力按材料模量重新分布，大部分荷载由桩体承担，桩间土与桩共同承担荷载。常用的复合地基有如下几种:

1)石灰桩:石灰搅拌桩是靠石灰与土之间发生一系列的物理化学反应而形成的，不同的土质会产生不同的加固效果。深层搅拌石灰桩施工时通过机械搅拌，钻进时喷射压缩空气，使准备加固的土在原位受到扰动。钻进到设计标高后，钻机钻头反向旋转，边提升边由压缩空气输送生石灰，向着由钻头搅拌叶片旋转产生的空隙部位喷入，使土体和石灰进行充分拌和，形成具有整体性、水稳性和一定强度的石灰土桩，加固深度可以达到20m。石灰搅拌桩适宜于蒙脱土类矿物含量粘土地基。

2)深层水泥土搅拌桩:水泥土搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械边钻进边往软土中喷射浆液，借助搅拌轴上翼片的旋转搅拌，使固化剂与软土充分拌合在一起。搅拌成的混合材料经过一系列的物理化学反应，改变了原状土的结构，硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥土桩体，若干根这类桩与桩间土构成复合地基。

水泥土搅拌桩具有良好的整体性和水稳性，且成桩效率高、施工场地周围不受污染，施工过程无振动、无噪声、工期短、造价低等优点，适用于加固饱和软粘土地基，尤其适用于20m深度范围内无理想持力层的软土地基。

3)碎石桩:又称振冲置换法，它是利用一个产生水平振动的管状设备，采用高压水边振边冲从而在软弱粘土地基中成孔，然后分批填入碎石并加以振捣，利用桩体对桩周围土体的挤密作用，使其与周围粘性土形成复合地基。碎石桩具有置换、排水固结和复合地基的特点，适用于石料丰富地区、软土厚度较大的地段。

4)粉喷桩:粉喷桩是"粉体喷射搅拌桩"的简称，是利用专用喷粉搅拌钻机将水泥等粉体固化剂喷入软土地基，将软土与固化剂强制搅拌，固化剂与软土之间产生物理化学反应，使软土固结成具有一定强度的水泥桩体而形成复合地基的一种施工方法，又称干法。由于粉喷桩有抗侧向变形能力强、承受较大的加荷速率、有效减少总沉降量、大大缩短施工周期等优点，目前在城市道路、桥梁、高速公路建设领域应用的较为广泛。

5)高压旋喷桩:高压旋喷桩利用钻机，将预先配制好的水泥、石膏等材料作为固化剂的浆液，当钻机钻到设计标高后，用高压旋喷机把安有水平喷嘴的注浆管下到孔底，利用高压设备使喷嘴以20MPa～25MPa的压力把浆液喷射出去，冲击切割土体，并与土体搅拌混合，随着注浆管的旋转和提升而形成圆柱体桩体，固结成桩，从而使地基得到加固，适用于软土地基软土层厚度较厚(14m以上)，软土的含水率较高、塑性高、压缩性高、强度低、地基稳定性差，同时工后沉降要求高的软基处理工程。高压旋喷法将深层搅拌法和高压喷射法结合起来，既克服了深层搅拌法在正常桩径(500mm～700mm)和正常渗入比(15%)情况下，软土中桩体无侧限抗压强度仅在15MPa左右形成的桩身强度决定复合地基承载力的不合理模式，又避免了高压喷射注浆法需要较大切割能量的问题。

6)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩):CFG桩是一种低标号的混凝土桩，混凝土的主要材料可用水泥、粉煤灰、碎石，也可用水泥、砂、碎石组成。加固原理和施工方法类似于碎石桩，适用于软土厚度大、承载力要求高的桥涵构造物及高路堤地段。处理的厚度可大于15m。水泥粉煤灰碎石桩适用于处理软弱粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土地基。采用水泥粉煤灰、碎石进行配比，抗压强度等级达到C15。施工常采用长螺旋钻管内泵压施工和振动沉管施工方式。

结语

近年来，随着科技的进步，出现了很多软土地基处理的新技术和新方法，例如:预应力管桩、现浇混凝土管桩、真空-堆载联合预压法、软土地基强夯法联合堆载预压、新型动力排水快速固结软地基处理工法、高真空击密法、冻结法、建筑垃圾桩等。如此多的软土地基处理方法，各种方法都有它的使用范围，设计者和施工者应综合考虑工程地质、上部结构、工期要求、造价、工程用料等方面，确定出适合的方案，同时也应多尝试和研究新的方法和技术，高效快速地处理软土地基。

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