公路软土地基处理技术研究

文 /高迎俊

软土地基的处理是公路建设过程中经常遇到的问题，如果处理不当会给高路堤、大型桥梁、通道、涵洞等带来不同程度的危害，如路基的开裂、滑移、路面起伏不平。只有在公路建设过程中处理好软土地基，才能保证公路施工的质量，降低工程建设竣工后维修资金的投入，确保公路达到设计的使用年限和过往车辆的安全快速通行。

1软土地基沉降机理

各种天然地基土壤都是由三相体结构比例关系决定其强度和变形特征的。季节性冻土因负温度的影响，下层水分向上集聚，形成冰晶。融化时，上层土壤含水量大增，单位体积内土颗粒所占比例相对减少，土壤强度大大下降。多年冻土在热力作用下，上层土壤中的冰晶融化，含水量大增，地基强度严重衰减，热融引起路基下沉。湿陷性黄土，因孔隙率大，外界水文条件变化，遇湿沉陷。盐渍土上层所含盐份因地下水位升降和雨水渗入，干旱季节盐份向地基上层集聚，使得土壤三相体结构比例发生变化，造成土体强度变化。

自然界中的软土地基是处于天然平衡状态的，因路基填土荷载破坏了原来的天然平衡状态，水份被部分释出，土壤孔隙率变小，地基因而沉降。也可能由于自然界水文情况发生变化，如天然或人为引起的地下水位降落，使土壤三相体比例发生变化，产生沉降。

2软土地基处理一般原则浅析

通常软土地基处理的原则有以下两种 :一是早期用堆载预压不做深层处理。这是10年前日本著名的换填前处理软土路堤的方法，它是以荷载加压使软土自然沉降达到路基稳定，其优点是简单、经济，缺点是实施时间长。目前由于我省财力所限，公路建设不可能提早拔款、征地、等待施工，而一旦工程启动，又往往对工期有严格的要求，因此在时间和资金上都很难满足堆载预压处理法的要求。二是在目前有限的施工期内，增加资金投入，除个别低路堤地段高度在临界高度以下可不做地基处理，其余软土都需采用不同的方法进行处理，在处理方案上可以进行有针对性地优选。

但是要想通过软土地基的处理来完全消除工后沉降也是不现实的，这就需要在工后进行修补处理。高路堤软基处理不能完全消除工后沉降包括两方面的含义 :一是工后沉降不可能为零;另一方面的含义是指工后沉降不能满足地基处理设计的控制标准。

3公路软土地基处理方法

3.1浅层处治法

软土地基浅层处理是相对于深层排水固结及复合地基而言，指对路床处理深度一般小于 5m的软土地基，通过表面单一或综合处理方式，达到提高地基抗剪强度和压缩模量的目的，在上部荷载作用下，确保路基稳定和减小变形，满足完工后沉降要求的处理方式。按施工方法的不同，可分为以下几种:

3.1.1硬壳层补强法

是指通过振动碾压、冲击压实及夯压等方式改善硬壳层的厚度和物理力学指标，达到充分利用软土地基潜力的目的。此法对于黏土硬壳层下卧砂性软土，纵向排水条件较差，路基填土高度较低 (2.5m以下)及湿陷性黄土地基的处理较为经济。

3.1.2砂石挤淤法

此法包括抛石挤淤及砂碎石挤淤，适用于湖塘河底等积水洼地。对于地下水位较高、塘水不易抽干、表面无硬壳、软土液性指数大、厚度薄、片石能下沉至下卧层表面的软土地基，宜采用此法。但需指出一点，砂石挤淤时，由于沉降不一致，从而在路堤下面残留部分软土，完工后可能发生不均匀沉降。

3.1.3垫层法

在软土地基地面上，铺设一层特殊材料，再在其上填筑路堤，称为垫层法。如果地表无硬壳层或为透水性硬壳层，垫层材料宜选用砂石等透水材料，统称为排水垫层。垫层材料的选取应以就地取材为原则，可选用级配较好的山坡石废料，高炉混合矿渣或钢渣等。

3.1.4置换法

该法又称换土垫层法，是指将路床顶面以下一定范围的软弱土层利用人工、机械或其他方法清除，分层置换强度较高的砂、碎石、山坡石、改良土，以及其他性能稳定和无侵蚀性的材料，并振实到要求的密实度。此法对于软土厚度不大、埋藏浅、无硬壳层、路床承载力低及路基填土高度不大的路段辅以等载或超载预压较为适用。

3.1.5浅层复合地基处理

此法是相对于深层水泥搅拌桩、粉喷桩、碎石桩等复合地基处理方式而言，指对路基表层 3～5m的软土地基进行石灰桩、二灰桩、CFG桩及干振复合桩等方式处理，以达到桩土共同承担上部荷载的目的。浅层复合地基处理对下卧层为非软土地基，地表硬壳层效应差、排水条件差、挖除换填工作量大、处理范围广以及进度要求紧的路床处理特别适用。

3.1.6固化剂处理软土地基

此法对于黏土中含有较多有机质的软土地基较为适用。在石灰水泥中添加高性能无机增强吸水材料改性而成的复合固化材料，可起到强烈吸水、促进土粒砂化、形成针状矿物加筋作用，能有效降低过湿含水量，改善压实性，增强稳定土强度、水稳性和抗冻融能力，达到就地利用不同有机质细粒土处理软土地基的目的，是浅层软土处理新材料新工艺的发展方向之一。

3.2排水固结法

排水固结法是指通过多种技术手段在软弱地基中设置一些排水通道，形成竖向或水平向排水体，改变原有地基的边界条件，曾加孔隙水的排出途径，利用结构物本身自重或外加附加荷载，通过逐级加载加压方式，将土体中多余的水通过排水体加以排除，减少土体中的孔隙水，逐步固结，地基发生沉降的同时强度逐步提高的方法。主要有以下几种 :

3.2.1砂井堆载预压法

对于饱和的黏性土地基，其透水性很小，往往采用砂井堆载预压的方法来加速土中孔隙水的排除，加快土的固结，达到挤紧土颗粒和提高强度的目的。对于此种方法，在施加荷载时应注意加荷速率以及分级加荷的大小，应与原地基强度及地基因固结而增长的强度相适应。

3.2.2降水预压法

是通过井点抽水使地下水位降低，从而增加土的自重应力，以达到预压的目的。此种方法不需控制加荷速率，也不会因孔隙水压力增高而使地基破坏，因而施工速度可以提高。

3.2.3真空排水预压法

先在加固土中布置砂井与砂垫层，然后在砂垫层上铺设不透气的塑料薄膜，通过真空泵抽气，造成塑料薄膜下高度真空，使土中产生负的孔隙水压力，从而吸出孔隙水达到预压固结的目的。此种方法加固的深度不够大，设计计算理论还不完善，对测试技术和检测仪器要求较高，不适用于要求较高的地基处理。

3.2.4袋装砂井法

该方法是近年来竖向排水井工艺的发展，是砂井排水法的延续。该方法的优点是 :较普通砂井可节约造价40%～50%左右;可预先灌好砂袋，能快速施工，并避免颈缩，适应土的变形，保证其密实度和连续性，使用可靠;因直径小，所以施工简单，施工引起的地基扰动小，排水效果好;并可改善施工环境，成孔方法可因地因材选用;材料省，对缺砂地区尤其重要。

3.2.5塑料排水板法

塑料排水板法是利用塑料排水板打入，或用插板机插入地基，作为垂直排水通道，可代替常用的排水砂井法，其滤水性好，可确保排水效果 ;塑料排水板具有一定的强度和延伸率，适应地基变形的能力强;板截面尺寸不大，插放时地基扰动小，施工方便。

3.3振冲法

振冲法是采用振冲碎石桩加固软土地基的方法，其碎石桩是以机械钻孔或水力冲孔后填以碎石振密而成，因此叫振冲碎石桩。这种桩本身的强度比挤密砂桩的强度高得多，另外也可起竖向排水井作用，对砂性大的软土地基加固效果特别明显，加固后的地基抗震能力增强，在地震区更显出其优点。

3.4挤密桩法

挤密桩法就是在土基中成孔后，在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等材料，捣实而成直径较大的桩体，利用横向挤密作用，使地基土颗粒挤密，孔隙减小，从而提高其承载能力，减小地的变形。

3.5深层搅拌桩法

该方法是利用水泥或水泥浆作为固结剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地把软土与固结剂强制拌和，使其成为具有较好整体性、水稳性，又能满足强度要求的加固土体。根据上部结构要求，可形成柱、壁及格栅等不同形式的加固土体。这些加固土体与天然地基形成复合地基，共同承担上部载荷。该方法因其施工简单、高效、低成本等优点，早已获得了工程界人士的普遍认可。

3.6强夯法

又称振动固结法，是由法国梅拉 (Menard)技术研究所于20世纪60年代后期研究出来的，它具有经济、简便和效果显著等优点。因此一经问世，便得到国内外工程界的重视与欢迎，目前已被广泛使用。

目前强夯法还着重于应用，理论研究方面尚不完善。因此，它的设计工作几乎全部依赖于施工前试夯所得的数据，并以此来决定正式施工的夯击次数、夯击能量、夯击点间距，以及前后两遍夯击的间隔时间。

4目前高等级公路软基处理中应注意的几个问题

4.1 勘探手段与勘探技术的合理选择应用

由于软土在取样、贮藏、运输过程中不可避免的扰动，更由于软土本身含水量大，孔隙比大的特点，使得室内试验的软土测试指标不能真正反映软土的物理力学性质。因此有些学者建议勘探钻孔分为两类 :鉴别孔与技术孔。前者主要划分土层，测定某项土性参数，十字板及应力触探试验属此类。技术孔是原状取土孔，提供基础设计参数。目前，国内习惯于靠原状取土孔决定一切设计参数，然而，公路分布范围广，地质条件变化复杂，这与勘探试验现状是不适应的，给高等级公路的设计带来了很大的困难。

合理的勘探思路应该是以较多的鉴别孔进行普遍勘察与少量的技术孔相结合的办法，即以操作简单、性能良好的鉴别孔对全线，特别是土层变化复杂的地段进行普遍勘察，在摸清土层的前提下，再辅以必要的原状取土孔，以掌握各土层的物理力学特性，达到快速、可靠、经济的目的。

4.2 路堤填筑速率的确定

对有结构性的软黏土地基而言，确定合理的填筑速率是至关重要的，过快的填筑速率会破坏土的结构性，加大沉降量，要控制外荷填筑速率，使之与地基固结速率相一致，尽量减少附加沉降。填筑速率应以填土临界高度为界，采用不同的数值，填土高度较低时采用较高的速率，高度愈大填筑速率愈小。

5结语

软土地基的处理，是关系到能否在计划营运期内保持道路路况良好、保证行车速度及安全运行的关键问题之一。在具体实施中，应因地制宜、恰到好处地选择处理方案，本着经济、可靠、投资少、效益高的指导原则，才能做好软土地基的处理工作。

作者单位：廊坊市交通局材料供应处