1、浅谈高速公路软土路基处理施工控制技术 摘 要：软土地基高速公路建设中遇到的棘手问题，处理不好会严重影响公路质量。本文主要对高速公路软土路基的处理施工控制技术进行了研究，介绍了软土路基的概念和特点，分析了高速公路软土路基施工的常用处理方法。 关键词：高速公路；软土路基；处理方法 我国正处于一个大力建设高速公路并使其成为快速连接城市间的交叉型网络时期。高速公路对路基工后沉降的要求很高，而沉降是软土地基处理的主要问题，所以在软土地基上修筑高速公路，特别是修筑高路堤时，如果对软基不加以处治或处理不当，往往会导致路基失稳或过量沉降，直接影响到竣工后公路的运营状况及其使用寿命。因此，软土地基的处理是一个需
2、得到特别重视的问题。 1.软土路基的概念及特点 1.1 软土路基的概念 从广义上说，软土是指强度低、压缩性高的软弱土层，可将其分为软粘性土、淤泥质土、淤泥、 泥炭质土及泥炭五种类型，习惯上把前三种总称为软土。工程上通常把淤泥及淤泥质土路基统称为软土路基。 1.2 软土路基的工程特性 天然含水量高：软土的天然含水量大于液限，有的可达 200%。 孔隙比大：孔隙比在 1-2 之间，个别可达 5.8。 压缩性高：软土具有较高的压缩性。 抗剪强度低：软土强度低，粘聚力小，标准贯入击数 N 普遍很低，通常不大于 5。 渗透性差：渗透系数一般小于 10-5mm/s，固结速度慢，若软土层厚度超过 10m，要
3、使土层达到较大的固结 度往往需要 5-10 年之久。 流变性显著：灵敏度通常大于 4，一经扰动，其絮状结构受到破坏，土的强度显著降低；在荷载的作用下，因缓慢剪切变形抗剪强度逐渐衰减，在主固结沉降完毕之后还可能继续产生可观的次固结沉降。 1.3 软土路基容易出现的问题 1.3.1 强度及稳定问题：当软土路基的抗剪强度不足以承受路堤及路面外荷载时，软土路基会产生局部或整体剪切破坏，造成路堤塌方、失稳及桥台破坏。 1.3.2 沉降变形问题：当软土路基在上部荷载及外部荷载作用下产生过大的沉降变形时，会影 响道路的正常使用。特别是产生过大的不均匀沉降时，造成路面开裂破坏，结构物与路堤衔接处差异沉降，引起
4、桥头跳车，涵身、通道凹陷、沉降缝拉宽而漏水；路面横坡变缓、积水，从而引起路面损坏等等。 1.3.3 透水性问题：路基的渗漏量超过容许值时，会发生水量损失导致事故发生。 2.高速公路软土路基常见处理技术分析 ? 2.1 换土垫层法 换土垫层法其基本原理是挖除浅层软土或不良土，然后分层回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实，形成垫层，按回填的材料可划分为砂（或砂石）垫层、粉煤灰垫层 、碎石垫层、土（灰土、二灰）垫层、干渣垫层等。换土垫层法可提高应力层的承载力，减少沉降量，换土深度一般不宜小于0.5m，也不宜大于 3m，填料以渗水材料为佳。实际施工中，可先根据垫层的容许承载力计算出基础底面尺寸，然后根
5、据下卧层土的承载力确定垫层的需要厚度，即先拟定垫层的厚度。实践证明，当换土厚度为 0.51倍基础宽度时，垫层地基的容许承载力为下卧土层承载力的 28倍，平均变形模量约为 23.5倍。垫层不宜太厚，太厚施工难度大，费用高；也不宜太薄，太薄垫层的作用不能发挥，效果不显著。 2.2 排水固结 法 2.2.1 塑料板排水固结法 塑料板排水固结法是将带状塑料排水板用插入机将其插入软土中 ,然后在土基面上加载预压 ,土中的水沿塑料板的通道溢出 ,从而使地基得到加固的方法。这种方法的优点是 :排水板是工厂生产的 ,质量容易控制 ,成本较低 ,施工机具重量较轻 ,效率较高 ,可在超软地基上使用 ,无需滤砂工艺
6、和设备。 2.2.2 袋装沙井排水固结法 袋装砂井是采用锤击沉入钢管或振动压入钢管至设计所要求的深度后 ,将已装入砂的砂袋 (砂袋为聚丙烯编织袋 )垂直放入管内 ,然后拔起钢管 ,利用砂袋的自重 将自动开启门打开 ,随着钢管向上移动、拔出 ,袋装砂井在成孔内形成 ,然后在砂井顶部铺以砂垫层路堤压载 ,以使土中的水沿砂井排出 ,缩短软基固结时间。 2.3 预压法 2.3.1 真空预压 真空预压是以大气压作为预压荷载 ,对地基土进行抽气 ,在土中造成一定的真空度 形成大气压力与真空压力的差值作用 ,将土中一部分水抽出 ,从而使地基土固结而加固。如果设置排水砂井 ,还可将孔隙内的水加速排出。 2.3
7、.2 超载预压 在地基上堆放重物 (水、土、砂、石等 )进行预压。当堆载超过计 划建造的建筑物荷载时 ,称为超载预压。预压所需时间的长短取决于地基土层的渗透特性、厚度和预压荷载的大小等因素。这些因素可以根据地基固结理论进行计算预计。施工时应监测地面沉降和土中孔隙水压力的消散情况 ,对预压加以控制。 2.3.3 联合预压法 有时候对不同的道路应用真空一堆载联合预压法 ,使路基安全可靠 ,填土速度加快 ,从而缩短填筑期和预压期。它是利用真空应力和竖向排水体加速软土固结。通过抽真空形成负压 ,对于道路而言 ,可利用路基填土做堆载 ,使土体在真空荷载和堆载联合作用下发生固结。同时 ,由于真空产 生负压
8、 ,使土体产生侧向收缩变形 ,可以抵消因堆载引起的侧向挤出变形 ,土体不会因荷载大而破坏 2.4 置换法 置换法的原理是以碎石、砂等材料将软土直接置换，并与未加固部分形成复合地基，其目的是为了提高地基强度。 2.4.1 碎石桩法 碎石桩法是用一种单向或者双向振动的冲头，一边喷高压水流一边下沉形成孔，然后一边填入碎石一边振实而形成碎石桩。因此桩体和原来的软土构成复合地基，从而提高地基承载力和减小沉降量。此方法适用于地基土的不排水抗剪强度大于 20KPa的淤泥、淤泥质土、粉土、 砂土、人工填土和粘性土等地基。对于不排水抗剪强度小于 20KPa的软土地基，采用碎石桩时必须慎重考虑。 2.4.2 石灰
9、桩法 石灰桩法是在软土地基中使用机械成孔，填入作为固化剂的生石灰并压实形成桩体，其原理是利用生石灰的吸水、膨胀、放热作用以及土与生石灰的物理化学作用，因而改善桩体周围土体的物理力学性质，提高的土体的承载力和减少沉降，同时桩与软土形成复合地基，达到地基加固的目的。此方法适用于软弱粘性土地基。 2.4.3 水泥粉煤碎石桩法 水泥粉煤灰碎石桩是在碎石桩的基础上加 入一定量的粉煤灰、石屑和少量水泥，加水搅拌，用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的具有一定粘结强度的桩体。桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基。此方法适用于饱和及非饱和粘性土、砂土、填土、粉土等地基。 2.4.4 强夯置换法 对于厚度小于 6m
10、的软弱土层，边夯实边填碎石，形成深度 3 6m、直径为 2m 左右的碎石柱体，与周围土体形成复合地基。此方法适用于软粘土。 2.5 抛石挤淤法 在路基底部抛投一定数量片石 ,将淤泥挤出基底范围 ,以提高地基的强度。这种方法施工简单、迅速、方便。本法适 用于常年积水的洼地 ,排水困难 ,泥炭呈流动状态 ,厚度较薄 ,表层无硬壳 ,片石能沉达底部的淤泥或厚度为3 4m 的软土 ;在特别软弱的地面上施工 ,由于机械无法进入 ,或是表面存在大量积水无法排除时 ;石料丰富、运距较短的情况等。 3.结语 高速公路软土地基处理的目的主要是使高速公路路堤不会产生局部和整体剪切破坏 ,以致路基坍塌 ,满足强度及
11、稳定性要求；在高速公路使用期不致发生较大的沉降和不均匀沉降 ,以保证路面结构完整和车辆高速平稳行驶。由于软土分布情况较为复杂 ,软土尤其是淤泥的土性较差 ,而高速公路要求路堤 的稳定和沉降标准较高 ,因此 ,软土地基处理设计对整个工程的质量至关重要。进行软土地基处理 ,特别是软土层较厚的地基 ,处理的方式是否到位 ,对工程的施工质量、工程进度和工程造价有着直接的影响。在高速公路施工过程中 , 施工单位必须根据交通部有关施工规范、规程、工程质量检验评定标准及建设单位招标文件要求、编制施工组织设计，提出自检要求，对施工全过程实施有效的质量控制和管理，在交工验收时，施工单位应提交完整真实的施工原始记录、试验检测数据、分项工程自检数据等质量保证资料。以此来为高速公路工程质量保驾护航。 参考 文献 : 刘玉卓 .公路工程软基处理 M.北京 :人民交通出版社 ,2004. 韩利 .高速公路软土地基处理分类及其方法综述 J.公路工程 ,2007,32. 莫海鹰 .高速公路软土地基处理的应用和分析 J.中国建筑信息 ,2005,6. 龚勤火 .公路软土地基处治方法 J.科技情报开发与经济 ,2004,4. 注：文章内所有公式及图表请用 PDF 形式查看。
