1、1公路工程软土地基的处理摘 要：介绍如何处理公路工程软土地基及适用性条件，阐述各种处理方法的优缺点及设计施工应用中相关注意事项，并对其进行比分析。关键词：公路工程 软土地基 处理方法 施工方法随着我国综合国力的不断增强，高等级公路近十几年来得到了飞速发展，由于我国地域性的特点，在建设各等级公路过程中，不可避免的碰到各种不良地质，特别是在我国沿海地区存在大量的软土地基。软基处治是否恰当关系到工程质量、进度和投资。在满足工期前提下，应从技术可行性、经济及工艺的配合与衔接合理等方面，合理地选择地基处治方法。下面对不同路段软基状况及相适应的处理方法进行介绍。1、浅层软土地基处理方法 对于浅层软弱土与低
2、洼区域的软基处理方法常采用换填改善法、加筋法和垫层法。1.1 换填改善法换填法是将基础底面下一定范围内的软弱土层利用人工、机械或其它方法清除，分层置换强度较高的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，或采取掺灰的方法改善软土的性质，并分层碾压，以获得较好的地基。（1）开挖换填：适用于小范围的厚度较小的软土，可以全部挖除或部分挖除，换填成粗粒料或透水性材料。全部挖除可以从根本上改善地基状况。（2）抛石挤淤：利用抛石的方法，将淤泥挤出基底范围，以提高地基的强度。适用于湖塘、河流等积水洼地，常年积水，且水不易抽干，表层无硬壳，软土液性指数大，层厚薄，片石能沉达到下卧硬层者。此种方法在石
3、料丰富的我山区应用较多。（2） 浅层拌和：对于层厚较薄的浅层软土，可用水泥或石灰等作为拌和剂，掺入表层土中，用人工或机械进行拌和、摊铺、碾压，使地表位置的地基形成一个人工硬壳层，以满足对地基强度的要求。此种方法造价低廉、简单易行，在实际施工中应用较多。掺灰数量根据试验确定，一般掺石灰不大于 8，掺水泥不大于 5。1.2 加筋法2加筋法将高强度的土工合成材料埋在土体之中，以分散土体的应力，增加土体的模量，传递拉应力，限制土体的侧向位移，增加土体的强度和韧性，从而达到加固地基的目的。目前我国加筋的土工合成材料品种很多，例如土工格栅、高强度土工布，土工网格、土工带和土工格室等。土工格栅和高强土工布应
4、用较多，一般采用高强度聚乙烯、聚丙烯、玻璃纤维等高分子聚合物为原料制成。土工格栅的特点是强度高、延伸率低，用土工格栅进行加筋，可提高承载能力和减少沉降。与土工格栅相比，土工布同时具有加筋、反滤、排水和隔离等多方面功能，特别具有双向拉力、宽幅大，防治翻浆等优势，且价格较低，具有一定竞争力。单层单向土工格栅施工工艺：施工时首先清除加固范围内地面上的草皮及杂物，用土质相同的土填成坡度为 34%的横坡，并碾压密实。在上面填厚 30cm 的中粗砂，压实到符合设计要求后，将表面进行整平，去除表面石块，并将去除石块后形成的凹坑补平，然后在上面满铺一层单向土工格栅。土工格栅铺设要求幅与幅之间纵向采取密贴排放，
5、横向采用连接棒连接或搭接法连接，连接强度不低于设计强度，横向接缝错开不小于 1m。铺设时使格栅与土层密贴，每隔一定距离用 U 型钉将格栅固定在土层上。格栅铺设后及时用砂或其他渗水材料覆盖 20cm 厚，并按设计要求铺回折段砂，外边逐幅回折 2m，用砂压住。然后进行整平、压实达到设计要求后进行路基填筑。路基填筑碾压过程中，施工机械不要直接行使在未覆盖填土的格栅上，以免压坏格栅。双向双层土工格栅施工施工时首先清除加固范围内地面上的草皮及杂物，用土质相同的土填成坡度为 2%的横坡，并碾压密实。土工格栅铺设要求幅与幅之间纵向采取密贴排放，横向采用连接棒连接或搭接法连接，连接强度不低于设计强度，横向接缝
6、错开不小于 1m。铺设时使格栅与土层密贴，每隔一定距离用 U 型钉将格栅固定在土层上。在上面填碎石垫层，碎石垫层的施工见压实到符合设计要求后，将表面进行整平，去除表面石块，并将去除石块后形成的凹坑补平，然后在上面满铺上层土工格栅。格栅铺设后及时用砂或其他渗水材料覆盖，并按设计要求铺回折段砂，外边逐幅回折 2m，3用砂压住。然后进行整平、压实达到设计要求。路基填筑过程中，每层填厚 25cm，上下两层土工格栅相距 50cm。相邻格栅卷的纵向搭接采用重叠或捆绑的方法，重叠搭接长度不小于 30cm，捆绑搭接长度不小于 10cm，捆绑法用聚乙烯绳螺旋式的将上下格栅条捆绑在一起。铺设格栅时，使格栅沿路基方
7、向平顺的贴伏在土层上，格栅不应有褶皱，重叠处用 U 型钉固定于土层上，且每隔一定距离用 U 型钉固定，使格栅与土密贴，确保格栅的铺设质量。铺好格栅后，按设计要求在格栅上分层进行填土、碾压，直至铺上一层格栅。碾压过程中，施工机械不要直接行使在未覆盖填土的格栅上，以免压坏格栅。上下层格栅搭接的位置应错开不小于 1m。1.3 砂垫层法砂垫层法即在软土地基的地面上铺设一砂层，再在其上填筑路堤。按其性质可分为排水砂垫层和换土砂垫层。排水砂垫层是直接铺设在软土地基的表面上，使其在填土和软土之间增设一排水面，从而使地基在受到填土荷载作用下，促进地基的排水固结，提高地基的强度。这种砂垫层的厚度薄，其厚度以保证
8、不致因沉降发生断裂为宜，由试验工程与实际工程验证，取 50cm 厚的砂垫层为宜。砂垫层具体施工：砂选用中粗砂，在开工前对砂场进行调查，并及时取样进行分析，主要测定细度模数、含泥量、有害物含量，选择符合设计标准的砂方可使用。施工时首先清除加固范围内地面上的草皮及杂物，用土质相同的土填成坡度为 34%的横坡，并碾压密实。分层填筑：砂垫层分两层填筑，每层压实厚度 25cm，按照经过试验确定的合格填料和经过试验确定的工艺参数，进行分层填筑压实。摊铺整平：为了保证路堤压实均匀和填层厚度符合规定，填料采用推土机初平，刮平机进行二次平整，使填料摊铺表面平整度符合要求。洒水或晾晒：砂的含水量直接影响压实密度。
9、在相同的碾压条件下，当达到最佳含水量时密实度最大，填料含水量波动范围控制在最佳含水量的+2% -3%范围内，超出最佳含水量 2%时进行晾晒，含水量低于最佳含水量进行洒水。洒水采用洒水车喷洒，晾晒采取自然晾晒，必要时旋耕机翻晒。机械碾压：碾压是保证砂垫层达到密实度要求的关键工序。碾压按照 “先静压，后振4动碾压” ；“先轻，后重” ；“先慢，后快” ；“先两侧，后中间”的原则。检验签证：砂垫层的检测采用 K30 荷载仪进行检测地基系数，核子密度仪检测压实系数。施工防排水：砂垫层施工完成后，在两侧挖临时排水沟，使排到砂垫层里面的水能及时排出。严格管理施工用水与生活用水，以免冲刷路基各部与取土处。2
10、、一般软土地基常用处理方法2.1 塑料排水板法塑料排水板法是一种常用的软土地基处理方法，排水板由滤膜和板芯组成，滤膜用以隔土和渗水，板芯的齿槽为排水通道。按一定间距将排水板打入软土中，当施加预压荷载后，地基中的超静水压力随即进入最近的排水板，从而加速软土的固结，并迅速沉降。这样大大减少了构造物的工后沉降，从而缩短了施工期，并在一定程度上提高了地基的稳定行。塑料排水板芯带的材质应为聚乙烯、聚丙烯等材料，滤膜的材质应为涤纶或丙纶等无纺织物。在高速公路软基处理中，塑料排水板通常结合其它方法一同适用，已达到更好的效果。主要应用在以下几个方面：（1）塑料排水板结合一般预压：适用于沉降量较大，地质条件较差
11、的一般路段。（2）塑料排水板结合超载（等载）预压：适用于填土高度较高，软土层较厚的桥头路段，一般采用反开槽的施工方法。（3）塑料排水板结合真空（等载）预压：适用于软土较厚，填土高度较大，水泥搅拌桩难以处理，其他处理方法造价又高的软土路段，常用于桥头路段处理。由于该方法施工速度快、造价低，所以得到广泛的推广。2.2 真空（堆载）预压真空（堆载）预压实质是真空预压和堆载预压的叠加。根据达西定律，土体中孔隙水的渗透速度和水力坡度成正比，增加水头差和减少排水距离，均可加速土体排水固结。真空预压的加固机理是通过降低土体中孔隙水压力，堆载预压是由于堆载产生正的超静孔隙水压力，通过孔压的消散而使强度得到提高
12、，两者联合作用，正负孔隙水压力的压差增大，造成孔压消散更快，加固效果更好。真空（堆载）预压的工程造价主要取决于真空泵的动力消耗，另外需要设置地下排水体提供排水通道，通常采用真空堆载预压与塑料排水板相结合的方式。例如福宁高速公路沿线多为水稻田和鱼塘，软土在全线均有分布，如在漳湾互通式立交区内，主线段软土层底深5度达 1.55.5m，匝道段软土层底最大深度达 8.2m，且软土基本分上下两层分布，中间夹有一层低液限黏土。软土的天然含水量在 60以上，天然孔隙比为 1.32.2，室内快剪粘聚力 520KPa，内摩擦角 110。该段采用真空（堆载）预压技术取得良好效果。2.3 水泥搅拌桩水泥搅拌桩是通过
13、特制的搅拌机沿深度将水泥等固化剂与地基土强制就地搅拌形成水泥土桩，用以加固软弱地基的方法。此种方法对提高软土地基承载力，减少地基的沉降量有明显的效果。水泥搅拌桩目前有浆喷（湿法）和粉喷（干法）之分，曾经对此两种方法进行过研讨，最后定为高含水量的软土以干法为好，低含水量的软土以湿法较佳，但含水量高低并无明确的分界线。我国珠江三角洲软土含水量均在 60100之间，因此前几年在佛开高速公路、广佛高速公路、深汕高速公路和京珠高速公路广珠段中大量应用水泥搅拌桩。佛开高速公路在 122 个桥涵台背中使用，总计约 3km 路段，工程造价约为 1 千万，水泥掺入比为17，使用效果较好。广佛高速公路由 4 车道
14、拓宽成 8 车道，软基路段采用了水泥搅拌桩，为了消除差异沉降，桩顶设置 CE131 土工网，目前该高速公路已交付运营，从检验结果来看效果较好，尚能满足工程要求。2.3.1 搅拌桩的施工（1） 、材料、选用 42.5 级以上普通硅酸盐水泥作为固化剂，水泥掺量根据加固强度，一般为加固土重的 15，确保水泥土 90 天后的无侧限抗压强度不小于 1.5MPa。、为改善水泥土性质和桩体强度，根据试验并经监理工程师批准后，可适量选用木质素磺酸钙、石膏、氯化钠、氯化钙等外加剂，还可掺入不同比例的粉煤灰。、配合比为水泥：砂=1:11:2，为增加水泥砂浆和易性能，利于泵送，可加入减水剂，掺入量为水泥用量的 0.
15、20.25，并加入硫酸钠，掺入量为水泥用量的 1，以及加入石膏，掺入量为水泥用量的 2，水灰比为 0.410.5，水泥浆稠度为 114cm，起速凝早强作用。（2） 、场地清理施工前探明地下障碍物的埋深和位置，挖出深坑作好明确标记；清理施工区域内的杂物，然后用推土机进行平整压实。（3） 、测量定位6对施工场地的基准点、基轴线及水准点进行复核；对于标定的基准点做好明显的标志和编号，并妥善保护；使用全站仪、经纬仪等，采用坐标法进行桩位区域边线的测定；对施工区域内的所有桩进行测量定位，并做好明显、牢靠的桩位标志。同时做好测量记录，以便复核。（4） 、桩机就位、由专人负责统一指挥桩机的就位工作，移动桩机
16、前，先查清桩机上下、左右、前后各方有无障碍，发现有阻及时排除。移动结束后，检查桩机定位情况，发现偏差较大及时纠正。、桩机就位对中后平稳周正，其动力头、搅拌头及桩位三者的中心处于同一铅垂线上，搅拌头定位偏差不大于 5cm。（5） 、预搅下沉、将搅拌机用钢丝绳吊挂在起重机上，用输浆胶管将贮料出罐砂浆泵同深层搅拌机接通，待搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机借设备自重沿导向架搅拌切土下沉。、施工时，下沉速度由电机的电流监测表严格控制下沉速度，取 0.380.75m/min。、密切观察动力头工作负荷，控制工作电流指数不大于额定值，以防烧毁电机。、如下沉速度过慢时，通过中
17、心管压入少量稀浆使土体湿润，从而加快下沉速度。（6） 、制备水泥浆在搅拌机预搅下沉的同时，利用灰浆拌制机按设计确定的配合比拌制水泥浆，在深层搅拌机下沉到一定深度时，待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。（7） 、喷浆搅拌提升(第一次注浆提升搅拌)搅拌机下沉到设计深度后，上提搅拌头 0.2m 左右，然后开启灰浆泵，将水泥浆从搅拌机中心管不断压入地基中，待浆液到达喷浆口时，按 0.30.5m/min 的均匀速度边喷浆、边提升深层搅拌机。待深层搅拌机喷浆提升至设计桩顶标高以上 0.5m 时，关闭灰浆泵，完成第一次注浆提升搅拌。（8） 、重复上下搅拌(第二次注浆提升搅拌)搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时，
18、集料斗中的水泥浆全部排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面，在搅拌机第二次提升的同时，向地层中同时连续地压入水泥浆。完成第二次注浆提升搅拌，至此即完成一根柱状加固体，外形呈“8”字形，一根接一根搭接，即成壁状加固体。7（9） 、清洗向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。（10） 、桩机移位待搅拌机提出地面后，关闭电机，然后将桩机移至新的桩位，重复上述步骤进行下一根桩的施工。2.4 水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）CFG 桩在上世纪 80 年代末开发以来，在软土处理中
19、被广泛推广，近年来，在高速公路中开始用于桥头高路堤的软基处理，以解决桥头跳车问题。在荷载作用下，CFG 桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的 CFG 桩起到了桩体作用。其桩强度较水泥搅拌桩高，地基承载力提高幅度有较大的可调性，可提高 4 倍或更高，但其造价相对较高。参考文献：【1】江苏宁沪高速公路股份有限公司、河海大学主编. 交通土建软土地基工程手册. 北京：人民交通出版社. 2009 年【2】龚晓南主编. 高等级公路地基处理设计指南. 北京：人民交通出版社. 2008 年【3】宗国庆、蒋慧. 真空（堆载）预压法在高速公路软土地基处理中的应用. 水利水电科技进展第 22 卷第 6 期. 2010 年
