浅谈路桥软土地基处理

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　　摘要: 笔者结合多年工作实战经验，阐述了路桥工程中如何更好地处理软土地基的不同方式，仅供大家参考。
　　关键词: 软土地基；特性；治理
　　 沿海地带软土地基分布有以下两个特点: 一是靠近海边地带, 因受海水潮汐的影响, 地下水位较高, 这些地带的软土以细粉砂层为多, 夹杂着部分有机质土; 二是在水塘、盆地、地形平坦低洼地带, 分布着成因和厚度不同的近代沉积软土, 这些地带的软土以粉性或重粘性土颗粒为主, 同时有些也夹杂着不同成分的有机质土。以岩土工程而言, 软土是一种特殊土, 其物理、力学性质如下:
　　a) 孔隙比大, 具海绵状结构, e值多在0.8～1.0之间, 大于1.0的亦常见;
　　b) 内聚力小, 抗剪强度低, 快剪试验凝聚力C值一般为6kPa～7kPa, 内摩擦角φ值多为3°～5°, 因此土体抵抗剪切变形的能力差, 易造成路堤失稳而滑移;
　　c) 天然含水量大, 一般为60%～70%甚至更大,饱和的软粘土的天然含水量大于液限含水量, 呈软塑状态;
　　d) 富含粘性细颗粒, 透水性极差, 渗透系数低, K值一般介于( 3.5～6.5) ×10- 7cm/s之间, 故土层中的水分排泄困难;
　　e) 具高压缩性, 压缩系数常在0.74MPa-1～1.54MPa-1之间, 属高压缩性土, 故在公路路堤填土自重、路面和人工构造物的加荷载作用下, 产生的压缩, 沉降量大, 而且这种沉降长期难以消失;
　　f) 灵敏度高, 原状土与重塑土的十字板剪切试验二者之比的灵敏度St为2～8, 即容易在土的原生结构遭破坏时, 触变性大;
　　g) 固结系数小, Cu平均值为1.05×10-3cm2/s, 这意味着延缓了土基的固结时间, 而软土地区的路基稳定性要有一定的时间作保证。
　　由于软土具有上述特性, 反应在地基中就会出现排水不畅、透水性差、具有较大的孔隙水压力,土粒骨架强度降低、承载力偏小, 在填土荷载的作用下, 要经过长时间才能压密稳定而且会产生较大的沉降和不均匀变形。且因φ值小, 易产生侧向位移而造成滑移失稳, 加之承载力低, 一般不宜作为持力层。
　　1 软土地基在公路工程中的问题
　　软土地基公路, 在桥涵构造物和高路堤地段出现的问题较多。如桥头路堤大幅度沉降, 使桥路之间产生“门坎”, 行车时出现“跳车”现象, 既不舒适又影响行车安全, 在高速公路上反应尤为明显。桥头高路堤还可能产生滑移, 桥台如未考虑此因素,会出现开裂甚至折断现象, 影响桥梁的寿命及其正常使用。同时高路堤地段的不均匀沉降、滑动开
　　裂、侧向膨胀、基底向两侧挤出等病害, 如处理不彻底, 会严重地影响路面的质量、行车车速和安全,有的甚至还会危及到附近的房屋、农田和鱼塘等。
　　2 软土地基的治理方法
　　软土地基的治理方法很多, 在选择方案时, 一定要结合公路自身的特点。公路是带状的建筑物,而软土地段并非完全集中, 多呈断续分布, 新线施工时, 交通运输条件差, 因此对施工机械、工艺流程、材料品种应力求简便易行, 取材方便, 以期达到效果好、工期短、造价低的目的。
　　2.1 砂垫层法
　　即在软土层顶面铺设排水砂层,以增加排水面, 使软土地基在填土荷载的作用下加速排水固结, 提高其强度, 满足稳定性的需要(见图1) 。
　　2.2 爆破排淤法
　　此方法就是将炸药放在软土或泥沼中爆炸, 利用爆炸时的张力作用, 把淤泥或泥炭抛弃, 然后回填强度较高的渗水性土。由于此方法易对周围环境造成污染, 加之炸药成本日益昂贵, 在沿海地区软基处理中较少应用。
　　
　　
　　2.3 直排水法
　　在地下软土层较厚, 路堤大于临界高度时, 公路上多采用垂直排水法来固结软土。此种方法可以将土粒空隙中的水分排除, 加速地层固结沉降, 从而提高路基承载力, 增加抗剪强度,也可阻止侧向滑移现象的发生。有时用此方法与砂垫层、反压护道、土工布等联合使用, 以便更好地提高地基的稳定性。垂直排水法主要有振冲碎石桩、挤密砂桩、砂井、袋装砂井、塑料排水板法等。
　　2.4 反压护道法
　　即在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道, 使路堤下的淤泥或软土向两侧隆起的趋势得到平衡, 从而保证路堤的临界高度, 反压护道的高度一般为路堤高度的1.2～1.3倍( 参见图2、图3) 。
　　
　　
　　
　　 图3 反压护道与砂垫层并用
　　2.5 抛石挤淤法
　　即在路基底部抛设一定数量的片石, 将淤泥挤出基底范围, 以提高地基的强度。此法适用于常年积水的洼地以及排水困难、泥炭呈流动状态、厚度较薄、表层无硬壳、片石能达到底部的泥沼或厚度为3m～4m的软土。采用此法需要石料来源丰富、价格低廉, 且所抛片石一般不应小于30cm。抛投的顺序, 应先从路堤中部开始, 中部
　　向前凸起后再渐次向两侧扩展, 以使淤泥向两旁挤出(参见图4) 。
　　2.6 置换法
　　即将软土挖除, 用粒粗且透水性能好的砂砾土回填, 彻底改变土层的性质。如果软土层较薄, 亦可掺入一定比例的生石灰, 以吸收土中
　　
　　
　　
　　 图4砂垫层与抛石挤淤并用
　　水分使其硬化, 在活性钙的作用下, 土的性质也有所改变。当地面粘性土硬壳层下伏软土层较薄时,要注意充分利用表面硬壳层承载力较高的特点, 保护这层硬壳不被破坏, 再在其上铺以30cm～50cm砂砾土垫层后, 填土预压, 亦可达到处理的目的( 参见图5) 。
　　
　　
　　2.7 侧向约束法
　　在路堤两侧坡脚附近打入木桩、钢筋砼桩或者设置片石齿墙等, 可限制基底软土的挤动, 从而保持基底的稳定。此方法适用于软土层较薄、底部有坚硬土层和施工期紧迫的情况。
　　3.8 综合加固法。即将以上加固处理软基的方法,同时采用其两种以上, 构成综合处治措施。
　　3 工程中软土地基的治理
　　在软土地基上填土存在的问题分为两大类: 一类是稳定性的破坏, 另一类是过大的下沉和变形。因此, 在公路设计和施工中, 要讨论填土的稳定性和下沉问题, 同时还需注意对周围地基的影响。具体要注意以下几个问题:
　　a) 为使填土稳定, 应优先考虑慢速填土;
　　b) 施工时应根据动态观测进行稳定性沉降速度控制;
　　c) 对于沉降问题, 应尽可能保证填土设置时间, 有效地利用时间效应;
　　d) 估计软基处理对工程费用影响较大时, 应进行试验性填土以研究处治方法。
　　以下介绍二个工程案例。
　　例1, 某路段出现了软基问题, 分析造成该段软基的原因, 主要是地下水位高, 因此提出了设置砂垫层的处治措施, 设置砂势层的厚度为60cm。经实施后, 效果较好, 解决了路基松软的问题。
　　例2, 某高速公路路段, 经过一个废弃的鱼塘,出现了软基问题。现场调查淤泥深度为3m～4m, 决定采取抛挤片石法, 再在上面铺一层50cm的砂垫层, 砂垫层上面再铺筑透水性良好的砂砾土50cm。由于该处片石较经济, 通过合并处治后, 取得了很好的效果, 同时费用也比较低廉。
　　由前文的介绍和案例可知, 进行软基处理应因地制宜, 搞清软基成因, 再提出解决措施, 并尽量降低处治成本。有条件的地方, 对软土地区的公路路基, 应提前进行土方作业, 采用加载预压的方法, 使其自然沉降而趋于稳定, 然后在稳定路基上铺筑路面, 通车运行。这样可节省许多处治费用,降低公路造价。但从我国目前公路基本建设的情况看, 凡应上马的工程项目经上级批准立项后, 才能拨款进行征地拆迁, 一旦开工就要尽快完成使用。而采用自然沉降法, 工期需延长, 同时还必须超前对软基地段做出施工安排, 使得经费要先拨、征地拆迁要先办才能顺利进行施工, 达到预期目的。因此, 采用自然沉降法, 方法虽好, 但往往难于付诸实施。针对目前我国基建程序的具体情况, 笔者建议: 一方面, 在高等级公路建设项目上开展一些试点工程, 使采用自然沉降法的能顺利实施, 摸索出经验, 再逐步推广, 这不失为一项既有创新又有实际经济效益的举措; 另一方面, 对软基的处治技术, 应投入一些资金进一步研究, 以找到更新、更好、更快、更经济的方法。
　　4 结 语
　　软土地基在路桥工程施工中是一个经常遇到的问题, 对软土地基的处理也提出了一系列的解决方法。由于我国各个地区地质、地貌等情况不尽相同, 软土地基形成的机理也不尽相同, 因此对软土地基的加固处理, 必须依据当地的实际情况, 采取切实可行的处治方法, 其遵循的原则是既要保证在软土地段上修筑路桥的稳定性, 同时又应尽可能地降低软土地段的处治成本。笔者针对我省沿海地区软土地基的特点, 根据自己对软土地段路桥施工处治的经验, 了一些解决措施和方法, 以供同仁参考。
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