高速公路软地基鉴别\处理及检测方法
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论文摘要：随着我国国民经济的高速发展，我国基本建设的蓬勃兴起，建设用地日益紧张，许多高速公路工程不得不建造在过去被认为不适合建筑需要的场地上。同时，随着目前工程建设中，有特殊要求的高速公路日益增多，也对地基提出了新的更高的要求。高速公路在施工的过程中经常会遇到不同类型的软土地基，给施工单位和监理单位的工作带来一定难度，本文结合内蒙古准格尔旗大――薛快速通道中软地基路段的地质状况，详细阐述高速公路软弱地基鉴别、处理及检测方法，对同类工程具有一定的借鉴作用。
关键词：软弱地基，机械压实，换填，击实试验
本工程为内蒙古准格尔旗大――薛快速通道第五标段，主线采用高速公路标准设计，设计时速100千米/小时，路基宽度29米。标段起讫桩号为：K12+000―k16+000，全长4.0千米。主要施工内容包括路基、桥涵、路线交叉、防护及排水工程等的施工工作。本高速公路第五标段地处黄土高原丘陵带，地貌较为复杂，在黄河水系的作用下形成了羊场沟、乌兰苏木兔沟等V字型沟壑，软弱地基形式较为复杂多样，给施工带来了极大地不便。
一、软弱地基的处理的目的与意义
1.软弱地基的定义
高速公路的软弱地基是指那些土质软弱、不能满足高速公路强度或变形要求，或者由于动力荷载(如地震荷载)作用而可能产生液化、失稳和震陷等灾害，或者由于吸水而会沉陷及由于吸水而会膨胀失水且下陷的场地必须进行人工加固，这种待处理或者已经处理的地基称为软弱地基。
2.软弱地基处理的目的
高速地基是否良好，广义地讲就是能否满足高速公路地基的变形和承载能力要求，因此，它是一个动态的概念。所以，地基需不需要进行处理或者处理到什么程度、采用什么手段进行处理也是一个动态的概念。这就决定了地基处理问题的复杂性和多变性。地基处理的恰当与否，不仅关系到高速公路的使用，还会影响到建设费用的高低、施工进程的快慢。本高速公路地基处理的目的是利用换填、夯实、土工格栅等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性。
3.软弱地基处理时遇见的问题
3.1地基的强度及稳定性问题
该高速公路K12+000―k13+000段一公里地基为软弱地基，在处理之前地基的抗剪强度不足以支撑上部荷载，已经出现局部剪切或者整体滑移的现象，这种现象不仅影响到高速公路的正常使用，甚至会成为一种灾难。美国纽约水泥仓库附近的高速公路由于没有处理好软弱地基，当地基在上部荷载作用下，产生了严重沉降或者不均匀沉降时，使得高速公路发生整体倾斜，基础断裂。
3.2地震带的影响
内蒙古处于亚洲大陆深处，受到地震作用一般较小，但是不排除偶发性地震或者山体运动的影响，在强烈地震作用下，会使地下水位以下的松散粉细砂和粉土产生液化，使地基丧失承载力。如日本神户高速公路地基液化而倾倒，为典型实例。强烈地震时软弱粘性土发生振沉，造成事故，旧金山地震使泛美高速加州段的破坏即为实例。
本高速公路的天然地基，存在上列2类问题之一时，即须采用地基处理措施以保证高速公路的安全与正常使用。地基与高速公路的关系极为密切，而地基问题常常是造成工程事故的主要原因。该高速公路软基处理砂砾垫层：3.7万立方米；强夯置换：2.9万平方米；土工格栅：10.8万平方米；冲击压实：36.8万平方米。正式这些地基处理方法的有效应用才使得本工程质量达到国家标准
二、软弱地基的检测及处理方法
1.击实试验法
在K13+000―k13+582段的582米路程中，含水量的大小对土的压实效果影响极大。当土干时，水处于强结合水状态，土粒之间摩擦力、粘结力都很大，土粒的相对移动有困难，因而不易被压实。当含水量增加时，水的薄膜变厚，摩擦力的粘结力减小，土粒之间彼此容易移动。度增大，至最优含水量时，干密度达最大值。占据的体积增大，限制了颗粒的进一步接近，故随着含水量增大，土的压实干密度，当含水量超过最优含水量后，水所含水量愈大，水占据的体积愈大。颗粒能够占据的体积愈小，变了土中颗粒间的作用力，因而干密度逐渐变小。由此可见，含水量不同，则改变了土的结构与状态，从而在一定压实功能下，改变着压实效果。
击实试验是研究本高速公路软弱地基土的压实性能的室内试验方法。试验时，将同一种土配制成5--6份不同水量的试样，用同样的压实功能分别对每一份试样进行击实实验(试验方法和试验仪器见《土工试验方法标准》GB 50123-1999 )，然后测定各试样击实后的含水量W和干密度P，从而绘制W-pa关系曲线，即击实曲线。击实试验可以鉴别出软弱土的地基承载力，软土的特性是含水量高、空隙比大、渗透系数小、压缩性高、抗剪强度低。在击实试验作用下，击实曲线成平直线状态，表明该土质含水率高，是软弱地基，不能作为高速公路的基础。碾压的效果主要决定于被压实土的含水量和压实机械的压实能量。在K13+000―k13+582段的582米路程中，本工程处理软弱地基的方法就是击实试验法，工程中要求获得较好的压实效果，根据现场碾压机械的压实能量，控制碾压土的含水量，选择适合本段公路的分层碾压厚度和遍数，通过现场碾压试验确定。对于这段软弱地基粘性土的碾压，用80 -100kN的平碾或120kN的羊足碾，每层铺土厚度约为200 - 300mm，碾压8-12遍。碾压后填土地基的质量常以压实系数λ和现场含水量控制，压实系数为控制的干密度与最大干密度的比值，在主要受力层范围内则要求λ>0.96，只有经过击实试验后的基础才达到国家有关标准。
2.强夯地基法
强夯地基法是法国L.梅纳( L. Menard, 1969)首创的一种地基加固方法，即用几吨或十几吨重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。本高速公路K14+000-k16+000段实践证明，加固的效果是显著的。经强夯后地基的承载力可提高2-5倍，压缩性可降低200%-500 % ,影响深度l0m以上。这种施工方法使两公里范围内的软弱地基具有施工简单、速度快、节省材料等特点，受到施工单位的广泛重视。这段地基的强夯是通过一般为30t(最重可达200t)和8-30m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500-8000kN . m。这种强大的夯击力在地基中产生的冲击波和动应力，可提高土体强度，降低土的压缩性，起到改善土的振动液化性和消除湿陷性黄土的湿陷性等作用。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的不均匀沉降。本段两公里公路实践表明，在夯击过程中，由于巨大的夯击能和冲击波，土体中因含有许多可压缩的微气泡而立即产几十厘米的沉降，土体局部产生液化后，结构破坏，强度下降到最小值，随后在夯击点周围出现径向裂缝，成为加速孔隙水压力消散的主要通道，粘性土具有的触变性，使降低了的强度得到恢复和增强。
3.换填法
本段高速公路还在部分施工段采用了换填法，当一些地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础底面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰)，然后分层换或其他性能稳定、无侵蚀性等材料，并压(夯、振)实至要求的密实度为止，该段高速公路换填的面积约为2.9万平方米，这些换填层一般选用砂垫层，砂垫层设计的主要内容是确定断面合理的厚度和宽度。根据高速公路对地基变形及稳定的要求，对于换土垫层，即要求有足够的厚度置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤动。对于排水垫层，一方面要求有一定的厚度和宽度，防止加荷过程中产生局部剪切破坏；另一方面要求形成一个排水层，促进软弱土层的固结，同时应满足对软弱下卧层验算的要求。
总结
综上所述，浅基处理的各种方法均有其针对性、适用范围以及局限性，本高速公路位于内蒙古高原及河套平原交界地带，有黄河水系流过，必须选择适合于实际情况的软弱地基处理方法 ，将击实试验法、强夯地基法，换填法综合运用 ，并取得了取得理想的处理效果，保证该高速公路软基段的顺利施工
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