摘 要：根據(jù)軟土路基工程地質及各種的地基處理方法，并著重強調(diào)了強夯法的特點、原理和施工要點進行了闡述。不僅如此，還結合某路基工程實例對所述處理方法進行分析總結。
關鍵詞：軟土 路基 處理方法 強夯法
Abstract: According to the soft soil foundation engineering geology and various treatment methods, and to highlight the characteristics of dynamic compaction method, principle and construction are described. Not only that, but also combined with examples of a road project referred to treatment were reviewed.
Key words: Soft soil Subgrade Treatment Dynamic Compaction
0、引言
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通運輸行業(yè)發(fā)展迅速，急需加大基礎設施建設，尤其是超載車輛的大量出現(xiàn)，路基病害層出不窮，特別是軟土地區(qū)，由于軟土難以壓實、水穩(wěn)定性差、易沖刷、強度低，導致路基路面病害更加嚴重，這些病害的出現(xiàn)嚴重影響了公路、鐵路等設施的使用性能和使用壽命。因此，研究如何處理軟土路基和防治路基病害非常重要。
1、軟土路基的評價方法
軟土是指湖沼、濱海、谷地、濕地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。具有孔隙比大、含水量高、壓縮性強、固結系數(shù)小、固結時間長、抗剪強度弱、靈敏性強、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物理力學性質相差較大等特點。主要包括沖填土，雜填土，淤泥質土以及其他高壓縮性土等。
由于軟土的特殊性，常規(guī)的鉆探取樣方法往往很難保證其質量，因此原位測試技術得到了迅速發(fā)展，特別是高速公路這種范圍廣的工程，原位測試技術具有范圍廣、經(jīng)濟的特點。目前經(jīng)常采用的原位測試技術有十字板剪切試驗、靜力觸探試驗、標準貫入試驗等。近年來，一種新的原位測試手段-孔壓靜力觸探試驗（CPTU）得到了廣泛的應用，并有很好的推廣前景。適用土的類型為地下水位以下的各種軟土及非密實性砂、黃土、素填土等。
2、軟土路基處理方法
2.1 改變路堤本身的結構形式
這些處理方法對于填土較低的軟土路堤比較有效，但不適用于高路堤中的軟基處理。
(1)反壓護道：主要用于當路堤在施工中達不到要求的滑動破壞安全系數(shù)時，進行反壓路堤兩側設汁，以期達到路堤穩(wěn)定的目的。
必須注意：1)避免過高堆填。而應分層鋪平，充分壓實，并應有一定橫坡度，以利于排水；2)反壓護道的填筑速度不得低于主路堤。主路堤在施工中或完工后，如能確定反壓護道下面的地基強度已增長到要求的值，則可以將反壓護道設計高度以上的部分挖除，再利用這些材料填筑主路堤。
(2)土工格柵：土工格柵具有耐熱性和耐寒性高、強度大、模量高、耐腐蝕、膨脹系數(shù)低和尺寸穩(wěn)定性好等特點。在軟土地基上修筑路堤時，在地基與路基中鋪設一定量的土工格柵，然后在其上進行填土壓實處理�？稍鰪娡馏w整體性，降低不均勻沉降，提高地基和填土的強度，阻抗土體破壞面的形成，從而達到加固土體，快速施工和快速通車的目的。土工格柵加固路基是一種機械式的土體加固方式，并沒有改變填料的顆粒成分和相互連接等基本性狀，其主要通過土工格柵對加固土體的側向約束作用、網(wǎng)兜效應及摩擦作用等一系列作用來達到加固的目的。
2.2 排水固結
2.2.1 砂墊層法
砂墊層是淺層處理最常用的方法，這種方法是在軟土地基上鋪設厚度為0.5～1.2m左右的砂墊層。其主要目的在于加速土體的排水固結過程，提高路基承載力，減小沉降量，分散地基所承受的壓力等。施工時應做到攤鋪均勻，注意不要有很大的集中載荷作用。當路堤透水性不好、路堤坡腳附近砂墊層被路提覆蓋時，可能會阻礙側向排水，所以必須做好砂墊層端部的處理。
2.2.2 慢速加載法
這種方法類似于一般路堤的自然沉降，但要根據(jù)土質的剪切破壞情況，控制填土速度，用較長的時問完成填土。無需特殊的施工機械和材料，在工期充裕的情況下，采用此法最為經(jīng)濟。在慢速加載過程中，為了安全穩(wěn)妥地進行施工，應及時了解和掌握地基穩(wěn)定和固結情況，并根據(jù)所觀測的結果來調(diào)節(jié)施工速度。最好備有沉降儀、孔隙水壓力儀等檢測設備。
2.2.3 砂井排水法
這種方法是在軟土層中設置垂直排水砂井，充填物質一般由中砂、粗砂或砂袋構成。軟基施工前應先排除積水，整平坑洼，上方填橫向排水砂墊層。如需改善施工條件，可再鋪厚約15mm的碎石或砂礫石。不得填片石，以免影響打砂樁。地面整個表層處理后，根據(jù)線路中線及樁排距定好樁位。沉管成井方法一般分為震動法、沖擊法、裸打法。
2.2.4 塑料排水板
塑料板排水處理軟土地基是根據(jù)排水通道(插入塑料排水板)，縮短排水距離的原理在地基上施加荷載，土中孔隙水通過塑料排水板通道排出，從而使土中孔隙水體積逐漸減少，地基土固結變形，同時隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，有效應力提高，地基強度得到增長。該法處理軟土路基，既有排水固結作用，又能擠密地基；且施工設備簡單，施工速度快，造價低。但采用塑料排水板也有不足之處，一是填土速度受限；二是沉降時間長。所以在工期緊張時，僅采用排水固結法是不夠的，應輔以反壓護道，采用輕質填料等多種方法相結合使用。且應密切注意排水通道的暢通，確保軟基中的水能夠即時排出。
2.2.5 預壓法
又可分為堆載預壓法、降水預壓法、真空預壓法以及真空一堆載聯(lián)合預壓法等。
(1)堆載預壓：堆載預壓要有便宜方便的原材料，卸載后易于處理和利用。實際上，填方工程開始即對地基逐步進行了加載預壓。但為了考慮通車以后的活荷載作用所引起的沉降，所以，盡管堆載到了路基面，還需要計算這些汽車荷載作用。具體應按換算土柱加足土方才算滿荷。此后再加載時稱為超載。超載后靜置的時問為三個月，實測沉降達到要求并穩(wěn)定后撤除。現(xiàn)在在堆載預壓時經(jīng)常附以砂墊層、砂井或塑料排水板等排水措施，以增強其排水能力，加快固結速度。
(2)降水預壓法：通過井點抽水使地下水位降低，從而增加土的自重應力，以達到預壓的目的。由于使用了降水法，就不需控制加荷速率，也不會有因孔隙水壓力增高，而使地基破壞的情況，因此施工速度可以提高。
(3)真空預壓：真空排水預壓法，就是先在加固
土中布置砂井與砂墊層，然后在砂墊層上鋪設不透氣的塑料薄膜，通過真空泵抽氣，造成塑料薄膜具有一定的真空度，使土中產(chǎn)生負的孔隙水壓力，從而吸 出孔隙水達到預壓固結的目的。
(4)真空聯(lián)合堆載預壓法：這種方法是在進行
真空預壓的同時，在地基上再進行堆載。與一般的堆載預壓法相比，真空聯(lián)合堆載預壓法可以充分發(fā)揮真空預壓和堆載預壓各自的優(yōu)勢，加速孔隙水的排出和地基的固結，提高加荷速率，縮短工期，增大加固深度及減少工后沉降。
2.3 人工地基
2.3.1 振沖擠密法
振沖法是將類似于混凝土振搗棒的“振沖器”插入土中，一方面利用振沖器內(nèi)旋轉的偏心塊對周圍土體施加橫向擠緊作用，使地基土顆粒擠密，孔隙減小，提高了樁間土的承載力；另一方面利用振沖器的上下噴口噴水(或噴氣)協(xié)助成孔并護壁，孔內(nèi)填以碎石。在砂土中直接產(chǎn)生振動液化，振密砂土，稱振沖擠密法。在飽水軟土中，振動力不能使軟土內(nèi)的孔隙水排出擠密，而是將填料碎石振密，且擠人周圍的軟土中，形成粗大密實的樁體，稱碎石樁，此法又稱振沖置換法。振沖碎石樁一般按三角形或方形進行平面布置，但要結合填土路堤的寬度及軟土情況而定，并應特別注意樁的對稱性、受力均勻性以及與路堤荷載的對應性，以防止路基產(chǎn)生不均勻沉降。樁的直徑應按復合地基的容許承載力進行計算，樁距則可依樁徑和樁數(shù)而定。樁長以地基最大剪切破壞和壓縮層的深度來控制，即樁最短不淺于最大剪切破壞深度，最長不超過壓縮層深度。
2.3.2 開挖換填法
即在一定范圍內(nèi)，將軟土挖除，用無侵蝕作用的低壓縮散粒體材料置換，然后分層夯實。按軟土層的分布形態(tài)與開挖部位可分為全面開挖換填和局部開挖換填兩種。
2.3.3 強制換填法
按施工方法分為路堤載荷強制換填和爆破換填法兩種。
(1)路堤強制換填法：強制換填法就是依靠路堤載荷將部分軟土層強制擠出，用良好的填筑材料置換。施工時，應從中線起逐漸向外側填筑，但是，對于寬路堤，由于沉降不一致，從而在路堤下面殘留部分軟土，工后會發(fā)生不利的不均勻沉降，應引起注意。
(2)爆破換填法：種方法就是把炸藥裝入軟土層，通過爆破作用將軟土擠出的方法。這種方法對周圍影響很大，只限于爆破對周圍構造物或設施沒有不良影響的地區(qū)使用。并且一般要通過幾次爆破使路堤逐漸下沉，兩側擠出隆起的軟土要及時挖除保證爆破效果不致降低。
2.4. 強夯法
2.4.1強夯發(fā)法原理
自20世紀70年代初法國人L•梅納首次提出采用強夯法加固填土地基以來，該項技術已在世界各地廣泛應用于碎石土、砂土、黃土、填土和非飽和粘性土等的地基加固中。所謂強夯法，就是將數(shù)噸至數(shù)十噸的重錘從高處自由落下，對軟土地基進行強力夯實，以提高其強度。用強夯法加固的土基，承載力會明顯提高，沉降量也會降低。其原理在于：在強夯過程中，土體中微小氣泡的體積壓縮，土的孔隙減小，土體局部液化，土的結構破壞并且強度下降到最低位。隨之在夯擊點周圍出現(xiàn)徑向裂隙，形成樹枝狀的排水網(wǎng)絡，使土體滲透性大大增加，孔隙水得以順利溢出，加速了土體的固結。繼而因粘性土的觸變性，使土基的強度得到恢復和增強。
2.4.2施工要求
（1）一般情況夯錘重可取10~20t。其底面形式宜采用圓形。錘底面積按土的性質確定，錘底靜壓力值可取25~40KPa，對于細顆粒土錘底靜壓力宜取小值。錘的底面宜對稱設若干個與其頂面貫通的排氣孔，孔徑可取250~300mm。
（2）機或其它專用設備。采用履帶式起重機時 ，可在臂桿端部設置輔助門架，或采取其它安全措施，防止落錘時機架傾覆。
（3）當?shù)叵滤惠^高，夯坑底積水影響施工時，宜采用人工降低地下水位或鋪填一定厚度的松散性材料。夯坑內(nèi)或場地積水應及時排除。
（4）強夯施工前，應查明地內(nèi)范圍的地下構筑物和各種地下管線的位置及標高等，并采取必要的措施，以免因強夯施工而造成破壞。
（5）當強夯施工所產(chǎn)生的振動，對鄰近建筑物或設備生產(chǎn)生有害的影響時，應采取防振或隔振措施。
（6）強夯施工可按下列步驟進行：
A 清理并平整施工場地；
B 標出第一遍夯點位置，并測量場地高程；
C 起重機就位，使夯錘對準夯點位置；
D 測量夯前錘頂高程；
E 將夯錘起吊到預定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程，若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘斜時，應及時將坑底整平。
F 按設計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準，完成一個夯點的夯擊；重復步驟C至F，完成第一遍全部夯點的夯擊；
2.5. 粉體噴射攪拌法
本方法是向軟土地基內(nèi)噴射生石灰粉、水泥粉或粉煤灰等加固材料，原位攪拌混合，通過化學反應達到改善軟土力學性能的目的。
粉體攪拌樁具有較高的剛度，抗側向變形能力；能夠有效地減少軟基的壓縮量，調(diào)整橫斷面差異沉降，并且可以承受較快的加荷速度；在路基填土過程中，不宜使用沖擊力過大的壓路機，可適當增加碾壓遍數(shù)，盡量使處理后的基底樁問土相對固結穩(wěn)定，以增加抗剪能力。粉體攪拌樁不能改善地基排水條件，但通過吸水固結可提高樁間土的結構性，同時樁頂鋪墊砂層可便于地基排水，從而可適當加速樁問土的固結，降低工后沉降量。
3、路基工程實例
某公路改建工程，樁號為K2+23～K5+73，全長3.5km。水泥混凝土路面，路基寬度23m，雙向4車道，荷載等級為公路一級。此次改建工程的地基由于軟弱土厚度較大，土質軟弱，埋深淺，承載能力和抗剪能力相對薄弱，容易觸變，對上面公路的沉降及穩(wěn)定性影響較大，需進行軟基處理。K2+34～K3+77段的地基，為由淤泥質亞粘土組成的軟土段，埋深2～5m，軟土層厚6～10m。參考《公路路基設計規(guī)范》（JTGD30-2004），軟土地基處理設計包括沉降處治設計和穩(wěn)定處治設計，穩(wěn)定安全系數(shù)的計算采用固結有效應力法，當不考慮固結時，穩(wěn)定安全系數(shù)取值不能小于1.2，一般路段容許工后沉降不能超過0.3m。具體對于本工程，大部分的路段地基為淤泥質亞粘土，路堤填土高度均不大于5.5m，軟弱土層厚，土質較弱，沉降較大。根據(jù)以往經(jīng)驗，參考相關類似工程，本工程采用袋裝沙井法進行軟基處理。袋裝沙井法具有理論成熟，施工簡易，造價低廉，質量容易被控制等優(yōu)點。
K2+34～K3+77段相關數(shù)據(jù)如下：路堤頂部設計寬度23.00，路堤設計高度3.75m，路堤邊坡坡度為1：1.5，地基土層數(shù)為3層，砂墊層厚度為0.4m，豎向排水體半徑0.035m，間距1米，豎向排水體的長度為11m。工后沉降基準期為334天，其中路基施工期為183天，路基預壓期為122天。采用經(jīng)驗系數(shù)法進行沉降計算，e-P曲線法進行主固結沉降計算，按多層土實際容重進行基底應力計算，在計算沉降時，要考慮彌補地基沉降引起的路堤增高。在進行穩(wěn)定計算時，采用固結有效應力法，同時考慮超載和地震力的影響。其中地震烈度為7度，重要系數(shù)為1.0，綜合系數(shù)為0.25。
沉降計算部分：考慮地基沉降的影響，路堤的計算高度為4.021m，公路竣工時，地基的沉降量為0.512m，工后沉降基準期結束時，地基的沉降量為0.621m。公路竣工后，基準期內(nèi)的殘余沉降為0.101m。故總的沉降為1.2×0.723=0.868m。
如若采用粉噴樁進行軟基加固，擬采用直徑為0.5m 的粉噴樁，樁距1.2m，梅花形布置。
單樁承載力計算：混凝土單樁承載力取分別按樁材強度和樁側摩阻力計算的較小者。
雖然兩種方案，都可以達到提高地基土的承載力，減小沉降的要求，但是對這兩者的造價進行比較，采用袋裝沙井法時，總造價為98.34萬，采用粉噴樁時，總造價為177.65萬。顯然，無論是從地基處理效果還是從造價上比較，袋裝沙井的處理方案都是優(yōu)于粉噴樁處理方案。
4、結語
通過以上分析，可見軟土路基處理方法有多種，因此在施工中要根據(jù)路基地基的實際情況，選擇合理的處理方法，不僅提高軟土路基的質量，增加承載力和穩(wěn)定性，還可以加快施工工期，取得良好的經(jīng)濟效益。同時，使用強夯法進行軟土地基處理也是比較常見的做法，而且強夯法施工較為方便�？傊�，軟土路基處理因素復雜，需進一步探討更完善更好的處理方法。
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