浅谈市政道路施工中软基加固技术
2015-08-04
在市政道路建设中，不可避免地会遇到软土基础问题，为确保市政道路路基的稳定性，目前常用的是软基加固处理技术，而这势必会对工程的质量、工期和成本产生影响，为此，探索高效、低成本的软基加固技术已成为岩土工程界迫切需要解决的问题
一、软土地基的基本特征
1、含水量较高、孔隙比较大
软土的水分程度高，因此土质之间的缝隙很大，软土的有机成分少并且主要由粘土粒和粉土粒组成，蒙脱石、高岭石、伊利石是主要的粘土成分。该矿石的形态细小并且是薄片的形式，同时在表面还带有负电荷，它会和周围的水和空气导电，变成极水分子，最后会吸在物体上，形成一个个的水珠，以其在不同的环境中沉积就会有不同的形态。
2、具有明显的流变性
软土在受力和受重的情况下，会因力量的作用，慢慢的变形，并被力量慢慢剪切，让原有的抗剪切力量减弱，同时有可能在主体结构坍塌之后再产生起次要结构或辅助结构的沉降。
3、低强度
根据软土的性质，软土多半都是水分大的沉积土，自身的抗水抗压力不到20kPa，有效范围内的摩擦角只有几度甚至没有。软土土质的抗压能力和测试方法与它本身的排水条件有很大的关联，要想增大软土的抗压强度指标，就要采用固结快剪的方式，在软土受力的情况下，假如软土有完全的排水功能和抗压力，那么它的土质强度就能得到明显的改善。
4、透水性差。软土的渗透系数一般在1×10-6～1×10-8cm/s 之间，所以在荷载作用下固结速度很慢。当地基中有机质含量较大时，土中可能产生气泡，堵塞渗流通道而降低其渗透性。所以在软土层上的建筑物基础的沉降拖延很长时间才能稳定，同样在荷载作用下地基土的强度增长也是很缓慢的。
二、软土地基的在市政道路工程的危害
1、地基抗剪强度不够引起路堤侧向整体滑动，边坡外侧土体隆起；
2、人工构造物与路堤衔接处产生差异沉降，引起跳车；
3、路堤的变形以及地下水位过高，将导致路面的破坏。因此，在软土地基上进行路基施工，都要求对软土地基进行处理。其处理的目的主要是改善地基土的工程性质，达到满足建筑物对地基稳定和变形的要求，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度和抗液化能力，消除其他不利的影响。
三、市政道路施工中软基加固技术
1、表层处理法
表层处理法用于地表面极软弱的情况。它是通过排水、敷设或增添材料等办法提高地表强度, 防止地基局部剪切变形, 保证施工机械作业, 同时尽可能把填土荷载均匀地分布于地基上。属于这类处理方法的有: 表层排水法、砂垫层法、敷设材料法、添加剂法等等。
（1）表层排水法。对土质较好因含水量过大而导致的软土地基, 在填土之前,地表面开挖沟槽, 排除地表水, 同时降低地基表层部分的含水率,以保障施工机械通行。为了使开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果, 应回填透水性好的砂砾或碎石。
（2）砂垫层法。对于地基上部软土层极薄且含水量大时, 在软土地基上敷垫厚0.5m-1.2m左右的砂垫层, 这样可达到固结软土层, 使砂垫层起到上部排水层作用; 同时, 砂垫层又成为填土内的地下排水层, 以降低填土内的水位; 在进行填土及地基处理施工时, 为施工机械提供良好的通行条件。
（3）敷垫材料法。对于地基土层不均匀, 可能发生局部不均匀沉降和侧向变位, 可利用所敷垫材料的抗剪和拉抗力来增强施工机械的通行,均匀地支承填土荷载、减少地基局部沉降和侧向变位, 以提高地基的支承能力。敷垫材料主要有化纤无纺布、土工布、玻璃纤维格栅等被广泛采用。
（4）添加剂法。对于表层为黏性土时, 在表层黏性土内掺入添加剂, 改善地基的压缩性能和强度特性, 以保证施工机械的行驶, 同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。添加材料通常使用的是生石灰、熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌, 除了降低土壤含水量、产生团粒效果外, 被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结, 使黏土成分发生质的变化, 从而促进土体稳定。
2、置换
置换是指用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土体，以形成双层地基或复合地基，达到提高地基承载力、减少沉降的目的。加固原理主要属于置换软弱地基的处理方法有：换填垫层法、挤淤置换法、强夯置换法、等地基处理方法。
（1） 换填垫层法
换填垫层法，即将基地下一定深度范围的湿软土层挖去，换以强度较大的砂，碎（砾）石、灰土或素土，无侵蚀性的土类，并予以夯实。换填材料的不同，其应力分布虽有所差异，但其极限承载力比较接近，而且沉降特点亦基本相似，因此大致按砂垫层的计算方法。
砂垫层的作用，可以提高承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀，消除膨胀土的涨缩作用，亦可处理暗穴。砂垫层的作用，因工程性质有所不同，对路基而言，主要是排水固结，素土（或灰土）的垫层，可以消除湿陷性黄土3.0m 深度范围内的湿陷性。
（2） 挤淤置换法
通过抛石或夯击回填碎石置换淤泥达到加固地基目的，也可采用爆破挤淤置换。
（3）强夯置换法
采用边填碎石边强夯的方法在地基中形成碎石墩体，由碎石墩、墩间土以及碎石垫层形成复合地基，以提高承载力，减小沉降。
3、水泥搅拌桩加固技术
水泥土搅拌桩技术适用于加固饱和软土地基，它的原理将水泥作为固化剂通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌产生一系列物理、化学反应而形成一定强度的优质地基来提高承载力和增大变形模量。其具体施工方法有：首先，放好搅拌桩桩位，移动搅拌桩机到达指定桩位，对中、调平（用水准仪调平），采用经纬仪或吊线锤双向控制导向架垂直度（垂直度小于1.0%桩长）；其次，在搅拌机预搅下沉的同时，后台拌制水泥浆液，在压浆前将浆液放入集料斗中。选用普通硅酸水泥拌制浆液，水灰比控制在0.45～0.50 之间，按照设计要求每米深层搅拌桩水泥用量不少于50 kg；启动深层搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，方可使钻杆沿导向架边下沉边搅拌，下沉速度可通过档位调控，工作电流不应大于额定值；启动深层搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，方可使钻杆沿导向架边下沉边搅拌，下沉速度可通过档位调控，工作电流不应大于额定值；下沉到达设计深度后，开启灰浆泵，通过管路送浆至搅拌头出浆口，出浆后启动搅拌桩机及拉紧链条装置，按设计确定的提升速度（0.50～0.80 m/min）边喷浆搅拌边提升钻杆，使浆液和土体充分拌和；搅拌钻头提升至桩顶以上500 mm高后，关闭灰浆泵，重复搅拌下沉至设计深度，下沉速度按设计要求进行；下沉到达设计深度后，喷浆重复搅拌提升，一直提升至地面；最后，施工完一根桩后，移动桩机至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩的施工。其主要特点：干燥的固化材料能吸收一部分软土地基中的水分而达到更好的效果；固化材料在搅拌过程中能依靠软土水分的黏性黏附到空隙内部达到均匀分布，提高地基土强度的效果；固化材料主要是水泥、生石灰等来源广泛的材料通过1∶1 的混合而成，其适应性较广，适合于大多数工程；且固化材料在取料到施工过程中能够避免粉尘外溢，不会对环境造成污染。
