软土地基的加固措施探讨
2016-01-25
1.工程概况
本文选取某高速公路标段线路长5.04km，经过勘察设计：第一层，耕殖土层，厚0.5-1.5m灰黄或灰褐色，由淤泥质土及亚粘土组成，湿、可塑；第二层，淤泥层.厚1.3-4.8m，灰黑色，粘性好，饱水、流塑，局部夹薄层细砂；第三层，淤泥质细砂层，厚3.2-8.1m，灰或灰黑色，粉细砂含量占总重的80%，饱水、松散，含少量贝壳；第四层，淤泥层，在地质勘探报告上未见底，灰黑色，粘性好，饱水、流塑状态，局部夹薄层细砂。
由于全线软土路基较多，在设计中对软土小于4.5m地段采用换填处理，对于软土大于4.5m地段采用搅拌桩复合地基处理，搅拌桩复合地基设计主要可以分为6个路段：k1+105~k1+328段，设计桩长8.5m，2800余根；k1+861~k2+428段，设计桩长7.9m，1500余根；k2+640~k2+980段，设计桩长6.4m，1800余根；k3+206~k3+600段，设计桩长6.0m，1040余根；K3+880~k4+300段，设计桩长6.5m，1600余根；k4+420~k4+960段，设计桩长6.5m，2600余根；设计桩长总数20余万米。
2.软基的特征及其危害性
软土泛指天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1，压缩系数不大于0.5MPa、不排水抗剪强度小于30kPa的细粒土。主要为饱和软粘土。我国广泛分布的软土绝大部分在全新世中、晚期形成，软土一般具有以下特征：
(1)地基沉降量大，一般可达数十厘米甚至到数百厘米；
(2)地基沉降时间长,一般达数十年甚至到数百年，特别是沿海一带的软土地基，由于厚度大，固结速度较慢；
(3)地基沉降不均匀，由于上部结构的特点与荷载差异，常常引起地基不均匀沉降；
(4)地基抗剪强度低。
由于软土地基具有上述特征，常常影响公路工程质量，引发地质灾害。其危害性主要表现为：
(1)软土地基的过大和不均匀沉降将严重影响公路路面的平整度，制约路面通行能力、行车安全度和舒适度；
(2)路基、路堤可能会随着软基一起产生滑移，引起公路路面的整体破坏。
由于软土地基的危害性，公路建设对于软基的处理标准要求高，而这同时也对软基工程地质勘察的深度和广度提出了很高的要求。
3.软土地基的加固措施与施工
3.1 塑料排水板
塑料排水板处理软基的原理是利用深插软基的排水板，避免路基外侧地表及地下水进入路基范围，当填筑路基时，荷载作用于软基，地下水由于受挤压和毛细作用沿塑料排水板上升至砂垫层内，由砂垫层向两侧排出，从而提高基底承载力。
塑料排水板要在砂垫层完成后施工，由测量人员测量出需处理的范围，用小竹签定出每根排水板的具体位置，插板机对中调平，把排水板在钻头上安放好，开动打桩机锤打钻杆，将塑料排水板送入设计深度，把钻杆提上来，将地面上的塑料排水板截断，并留有一定富余长度，在塑料排水板四周填砂后即完成本根排水板的施工。施工中一定要注意“回带”现象，即虽然钻头打至设计深度，但提升钻杆时，塑料排水板随钻杆提升而上升的现象，此时要采用在钻头用短钢筋头等办法防止“回带”现象。
打设塑料排水板的设备有两种：一种为履带式打桩机，另一种为门架式插板机(带导轨)。要求用能打入设计深度的静力式或振动式设备，不可用锤击式或水冲式。套管插入杆为扁平状或圆形，内径应大于排水板的宽度，长度应大于排水板的设计长度，在打设中要保护排水板不被损坏。
此方法的优点是：排水板是工厂生产的，质量容易控制，成本较低；在施工过程中没有排水孔断面不均匀和受堵塞的情况；断面小，对地基扰动小；打设机械轻，可用于较软的地基。
3.2 砂井排水法
此方法是在软土层设置垂直排水井，一般由中砂或粗砂构成，国内也有用纸板的。方法是用下端装有埋入式桩靴的钢管打入土中，然后从上端灌入砂子，分层夯实，同时将管向上拱起，直至桩孔灌满砂，形成砂井。在粘性土中也可先打入木桩，拔出桩后在孔中填砂夯实。
根据施工方法的不同有打入式和振动式。打入式与振动式的区别在于砂井施打时用锤还是用振动器。
砂井布置一般为等距离梅花形或正方形。砂井填料可选天然级配的中砂或粗砂，粒径为0.3～10mm，小于0.3mm部分应筛除，含泥量不应超过2%。
3.3 换填法
3.3.1开挖换填法
即在一定范围内把软土挖除，用无侵蚀作用的低压缩散体材料置换，分层夯实。按软土层的分布形态与开挖部位，有全面开挖换填和局部开挖换填两种。如下图所示是开挖换填工程施工实例。
在开挖换填法施工中选择填料时，要考虑路堤高度、软土层厚度及地下水位等因素，宜用排水性能好的砂、砂砾及其他粗粒料。另外，应根据开挖的深度与土的抗剪强度确定合理的边坡坡度，开挖时若用水泵排水，边坡容易被破坏，从而增加挖方量，因此，如果有不需要压实的良好换填材料，为防止边坡塌落，应随时开挖随时填料。
3.3.2强制换填法
（1）路堤载荷强制换填法
此方法就是依靠路堤载荷将部分软土层强制挤出，并用良好的填筑材料置换。施工时，应从中线起逐渐向外侧填筑。但对于宽路堤，由于其沉降不一致，从而在路堤下面残留有部分软土，完工后会发生不利的不均匀沉降，应引起注意。
（2）爆破换填法
此方法就是把炸药装入软土层，通过爆破作用将软土挤出的方法。这种方法对周围影响很大，只限于爆破对周围构造物或设施没有不良影响的地区使用。并且一般要通过几次爆破使路堤逐渐下沉，两侧挤出隆起的软土要及时挖除，以保证爆破效果不致降低。
3.4灰土挤密桩
当软土地层含水量过大或过小时，可采用灰土挤密桩。含水率过大时，可往孔内填干土粉或石灰粉，以吸去部分水分，或快速成孔浇灌或边成孔边下套管，或成孔后下套管；含水率过小时，应预先浸湿加固范围内土层，成孔顺序应先外圈、后里圈并间隔进行。对已成孔应防止受水浸湿，且应当天回填夯实。为避免夯打造成缩颈堵塞，应打一孔填一孔。当桩孔较密、土质松软时，应采取间隔跳打夯实。孔填料前应先夯打孔底3～4锤；根据试验测定的密实度要求，随填随夯，严格控制下料速度和夯击次数；回填料应拌和均匀，并控制其含水量；每个孔填料用量应与计算用量基本符合；夯锤质量不宜小于l00kg；锤型以梨形或枣核形较合适，这有利于夯实边缘土，不宜采用平头夯锤，落距一般应大于2m；如果地下水位较高，应降低水位后再回填夯实。已出现疏松、断裂或夹层的，应用洛阳铲将其全部取出来，并按规定重新填夯灰土，达到设计要求。认真按操作规程施工，灰土要按配合比称量，搅拌要均匀，干湿要适度。每次下灰厚度、数量、落锤高度、夯击次数要按试验规定做到前后一致，施工中严格按质量评定标准进行抽样检验。
4.软土地基加固处理应考虑的因素
4.1路基状况
在路基加固中，在软土层浅而薄的情况下，常用简单的表层处理法。重要的构造物基础常用开挖换填法。若软土层较厚，应使用其他方法配合表层处理法。夹有砂层且厚度较薄的软土层，一般采用表层处理法、强夯法等方法，即使是5cm的砂层也是有效排水层，在土质调查中不要遗漏。软土层厚且无砂层的情况，因排水距离长，固结沉降需很长时间，强度也不增长。因此，沉降处理常用表层排水法。在浅层部位堆积有4m以上厚度砂层，以下为软弱粘土层的情况。一般来说，稳定不成问题，只需沉降处理，常用强夯法。
4.2道路性质
道路等级愈高，平整度愈重要，愈需要采取有效的沉降处理措施。等级较低时，可先铺简易路面，待沉降结束后，再铺正式路面以节约资金。同时路堤的设计高度与宽度也是选择处理方法时要考虑的重要因素。如采用换填法时，宽而低的路堤易发生局部破坏；反之窄而高的路堤，下面易被换填。在设计高度大而稳定有危险的情况下，采用强夯法将受到限制。还有路堤越宽越高，则地基产生压力球的根部越深，而引起深处粘土层沉降。
4.3施工环境
不同的施工环境选用的处理方法不同，经济性也不同。比如噪音、振动地基及地下水的变化和排出的泥水等，在选择施工方法时必须考虑。同时在路堤高度较而地基特别软弱的情况下，周围地基经常发生大的隆起或沉降。这样，在路堤坡脚附近有民房和重要构造物时，应考虑以减小总沉降量且控制剪切变形的方法为主要措施。不能采用这类方法时，应考虑事先对可能受影响的构造物加以保护，否则应考虑以高架构造物代替路堤。
5.结束语
总之，软土地基的加固处理质量直接影响到路基的基础承载力，也是保证道路建成后安全、高效运营的关键。所以选择合理的软基加固处理方案及方法并快速实施，从而取得预期的经济和社会效益，就具有重大的实际意义。
