浅谈公路工程软基处理

论文导读：近年来由于交通量的剧增，公路工程建设的要求也越来越高，如果对公路工程建设中出现的软土地基不进行有效地处治，就会导致路基不均匀沉陷，路面开裂等病害的发生，对道路的稳定性、安全性影响较大，同时还会增加公路的养护成本。本文将就软土定义、成因类型特征及常用的软基处理方法进行简单论述。《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ17-96）对软土的定义为：滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。其他软基处理的方法还有灌浆法、反压护道法、强夯法等。
关键词：公路工程，软土的定义，成因类型，软基处理

　　近年来由于交通量的剧增，公路工程建设的要求也越来越高，如果对公路工程建设中出现的软土地基不进行有效地处治，就会导致路基不均匀沉陷，路面开裂等病害的发生，对道路的稳定性、安全性影响较大，同时还会增加公路的养护成本。本文将就软土定义、成因类型特征及常用的软基处理方法进行简单论述。
　　1.软土的定义
　　软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天然空隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。
　　《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ17-96）对软土的定义为：滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。
　　《公路工程名词术语》（JTJ002-87）对软土的定义为：软土主要是天然含水量大、压缩性高、透水性差的一般性粘土。
　　无论是软土还是软土地基，只要路堤或其他荷载在土基有可能出现变形过大或强度不足时，都应进行沉降、稳定验算，不能满足要求时均应进行处理。
　　2. 软土的成因、类型及特征
　　1软土的成因
　　软土的成因一般认为是由于第四纪后期地表水所形成的沉积物质，多分布在海滨、湖滨、河流沿岸等地势低洼地带。地表常年积水或潮湿，所以地表往往有大量喜水植物，由于这些植物的生长和死亡，使软土中含有较多的有机物。
　　2软土的类型及特征
　　由于我国地域辽阔，从沿海到内陆，由山地到平原，各地区的软土由于形成的环境、年代、地质等条件千差万别，其分布厚度、性质也各不相同。同时软土水平方向上的差异性和垂直方向上的不均匀性，造成各地区表现出的抗剪强度、压缩性和透水性等的特性也各不一样。因此工程设计中按地质或地域特点，将软土分为五个类型,分别为沿海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、谷地沉积和沼泽沉积五大类。
　　 综上所述软土的基本物理力学性能如下：
　　（1）具有高含水量、低密度、低强度、高压缩型、低透水性和高灵敏度的特点。含水量一般在34%～72%之间，孔隙比一般在1.0～1.9之间，饱和度一般大于95%，液限一般在35～60之间，塑性指数位13～30.
　　（2） 具有一定的结构性。其力学性质与应力水平密切相关，应力水平较低时，土会呈现良好力学特性，应力水平超过某临界值时，土的结构性破坏，力学性质明显恶化。
　　（3） 存在硬壳层。该硬壳层经过地表风化、淋浇作用形成，具有中等的压缩性、较高的强度、较强的结构性。
　　3. 公路工程软基处理常用的方法
　　目前软土地基处理的方法很多，应根据土的类型，原材料供应情况和机械设备条件，环境因素，工期要求，施工技术条件和经济指标等因素进行综合分析，选择一个安全可靠、施工方便、经济合理的处理方案。论文大全。
　　目前公路工程中常用的软土地基处理方法主要有以下几种：
　　1换土垫层法
　　换土垫层法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖除，分层换填强度较大的砂、砂砾、碎石，土、或灰土以及其他稳定性材料，并压实至要求的压实度。此法施工简单，造价较低，无需特殊的施工机械，适用于软土层较薄且易于排水施工的情况。
　　1.1抛石挤淤法
　　抛石挤淤采用不易风化的石料，从路基中部开始，逐次向两侧展开，使流泥向外挤出，上部用小石块填塞密实并用重型机械碾压密实，石料大小随软土稠度而定。
　　此法简单、经济、无需排水。
　　1.2砂砾垫层法
　　利用砂砾垫层良好透水性的特点，在软土层表面铺设排水层，增加排水面，是软土地基在路堤荷载的作用下，加速排水固结，提高地基强度，满足路堤稳定性要求。
　　砂砾垫层材料采用中砂或粗砂，含水量不能过大，碾压施工时避免对软土层的过度扰动，造成砂和淤泥混合，影响垫层效果。
　　2土工织物法
　　土工织物法是在土体中埋置土工合成材料（土工布、土工格栅）形成加筋土层，使荷载分布均匀，提高地基承载力，从而减少沉降。
　　土工织物具有较高的抗拉强度和较低的延伸率，广泛用于软土地基的加固。
　　2.1土工织物加固的机理
　　土工织物对土的加固机理存在于土工织物与土的相互作用中，这种作用可分为三种情况（1）土工织物表面与土的摩擦作用。（2）土对土工织物的被动阻抗作用。（3）土工织物孔眼对土的锁定作用。这三种作用均能充分约束土颗粒的侧向位移，从而大大增加土体的自身稳定性，达到提高地基承载力和减少沉降的目的。
　　2.2土工织物施工工艺
　　2.2.1开挖基床
　　基床开挖尺寸应符合要求，同时做好基坑防水、排水措施，开挖完成后及时铺设砂砾垫层。
　　2.2.2铺设垫层
　　铺设垫层的厚度应符合要求，垫层表面平整度符合要求。论文大全。
　　2.2.3土工织物的铺设
　　（1）土工织物的纵轴向与路基横断面方向一致。
　　（2）土工织物的纵轴向不易设置接头，不可避免时，搭接长度应符合要求，一般不小于0.3m，并绑扎牢固。论文大全。
　　（3）土工织物的铺设应平顺无扭曲。
　　2.2.4土方回填
　　（1）回填料的粒径应符合要求，回填时车辆不得在铺好的织物上行走。
　　（2）回填料表面平整度应符合要求。
　　（3）回填料的碾压应由两侧向中心的顺序进行，压路机应沿路线纵向碾压，严禁横向碾压，压实度应符合要求。
　　3加固土桩法
　　加固土桩法是用专用机械将软土地基的局部范围（某一深度、某一直径）内的软土桩体用生石灰、粉煤灰、水泥等加固材料改良加固而形成，与桩间软土形成复合地基，从而降低土中的含水量，提高地基强度，减少沉降量。加固土桩法最常用的是粉喷桩法。
　　粉喷桩的施工应注意以下几点：
　　 　　（1）粉体的质量。这是影响粉喷桩质量问题的关键。
　　（2）施工机械和设备。当前的施工机械和设备只能加固17.5m以内的软土层，对超过20m以上的深厚软土就无能为力。一方面钻机深度不够；另一方面空压、动力及喷桩工艺也有待进一步改进，以确保下部桩体的质量。
　　（3）粉喷桩的质量检测。虽然在行业技术规范中已有几种测试方法，但尚待完善。
　　（4）由于地质条件千变万化，粉喷桩的实际施工长度由以下两方面控制：一是施工图设计文件中地质勘探孔（或施工过程中的补堪孔）所勘探的深度；二是根据粉喷钻机在钻进时电流的变化情况。一般情况下，当钻机以II档，即0.8/min钻进过程中，钻机电流表电流值达到75A以上时即可认为达到了持力层。
　　（5）复搅长度。复搅桩体水泥土的无侧限抗压强度比未复搅桩体水泥土的无侧限抗压强度达2—3倍以上，可见，搅拌对提高水土均匀性，提高粉喷桩桩体强度是必不可少的。
　　（6）地基土的含水量对粉喷桩的影响。粉喷桩质量的优劣主要反映在粉喷桩的强度指标上，这不仅与掺入粉体的质量有关，而且与施工工艺、地基土的性质也有关，尤其是地基土的含水量。规范规定，地基土的天然含水量小于30%及大于70%时不宜采用。
　　4排水固结法
　　排水固结法由加压系统和排水系统两部分组成，。通过预压荷载使被加固土体中的孔隙水排出，有效应力增加土体强度得到提高，从而达到减少沉降和提高地基承载力的目的，常用的有砂井法和塑料排水板法。
　　4.1砂井法
　　砂井法是在软土地基中先钻成一定直径的孔眼，然后灌以粗砂或中砂利用上部荷载的作用加速软土排水固结的方法，从而提高地基强度，保证路堤稳定。
　　砂井的施工工艺的选择主要考虑三个方面的问题：
　　（1）保证砂井连续、密实，并且不出现颈缩现象。
　　（2）施工时尽量减少对周围土的扰动。
　　（3）施工后砂井的长度、直径和间距应满足设计要求。
　　4.2塑料排水办法
　　塑料排水板是带有孔道的板状物体插入土中形成竖向排水通道。塑料排水板法的优点有：工机械简单，性能好，投入劳力少；透导水性能好，可确保排水效果；塑料排水板具有一定的强度和延伸率，适应地基变形的能力强；插入地基时对地基扰动小，对超软地基处理最为理想。但塑料排水板法对提高土层的抗剪能力不如砂井，在需要抗滑稳定的软基地段，应谨慎采用。
　　塑料板排水法施工过程中应注意以下几点：
　　（1）塑料板插入过程中防止淤泥进入板芯，堵塞输水通道，影响排水效果。
　　（2）塑料板与桩尖连接要牢固，避免提管时脱开将塑料板带出。
　　（3）桩尖与导管配合要适当，避免错缝，防止淤泥进入而增大塑料板与导管壁的摩擦力造成塑料板的带出。
　　（4）严格控制间距和深度。
　　（5）塑料板接长时，应用滤膜内水平搭接的方法，为保证输水畅通并且有足够的搭接强度，搭接长度不小于20cm。
　　其他软基处理的方法还有灌浆法、反压护道法、强夯法等。
　　4. 结论
　　公路工程软土地基的施工方法很多，在实际工程中，应根据地质资料，结合水文气象资料、供气等因素，采用不同的技术措施进行试验，经技术经济论证，选择最佳的施工方案。