談軟土地基處理分析及解決措施

范黎莉

1 條件資料

項目所處的場區(qū)淺層地基土為粉質(zhì)粘土，但厚度較小，具中等壓縮性，均在2 m以內(nèi)，其下為較厚的高含水量、高壓縮性、高靈敏性、低強(qiáng)度的軟土層，工程地質(zhì)條件差，且大部分是種植土地，強(qiáng)度較低，只有5 t～6 t，不能滿足道路建設(shè)和管道鋪設(shè)的強(qiáng)度及沉降要求，必須進(jìn)行軟基處理。采用技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的軟土處理方案同時兼顧管道的鋪設(shè)處理方案，是本項目的關(guān)鍵。以下將針對本項目軟基處理的重點，從軟土地基處理措施及軟土地區(qū)管線設(shè)計處理措施兩方面做專題分析，以確定最佳的解決方案。

2 軟基處理方案設(shè)計及比選原則

2.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

軟基處理以工后沉降、穩(wěn)定及地基承載力為控制指標(biāo)。

1)路基工后沉降(規(guī)定路面設(shè)計使用年限15年內(nèi))。橋頭路基:主干道不大于0.10 m;一般路段:主干道不大于0.30 m。對于橋頭填土高度小于2.0 m的路段，根據(jù)開發(fā)進(jìn)度，可先設(shè)過渡型路面，等沉降穩(wěn)定后再鋪設(shè)正式路面以減少工程投資。

2)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。穩(wěn)定驗算時，采用圓弧條分法按路堤施工期及營運(yùn)期的荷載分別計算穩(wěn)定安全系數(shù)。施工期:采用直剪快剪(不固結(jié)不排水)指標(biāo)，其容許值為1.10。運(yùn)營期:采用固結(jié)快剪(固結(jié)不排水)指標(biāo)，其容許值為1.20。

3)承載力。一般路段大于60 kPa;橋坡等高填路段需80 kPa～100 kPa。

2.2 方案比選原則

1)在考慮軟基處理方案時本著技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、施工可行的原則。

2)軟基處理方案力求達(dá)到因地制宜、就地取材、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、安全實用的最佳效果。

3)施工方法成熟，工藝簡便可靠，加固效果好，滿足規(guī)范和使用要求。

4)經(jīng)多方案比較，充分論證，各取所長，選用最合適的處理方法。

3 道路軟土地基處理方案比選

目前公路及城市道路地基處理常用方法有置換法、預(yù)壓排水固結(jié)法、復(fù)合地基法(本文所指復(fù)合地基含樁式路堤PTC，PTCC等，下同)及動力固結(jié)、密實法四類。

置換法主要是針對淺表層軟土，主要有以下幾種方法:

1)換填石灰土;

2)換填(或嵌擠)碎石;

3)拋石擠淤。

3.1 置換法處理淺薄層軟基方案比選

表1 置換法處理淺薄層軟基方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

預(yù)壓排水固結(jié)法及復(fù)合地基法主要是針對較深層軟土地基，排水固結(jié)法主要有以下幾種方法:

1)等(超)載預(yù)壓;

2)砂墊層+土工布+等(超)載預(yù)壓;

3)袋裝砂井(或塑料排水板)等(超)載預(yù)壓;

4)豎向排水(袋裝砂井或塑料排水板)+真空預(yù)壓。

置換法處理淺薄層軟基方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表見表1。

經(jīng)施工工藝、造價、環(huán)境影響及處理效果等綜合比較后認(rèn)為，采用開挖換填碎石(或嵌擠碎石)施工簡便，質(zhì)量易控制，雖然造價較高，但項目所處區(qū)域碎石土、宕渣來源比較豐富。針對工程具體特點，對于河塘路段，推薦采用全部挖除淤泥，換填、嵌擠碎石、宕渣，以解決河塘路段若采用其他處理方法將產(chǎn)生不均勻沉降和剛度不同的問題。

3.2 預(yù)壓排水固結(jié)法處理較深層軟基方案比較

1)加載系統(tǒng)比選。一般填土(等、超載)加載預(yù)壓雖然施工工藝簡單，不需特殊材料，對環(huán)境影響小，但因本項目一般路段道路設(shè)計標(biāo)高較低(規(guī)劃標(biāo)高為+4.0 m左右)，若不超載的話其預(yù)壓加載效果很差，排水固結(jié)效果差，預(yù)壓期很長，若采用超載土方預(yù)壓，因受穩(wěn)定性影響，加載速率受到很大限制，工期很長，且卸載時土方需二次搬運(yùn)，另外項目所在地土源也很緊缺。真空預(yù)壓加載無穩(wěn)定問題，可一次加載到設(shè)計值，可大大加快工程進(jìn)度，且無二次搬運(yùn)土方問題，非常適合本工程的軟土深厚、滲透率低、穩(wěn)定性差、處理范圍大、土源稀缺等地質(zhì)條件和工程條件。浙江省內(nèi)也有豐富的施工經(jīng)驗和成熟的施工隊伍。

2)豎向排水系統(tǒng)比選。袋裝砂井，當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗欠缺，質(zhì)量不易控制，易產(chǎn)生斷樁，且費(fèi)用較高，本項目不推薦。塑料排水板，工藝成熟，費(fèi)用較低，施工速度快，質(zhì)量易控制，當(dāng)?shù)赜胸S富的施工經(jīng)驗和成熟的施工隊伍，故豎向排水系統(tǒng)推薦塑料排水板。

3)塑料排水板+真空預(yù)壓排水固結(jié)法的原理。真空預(yù)壓法系統(tǒng)將不透氣的薄膜鋪設(shè)在需要加固的軟基表面的砂墊層上，借助氣流泵和埋設(shè)在墊層中的管道，將膜下土體間的空氣抽出，形成真空，使土體排水而壓密。鋪膜前，大氣壓力Pa作用于孔隙水上，對土體不起壓密作用。鋪膜后，Pa作用于膜上，膜下由于抽氣產(chǎn)生真空吸力Po，使膜下大氣壓力降至Pv(Pv=Pa－Po)，膜內(nèi)外存在壓差Pa－Pv=Po，使膜緊貼墊層。也由于土體墊層和塑料排水板間的壓差，自由水發(fā)生滲流，使孔隙水壓力降低，有效應(yīng)力增加，土體固結(jié)，強(qiáng)度增長。塑料排水板起著傳遞真空度和排出土中水的作用，故有效作用范圍可深達(dá)排水板的底部。當(dāng)密封膜內(nèi)真空達(dá)到80 kPa時，膜內(nèi)外大氣壓差相當(dāng)于約4 m高的填土荷載(路堤填料密度19.5 kN/m3)。另外，通過塑料排水板的豎向排水通道，抽真空期間地下水位將大幅下降，使得部分土體浮容重變成濕容重，對地基而言相當(dāng)于增大了當(dāng)量的荷載強(qiáng)度，起到加速土體固結(jié)的作用。

4)塑料排水板+真空預(yù)壓排水固結(jié)法的適用范圍及效果。盡管真空預(yù)壓法施工工藝較復(fù)雜，施工要求較高，但工藝成熟，對大面積低滲透性、高含水率和高壓縮性深厚軟土處理效果顯著，處理成本相對較低，工期相對較短。本項目經(jīng)初步核算，總沉降達(dá)1.0 m～1.5 m左右，真空度維持在80 kPa以上，4個～6個月即可達(dá)到70%～80%的固結(jié)度，即可卸載，處理后地基承載力大于60 kPa，工后沉降可控制在0.3 m以內(nèi)。

5)推薦方案。本項目推薦:塑料排水板+真空預(yù)壓排水固結(jié)法。

4 道路軟土地基處理方案比選結(jié)果

通過以上分析比選，推薦以下方案作為道路軟土地基的主要處理方案:

推薦采用塑料排水板+真空預(yù)壓法處理。

此方案適用于工程范圍內(nèi)的道路一般路段軟基處理。其具有造價相對低、工藝成熟、不需大量超載土方和卸載二次搬運(yùn)土方、無穩(wěn)定問題以及管線埋設(shè)方便等優(yōu)點，而且一次處理面積大(單塊處理面積越大，越易獲得好的氣密性、高的真空度，根據(jù)現(xiàn)有的材料和設(shè)備，加固面積已可達(dá)到30000 m2)，可有效加快軟土的排水固結(jié)，有效縮短工程的總工期，適合項目處理范圍大，軟土層深厚、地層無透水層以及土方填料來源稀缺等特點，是本工程的主要處理方案。

[1]CJJ 37-90，城市道路設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JTJ 017-96，公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JTG D30-2004，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[4]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[5]GB 50009-98，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[6]GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[7]GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[8]JTJ 004-89，公路工程抗震設(shè)計規(guī)范[S].