晉城市A 園區(qū)主干道軟土地基的處理

宋 敏

(晉城市規(guī)劃設計研究院，山西晉城 048000)

1 軟土地基的危害

1.1 軟土地基的定義

軟土地基一般是指地基承載力達不到其上面的構(gòu)造物要求的承載力，也有一些情況是雖然工程在施工時地基承載力能達到施工和使用要求，但在工程的后續(xù)使用中，由于地基的自身原因或者是水的原因，都會使建(構(gòu))筑物的地基失去穩(wěn)定，形成不良地基，最終造成建(構(gòu))筑物沉降過大或者產(chǎn)生不均勻沉降對建(構(gòu))筑物構(gòu)成徹底的破壞。

1.2 軟土地基的現(xiàn)象及危害

軟土地基在我國分布很廣，大部分都是天然形成，比如第四紀的沉積物。在我國的南方軟土地基多形成在江河、湖泊、稻田、沼澤等處。晉城市地處黃河以北，屬于中國的北方城市，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，其中每年的7月～8月為雨季，降水大多集中在這個階段，晉城市的軟土地基多為低洼長期受水侵蝕浸泡處，多表現(xiàn)為淤泥質(zhì)粘土。軟土地基有極大的危害性，它可以造成建(構(gòu))筑物的不同程度的破壞，不僅影響到建(構(gòu))筑物的正常使用，在破壞嚴重時甚至可以造成建(構(gòu))筑物的徹底報廢。很多建(構(gòu))筑物的破壞，多數(shù)原因其實并不在于建(構(gòu))筑物本身的質(zhì)量，其根本的成因其實是地基的失穩(wěn)，其中很多情況都是由于軟地基。比如著名的意大利比薩斜塔，建成數(shù)百年，塔身質(zhì)量完好，由于地基的失穩(wěn)，沉降不均勻，造成塔身傾斜。晉城市陽城縣北留有座佛塔也是由于地基不均勻沉降，造成早期塔身傾斜。道路是帶狀的承受動荷載和靜荷載的特殊人工建筑物，由于道路分布比較廣，使用要求較高，因而對地基提出了較高的要求，但是道路為帶狀，修建通過的地方地質(zhì)水文不會相同，有時會難以避免的通過軟土地基等不良地質(zhì)地區(qū)，如果對軟土地基處理不當，極易發(fā)生路基沉降過大，導致路堤失穩(wěn)，表現(xiàn)為路面由于不均勻沉降而導致開裂。

2 軟土地基的處理方法

軟土地基的處理方法有很多，我們一般按照處理的部位不同將軟土地基處理分為地基和路堤處理兩種，如圖1所示。

3 晉城市A園區(qū)主干道軟土地基的處理

3.1 A園區(qū)主干道所在區(qū)域的地質(zhì)水文情況

晉城市A園區(qū)始建于2010年，一期房建工程多數(shù)在2010年年底建成，一期建成后至2013年并未做室外配套工程，A園區(qū)相對外部地勢低洼，在A園區(qū)的西邊有一條常流河。

在2013年年初開始進行A園區(qū)一期室外配套工程，園區(qū)主干道呈環(huán)狀沿園區(qū)進行建設，總長近4 km，在路基施工時，重型施工車輛的通行造成多處路基翻漿，對翻漿嚴重處進行處理時發(fā)現(xiàn)，在原施工便道路面約50 cm下有近4 m的黑色淤泥質(zhì)粘土。對多個路段做探坑后發(fā)現(xiàn)在A園區(qū)的西面和北面均有較厚黑色淤泥質(zhì)粘土夾層，隨后對淤泥質(zhì)粘土取樣試驗，結(jié)果見表1。

圖1 軟土地基處理流程圖

表1 淤泥質(zhì)粘土試驗結(jié)果表

由試驗數(shù)據(jù)可以判斷A園區(qū)西面和北面的主干道大部分位于軟土地質(zhì)上。通過查找2011年和2012年的天氣記錄和對周邊居民進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，在2011年和2012年晉城市的降水量都與往年相當，但在2011年7月出現(xiàn)過兩次長時間降雨，由于A園區(qū)相對外部地勢較低洼，室外配套未做，園區(qū)內(nèi)沒有硬化，也未采取有效排水措施，造成在2011年7月出現(xiàn)的強降雨時期，A園區(qū)西面和北面出現(xiàn)大面積的積水，積水深處超過1 m，在8月積水并未排出的情況下將房建開挖土方堆積于A園區(qū)較低洼的西面和北面，開挖土方內(nèi)含有有機物，晉城本地多為粉質(zhì)粘土，透水性小，在經(jīng)過一年堆積后，土中的積水無法排出，漸漸形成現(xiàn)在的近黑色淤泥質(zhì)粘土夾層。

靠近A園區(qū)的西面主干道通過臨近常流河的區(qū)域，地下水位較高，土質(zhì)為砂質(zhì)粘土，為河灘沉積土，含水量超過50%。

3.2 對A園區(qū)軟土地基的處理

由于在A園區(qū)的西面和北面路基下淤泥質(zhì)黑土夾層較厚，如果全部開挖清除進行換填，在經(jīng)濟方面和工期方面都存在諸多問題。且A園區(qū)與晉城市石材產(chǎn)區(qū)相鄰，石塊易于取得，后決定將淤泥質(zhì)黑土夾層下挖1 m后，A園區(qū)北面主干道采取拋石擠淤法進行處理。在處理時寬度向外延伸50 cm，埋設沉降觀測使用的工程測樁。擠淤時要求采用不易風化的石料，由于夾層內(nèi)淤泥質(zhì)黑土含水量大，基本呈塑性流動狀態(tài)，排水困難，片石的大小定為不小于30 cm。拋石擠淤施工時，要求先沿路中線向前拋填，后向路基兩側(cè)擴展，使淤泥質(zhì)黑土向路兩側(cè)擠出，上用級配碎石進行填塞墊平，用重型碾壓機械反復進行碾壓，處理厚度約為80 cm，目測路基穩(wěn)定后進行分層回填土施工，本段分層回填施工間隔時間較其他路段略長，以便于更好的觀察每層施工后路基的沉降量和起到一定堆載預壓的效果。

在A園區(qū)西面主干道路基采取相同的方法進行處理，由于地下水位較高，在拋塊片石至常水位時，上鋪設0.2 m厚的砂層，作為反濾層。

3.3 軟土路基的沉降影響和對施工中A園區(qū)的軟土路基段進行沉降觀測

在軟土地基處理完后，對工程的后續(xù)沉降觀測是至關重要的，觀測的數(shù)據(jù)可以直觀的反映出軟土地基的處理效果。

在公路施工中，很多學者指出行車動荷載會對軟土地基施工后的沉降產(chǎn)生很大的影響。由于行車動荷載的影響會產(chǎn)生兩種不同的變形:

1)可恢復的彈性變形，這種變形不會對軟基土工后沉降產(chǎn)生大的影響;2)不可恢復的塑性變形，隨著行車動荷載的反復作用，這種不可恢復的塑性變形會漸漸積累，最終產(chǎn)生大的沉降，破壞道路，后一種變形是軟基土工后沉降的重要原因之一。

A.S.Muhanna分析循環(huán)加載所產(chǎn)生的塑性變形時歸納出以下4個結(jié)論:

1)不可恢復的塑性變形會隨著行車動荷載的加載次數(shù)的增加而累積。2)越大的應力水平下會有越大的累積塑性變形量。3)當施加的應力水平相當時，含水量較高的土將會產(chǎn)生較高的累積永久變形量(這是指相同土質(zhì)的情況下，土質(zhì)的不同會產(chǎn)生不同變形量，由于土質(zhì)的不同也意味著對水的敏感度會不同)。4)如果是在未產(chǎn)生破壞的應力水平的條件下，近一半的累積塑性變形量會是在最初的10個循環(huán)內(nèi)發(fā)生。

所以在A園區(qū)軟土地基處理后不僅僅要考慮后堆載的靜壓力對軟土路基的沉降影響，還要考慮行車動荷載對軟土路基的影響(A園區(qū)主干道為消防通道)。在A園區(qū)的主干道道路施工時，由于園區(qū)的主出入口位于園區(qū)的西北，所以將這一段施工作為最后施工段，平時可作為施工便道進行使用，園區(qū)內(nèi)的土方運輸車輛，混凝土攪拌運輸車輛等重型車輛均由本路段進出園區(qū)，重型車輛的通行可對軟土路基處理施加頻繁的行車動荷載，促使軟土路基處理后盡快完成塑性變形積累，以達到軟土路基的固結(jié)穩(wěn)定。

對這段主干道進行軟土路基處理時在K0+100，K0+590，K1+010三個斷面處埋設沉降觀測用的工程測樁。2013年3月25日本段軟土路基處理完畢，此時處理后地面標高據(jù)道路結(jié)構(gòu)層底標高為1.3 m，在4月23日基本完成路基分層回填施工，截止5月11日對施工中和施工后的路基進行沉降測量，測量結(jié)果見表2～表4，圖2～圖4。

表2 K0+100斷面路基沉降測量結(jié)果 m

從圖2～圖4中可以看出在施工階段，由于分層回填土起到了堆載靜壓的作用并結(jié)合重型車輛起到的行車動荷載作用，在4月5日～4月29日對三個斷面的四次觀測結(jié)果均為1 cm左右，沉降值并不大，在工后兩次的觀測中，數(shù)值已趨于穩(wěn)定，最高值未超過3 mm，可以基本判定對這段軟土地基的處理是比較成功的，取得了預計的效果?，F(xiàn)在A園區(qū)已經(jīng)投入使用，在使用的近一年時間里，軟土處理地基段的A園區(qū)主干道未發(fā)現(xiàn)有大的變形，道路結(jié)構(gòu)完好，達到了工程使用的要求。

表3 K0+590斷面路基沉降測量結(jié)果 m

表4 K1+010斷面路基沉降測量結(jié)果 m

圖2 A園區(qū)主干道1號點沉降觀測曲線圖（K0+100斷面）

圖3 A園區(qū)主干道2號點沉降觀測曲線圖（K0+590斷面）

圖4 A園區(qū)主干道3號點沉降觀測曲線圖K1+010斷面

4 結(jié)語

軟土地基的處理方法多種多樣，根據(jù)各個地區(qū)不同的地質(zhì)水文條件和施工技術(shù)及不同的當?shù)厥┕ぴ牧蠜Q定采取何種適用的處理方法，這樣不僅可以取得較好的效果，同時也可減少經(jīng)濟投入。本文中的實例采取了在晉城地區(qū)最為普遍處理軟土地基的方法，同時在施工過程中輔以其他相應措施，合理組織施工，施工過程較為簡單，處理用的原材料在當?shù)匾子谌〉?，這大大減少了人力，物力的投入，并確保了工程工期。工程在后續(xù)使用過程中結(jié)構(gòu)完好，這說明采用合適的處理方法處理軟土地基是可以取得很好的效果的。

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