軟土路基處理方案設(shè)計分析

中國市政工程西北設(shè)計研究院深圳分院

摘要：由于軟土地基成分復(fù)雜以及含水量高等特點，在城市道路軟土地基的設(shè)計與建設(shè)過程中，如沒有妥當(dāng)處理，對于道路的承載能力及使用壽命會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。本文根據(jù)多年工程實踐，對軟土地基的處理設(shè)計及措施進行分析，供同行借鑒參考。

關(guān)鍵詞：軟土路基；水泥攪拌樁；處理措施；設(shè)計

1、軟土路基常見問題

軟土路基主要特點是孔隙大、含水量高等，容易破壞路基?？偨Y(jié)有以下幾個方面的問題：（1）、承載能力很低，施工時容易導(dǎo)致地基土破壞，（2）、沉降量非常大，主要由于軟土壓縮性大，施工完后發(fā)生不均勻沉降以及導(dǎo)致地下管道出現(xiàn)斷裂或裂縫等情況。（3）、開挖容易發(fā)生邊坡失穩(wěn)，直接影響到施工進度。軟土地基處理降水時可能會對周邊建筑產(chǎn)生不均勻沉降的影響。（4）、正常使用情況下，由于在荷載作用下地基也會發(fā)生變形。當(dāng)沉降或水平位移超過允許值后，將直接影響道路的正常使用。

2、城市道路軟土路基處理措施

2.1軟土路基淺層處理措施

2.1.1換土墊層法

對于軟基厚度較小的路段，挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實土，按回填的材料可分為砂（或砂石）墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土（灰土、二灰）墊層等。干渣分為分級干渣、混合干渣和原狀干渣；粉煤灰分為濕排灰和調(diào)濕灰。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量，常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。通常情況下，換土墊層法主要在開挖土方量比較大、基坑面積比較大的回填方工程中進行應(yīng)用，一般在淺層軟弱地基和低洼區(qū)填筑區(qū)域施工，處理深度為2～3m，比較適用于素填土、淺層非飽和軟弱土層、雜填土地基環(huán)境。

2.1.2加筋墊層法

對于軟基層地基設(shè)計使用鋪墊材料的方法進行施工。鋪墊材料法指的是使用多層或單層土工織物進行鋪設(shè)，由于土工織物具有良好的抗拉強度、連續(xù)性、耐腐蝕性等方面的優(yōu)點，通過使用鋪墊材料的方法進行施工，可以降低路基的不均勻沉降，提高路基的承載力。一般會使用土工格柵、土工布作為鋪墊材料，通過在軟土路基的表面進行鋪設(shè)，可以起到良好的排水、反濾、補強和隔離效果。在施工的過程中，會鋪設(shè)加筋材料組成筋墊層，從而提高路基的承載能力，增加壓力擴散角，適合各種類型的軟土地基使用。

2.1.3沖擊壓實法

沖擊壓實法指的是使用振動的、揉擠的、恒定重量的、沖擊的壓實設(shè)備進行施工，達到提升路基承載力的目的。這種施工方法具有影響深度大、生產(chǎn)效率高等方面的優(yōu)點。一般在處理特殊地基時會使用到這種方法，可以有效降低路基的沉降。

2.1.4輕質(zhì)填料法

在處理軟土路基時，常用的輕質(zhì)填料處理法主要有粉煤灰處理、EPS處理和泡沫混凝土處理方法。

粉煤灰由于顆粒直徑比較小，表面積大，很容易和軟土拌合，而且由于粉煤灰屬于工業(yè)廢棄材料，對粉煤灰進行利用可以起到良好的環(huán)保效果，但需要注意粉煤灰層的包裹處理，避免出現(xiàn)污染物被淋濾下滲對地下水環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

EPS材料又稱聚苯乙烯板塊，具有密度小、力學(xué)性能好等封面的優(yōu)點，可以有效降低路堤的自身重量，降低路基的沉降量和壓縮變形模量。在施工時，考慮到材料的耐化學(xué)性、抗風(fēng)化性和耐沖擊性差，需要將其埋入地下。此外，由于材料自身的重量比較小，為了避免水的浮力將EPS路堤抬高，對路堤造成破壞，地表洪水泛濫的地區(qū)，不宜使用。

泡沫混凝土是使用氣泡群、水、水泥等材料按照特定的比例進行混合得到的一種水泥類環(huán)保材料，具有自身重量輕、壓縮性低、固化自立性、施工便利等方面的優(yōu)點，作為輕質(zhì)填料在高填方路段使用有不錯的效果。

2.2軟土路基深層處理措施

2.2.1排水固結(jié)法

對于沖填土地基和厚度比較大的飽和軟土地基，設(shè)計使用排水固結(jié)法進行加固，通過對排水條件進行改善，對排水井進行垂直布置，使用加壓抽氣抽水的措施來提高土體的強度，達到加固地基的目的。使用這種方法不僅可以有效提高土體的承載力，而且可以有效降低沉降。通常真空預(yù)壓、堆截預(yù)壓、電滲排水法是比較常用的排水固結(jié)法。一般情況下，排水固結(jié)法主要適用于對飽和軟弱土層進行處理，但是對于滲透性比較低的泥碳土來說要慎重使用。

2.2.2深層攪拌法

水泥攪拌樁加固主要是利用加固土體的化學(xué)反應(yīng)，然后使用機械設(shè)備將水泥噴入到需要處理的道路軟土路基中，在澆筑的過程中，要不停地進行上下攪拌，使水泥和土出現(xiàn)水解化的反應(yīng)，組成膠凝體，最后形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體，有效地對土體的強度進行提高，達到路基所需承載力的基本要求。

根據(jù)多年經(jīng)驗，常規(guī)水泥攪拌存在以下幾個問題。

①均勻性差：無法充分?jǐn)嚢柰馏w，導(dǎo)致樁身強度低。

②受力不合理：樁徑自上而下完全相同，不能根據(jù)地基應(yīng)力狀態(tài)合理布置樁形，樁身強度得不到充分利用。

③漿液上冒：施工過程中，在土壓力、孔隙水壓力、噴漿壓力以及攪拌葉片旋轉(zhuǎn)力相互作用下，水泥漿沿鉆桿上冒甚至冒出地面，無法就地攪拌，導(dǎo)致樁身上部水泥含量高及大量水泥漿的浪費。對此，有關(guān)單位研發(fā)了釘形雙向水泥土攪拌樁，因為其具有雙向攪拌和可變樁形的特點，可避免常規(guī)攪拌樁存在的上述問題，具有良好的使用效果，大大拓展了水泥攪拌樁的使用范圍。

2.2.3薄壁筒樁

薄壁筒樁派生于沉管灌注樁技術(shù)，采用自動排土振動灌注而成，具有施工工藝簡單、成樁速度快、質(zhì)量易于控制等特點。薄壁筒樁屬于大直徑樁型，突破600 mm的限制，可充分發(fā)揮大直徑樁的穩(wěn)定性和強度；擠土效應(yīng)小，避免自身的位移和對周邊地基的形變；單樁豎向承載力較高，通過放置鋼筋籠，可以大大提高水平極限承載力；從施工角度看，薄壁筒樁是連續(xù)灌注而成，在中高頻率振動中起拔，樁的整體性和樁體混凝土質(zhì)量較好，連續(xù)施工長度可達數(shù)十米。薄壁筒樁適用于軟黏土、黏土、砂黏土、砂礫土及風(fēng)化嚴(yán)重的巖層，其中特別適用于軟黏土。

3、實際應(yīng)用案例

3.1項目概述

A道路為深圳某重點園區(qū)配套道路，總長度為1.2公里，設(shè)計速度為20 公里/小時，紅線寬17 m，擬建場地為填海區(qū)，道路兩側(cè)地塊建設(shè)地下室時為減少基坑支護把道路下面約10m挖掉，目前道路建設(shè)用地已經(jīng)回填，可是回填時沒有進行碾壓，回填時間不長，未完成自重固結(jié)，多為松散-稍密，局部深層為淤泥層。考慮到，本項目離很多重要建筑比較近，需要嚴(yán)格控制沉降量，所以對該軟土基路段采用水泥攪拌樁處理。

3.2項目地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭露，擬建道路范圍內(nèi)埋藏地層的巖性及野外特征自上而下分別描述。

（1）第四系人工填土（石）層（Qml）

<1>. 人工填土（地層編號①1）：雜色，主要由粘土、石英質(zhì)砂混碎塊石、砼塊、磚塊等建筑垃圾及少量生活垃圾組成，建筑垃圾塊徑以2～10cm為主，最大可達20cm，含量大于30%，結(jié)構(gòu)松散～稍密（現(xiàn)狀道路下以稍密為主，局部密實）。擬建場地范圍內(nèi)普遍分布，層厚1.20～9.10m。為Ⅱ級普通土。

<2>.人工填石（地層編號①2）：灰白、灰等色。主要由花崗巖塊石組成，塊石直徑多為0.1-0.2m，含量約為40-70%，其余為碎石、砼磚塊、角礫及粘性土充填，結(jié)構(gòu)松散，局部稍密。擬建場地范圍內(nèi)普遍分布，層厚0.50～8.80m。為Ⅳ級軟石。

值得說明的是：本次勘察在鉆孔ZK3～ZK7的人工填土（石）中的發(fā)現(xiàn)較多的生活垃圾，表明當(dāng)時填土的任意性和不均勻。

（2）第四系新近沉積層（Q4m）

<1>.淤泥（地層編號③2）：灰黑、黑色，略具腥臭味，含有機質(zhì)及少量蠔殼、貝殼，局部含少量石英質(zhì)砂。飽和，流塑～軟塑。光滑。無搖震反應(yīng)，干強度高，韌性高。擬建場地范圍內(nèi)普遍分布，層厚3.30～3.70m。為Ⅰ級松土。

<2>.礫砂（含淤泥質(zhì)）（地層編號③3）：黑色，灰黑色，含較多有機質(zhì)，石英質(zhì)，亞圓形，局部含蠔殼、貝殼。飽和，松散～稍密。擬建場地范圍內(nèi)普遍分布，層厚0.40～5.50m。為Ⅰ級松土。

（3）第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）

礫砂（地層序號⑤2）：灰白色、淺黃等色，主要成分為石英質(zhì)，混粘性土，飽和，稍密，局部中密，級配良好，分選性差。擬建場地范圍內(nèi)普遍分布，層厚1.30～3.40m。為Ⅱ級普通土。

（4）第四系中更新統(tǒng)殘積層（Q2el）

礫質(zhì)粘土（地層編號⑧）：褐黃、褐紅、灰黃間灰白色，由下伏粗粒花崗巖風(fēng)化殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，含石英礫20～40%。稍濕～濕，可～硬塑狀。稍有光滑，搖振反應(yīng)無，干強度高，韌性高。風(fēng)化不均，局部夾強風(fēng)化巖塊。擬建場地范圍內(nèi)普遍分布，揭露層厚1.00～7.00m。為Ⅱ級普通土。

上述地層在場地的分布、埋藏變化特征詳見勘探點平面配置圖、工程地質(zhì)剖面圖和鉆孔柱狀圖。

各地層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表如下表：

（5）、地下水

勘察期間，所有鉆孔見及地下水，主要賦存于第四系全新統(tǒng)海積礫砂（含淤泥質(zhì)）、第四系全新統(tǒng)沖洪積礫砂層中，屬上層滯水～孔隙潛水類型，微具承壓性，地下水較豐富。地下水主要靠大氣降水和海水補給，地下水的排泄以徑流為主，場地原始地貌為濱海潮間帶，現(xiàn)已填海造地，本場地距海域（深圳灣）最近距離約2km。水質(zhì)分析結(jié)果表明地下水中C1-離子含量偏高，說明地下水與海水尚有水力聯(lián)系。降雨集中季節(jié)，地下水向海排泄，方向由西向東。枯水季節(jié)地下水位低于海平面時，則接收海水補給。勘察期間測得場地內(nèi)測得混合穩(wěn)定水位埋深為0.50～5.00m，相應(yīng)標(biāo)高-2.42～5.00m。

3.3 水泥攪拌樁處理方案計算

（1） 計算依據(jù)及計算條件：

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2002）

公式9.2.5-1：

公式11.2.4-1：

公式11.2.4-2：

公式7.2.8-2：

各土層參數(shù)：

層號土層名稱qsiafak土層厚度

ZK13

①素填土8 3.3

②淤泥5 3.7

③礫砂（含淤泥質(zhì)）10 0.5

④礫質(zhì)粘土182201

（2）、承載力及置換率計算

采用直徑500mm的水泥攪拌樁

1）.根據(jù)公式11.2.4-1：

取α=0.5

=3.14x0.5x（8x3.3+5x3.7+10x0.5+18x1）+0.5x0.252x3.14x220≈128KN

2）.根據(jù)公式11.2.4-2：

取η=0.3，fcu=2.6MPa

=0.3x2.6x103x0.25x0.25x3.142≈154KN

所以取Ra=128KN。

3）. 根據(jù)公式9.2.5-1，本工程預(yù)期處理后復(fù)合地基承載力不小于120KPa

取β=0.3

120=mx128/0.25x0.25x3.14+0.3x（1-m）x110

m≈11.6%

4）. 根據(jù)公式7.2.8-2，

m=11.6%，d=0.5m，de=1.13s

0.116=0.52/（1.13xs）2

s=1.3

取s=1.3m

（3）、結(jié)論

本工程采用直徑500mm水泥攪拌樁，攪拌樁端部進入持力層不小于1m，置換率不低于11.6%時（即正方形排列，樁間距1.3m），處理后復(fù)合地基承載力特征值fspk=121Kpa，具體布置詳見地基處理平面圖和地基處理縱斷面圖。

設(shè)計參數(shù)：水泥摻入比≥15%；7d無側(cè)限抗壓強度：qu≥0.8MPa；28d無側(cè)限抗壓強度：qu≥1.6MPa；90d無側(cè)限抗壓強度：qu≥2.4MPa。

3.4 水泥攪拌樁處理設(shè)計方案

（1）水泥攪拌樁設(shè)計參數(shù)如下：

水泥攪拌樁直徑：500mm

水泥攪拌樁間距：1.3x1.3m，正方形布置

樁端入下臥粘土層或砂層：1.0m

填土施工時間：60天

承載力要求：處理后復(fù)合地基承載力為120kpa

復(fù)合地基置換率：10.88%

沉降要求：工后沉降量≤20cm，工后沉降差≤2‰

（2）項目地基處理縱斷面圖設(shè)計

項目地基處理縱斷面圖設(shè)計如下圖所示：

（3）項目地基處理橫斷面圖設(shè)計

項目地基處理橫斷面圖設(shè)計如下圖所示：

（3）項目地基處理施工工藝

施工工藝流程（采用二噴四攪施工工藝）：抽水、清淤→初平地基→鉆機就位→檢驗、調(diào)整鉆機→正循環(huán)鉆進至設(shè)計深度→打開高壓注漿泵（預(yù)噴持續(xù)30秒）→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿（提升速度為0.6米/每分鐘左右）→上升至工作基準(zhǔn)面以下1.0米左右（持?jǐn)?0秒）→正循環(huán)復(fù)攪并噴漿下沉→到底部噴漿停止→反循環(huán)提鉆至地面（提升速度為0.6米/每分）→成樁結(jié)束→鋪設(shè)砂碎石墊層（厚度按1m計）

（4）建成后質(zhì)量檢測

本項目于2013年5月建成通車，經(jīng)過約兩年的運行，未見明顯沉降出現(xiàn)，處理效果顯著。

4、結(jié)束語

在城市道路工程施工的過程中，為了保證道路的使用質(zhì)量和使用年限，要求處理后道路的沉降盡量減少，且具有良好的穩(wěn)定性和地面強度，特別對于路基工作區(qū)來說，在保證路基的穩(wěn)定性、路面強度以及達到行車的基本要求等方面有著非常重要的意義，需要根據(jù)具體的施工條件選擇良好的軟土路基處理方法，進而達到良好的治理效果。在選擇施工方法的時候，要進行環(huán)境因素、施工工期、工程造價等方面的對比，找出合理的路基處理措施。

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作者簡介：

馮貫良，1982年9月，廣東省高州市，漢族；廣東工業(yè)大學(xué)；土木工程；道路橋梁設(shè)計。