城市道路軟土地基施工及處理方法關(guān)鍵探索

杜存貴

（荊州市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 荊州 434000）

人類的生存、發(fā)展離不開肥沃的土壤與流量充沛的江河。打開中國地圖，一眼便可以發(fā)現(xiàn)，我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、現(xiàn)代化水平最高的工商業(yè)城市，大多地處江河中下游區(qū)域。在長(zhǎng)江、珠江中下游有上海、廣州；在太湖、洞庭湖區(qū)域有蘇州、武漢、長(zhǎng)沙；在松花江流域還有石油城大慶。然而，這些富庶、繁榮的城市大多位于軟土之上。如何在軟土地基上進(jìn)行道路建設(shè)，一直是困擾道路設(shè)計(jì)師的難題。

1 軟土

軟土大約形成于15 000～10 000年以前，它們是巖石的風(fēng)化產(chǎn)物，在水流速度較緩的淡水區(qū)域或咸水區(qū)域經(jīng)過數(shù)千年的沉積而成。軟土中含有大量的有機(jī)質(zhì)，軟土含水率高、壓縮性大、透水性小。

軟土大量分布于海灘、三角洲、潟湖、湖泊、沼澤、河口灣，它們的色澤呈灰黑色、綠色，外觀呈現(xiàn)典型的海綿狀結(jié)構(gòu)或蜂窩狀結(jié)構(gòu)；手感比較滑膩，并伴有腥臭味。

2 軟土性質(zhì)及軟土地基病害

軟土富含微生物、腐殖質(zhì)，有機(jī)物含量在10%～60%之間（甚至超過60%），軟土天然孔隙比＞1，塑性指數(shù)＞20，抗剪強(qiáng)度＜30 kPa，含水量極高，常處于流動(dòng)狀態(tài)；受壓后其自然結(jié)構(gòu)不能自動(dòng)復(fù)原。

軟土地基由淤泥、松軟土、有機(jī)質(zhì)土、泥巖、松散砂等土層構(gòu)成。在軟土地基上敷設(shè)的道路，往往出現(xiàn)路易失穩(wěn)，路橋結(jié)合出現(xiàn)3～50 cm的沉降，路面開裂（導(dǎo)致車輛行駛時(shí)發(fā)生跳車），或路面出現(xiàn)大面積的“麻面”“蜂窩”以及路面下陷等，不一而足。

3 探索城市道路軟土地基施工及處理方法

3.1 前期準(zhǔn)備

處理軟土地基，需要投入大量的人力、物力、財(cái)力、技術(shù)，消耗大量的時(shí)間，投入和產(chǎn)出比不高。因此，在進(jìn)行城市道路建設(shè)前，必須做好提前規(guī)劃，盡量繞開軟土地基。

若必須在軟土地基上進(jìn)行城市道路建設(shè)（當(dāng)前大中城市交通用地已經(jīng)飽和），則必須對(duì)軟土地基進(jìn)行全面、詳細(xì)的勘察，詳細(xì)探明軟土地基的分布、厚度、深度，軟土的類型、強(qiáng)度，軟土的滲透性能、地下水水位，軟土地基含水量、孔隙比、液限、塑限等情況。還須采用鉆探取樣、原位測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn)、室內(nèi)水質(zhì)試驗(yàn)，計(jì)算出軟土地基分層土的壓縮系數(shù)、滲透系數(shù)、快剪黏聚力及摩擦角、E-P曲線、壓縮模量等參數(shù)。

之后，道路設(shè)計(jì)師還須采用畢肖普法、宮川法、圓弧法、有限元法，對(duì)軟土地基進(jìn)行穩(wěn)定分析。最后根據(jù)軟土地基的具體情況以及施工的具體條件，采用不同的方法處理軟土地基。

3.2 堆載預(yù)壓法

堆載預(yù)壓法是日本發(fā)明的一種軟土地基處理方法。具體做法是：在道路施工開始前，用大量的土、砂、骨料作預(yù)壓荷載（其荷載≥城市道路設(shè)計(jì)荷載），然后在施工現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)大面積的土工膜，再在土工膜上攤鋪、填筑預(yù)壓荷載。預(yù)壓荷載在施工現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期堆積（通常歷時(shí)6個(gè)月），造成壓密沉陷，擠壓出軟土地基中的孔隙水，使軟土地基發(fā)生固結(jié)變形。當(dāng)軟土地基的強(qiáng)度變形達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再將預(yù)壓荷載移走，然后在經(jīng)過預(yù)壓處理的地基上進(jìn)行道路施工。

堆載預(yù)壓法適用于各類軟土地基，包括沼澤土、淤泥、淤泥質(zhì)吹填土，對(duì)環(huán)境的破壞最小，施工操作簡(jiǎn)單，其成本在各類軟土地基處理方法中是最低的，但需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。

3.3 換土墊層法

首先進(jìn)行土方開挖，將道路基礎(chǔ)底面下一定深度的軟土部分或全部挖去，然后換填強(qiáng)度較大的骨料（砂、土）或素土、粉煤灰、干渣，并分層夯實(shí)，設(shè)置人為的墊層。墊層通過擴(kuò)散作用減小軟弱土層的應(yīng)力，從而提高持力層的承載力； 同時(shí)，減少地基的沉降量，加速軟弱土層孔隙水的流失，加速軟弱土層的固結(jié)，避免地基塑性遭受進(jìn)一步破壞。換土墊層法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土等各類軟土。

采用換土墊層法，需嚴(yán)格挑選墊層材料。選用砂石時(shí)，宜選擇級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬的礫砂、粗砂、圓砂、中砂、卵石、碎石，砂石中嚴(yán)禁摻雜樹根、草、樹葉、垃圾等雜質(zhì)，砂石含泥量不能＞5%（在條件允許的情況下，應(yīng)將砂石含泥量控制在3%以下）；選用素土?xí)r必須檢測(cè)其有機(jī)質(zhì)含量，確保土料有機(jī)質(zhì)含量在5%以下，素土中不得含有膨脹土、凍土、或粒徑在50 mm以上的碎石；選用灰土?xí)r，宜選用塑性指數(shù)＞4的粉土，并確保土料顆粒直徑在15 mm以下。

采用換土墊層法，應(yīng)將深度控制在0.5～3 m區(qū)間，以充分發(fā)揮墊層的作用，同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)性。墊層寬度應(yīng)略大于路堤基底寬度，墊層可設(shè)計(jì)成三角形斷面（左右坡腳薄，中心厚）、矩形斷面（左右坡腳與中心厚度相等）、梯形斷面等不同形式，但通常采用矩形斷面。

3.4 旋噴樁法

使用高壓泵，利用高壓水射流向軟土地基灌注水泥漿液，破壞軟土土體結(jié)構(gòu)，攪拌混合軟土顆粒與水泥漿液，使水泥漿液在土體孔隙中充分滲透，最后形成凝結(jié)體。這種凝固體體積大、重量輕、強(qiáng)度大、均勻性好、滲透性低。

采用旋噴樁法，首先需要在施工現(xiàn)場(chǎng)開鉆89～146 mm直徑的孔，然后放入高壓注漿管進(jìn)行噴射作業(yè)?？刹捎脝喂車娚浞?、雙管噴射法或三管噴法。采用三管噴射法時(shí)，水的壓力應(yīng)達(dá)到20 MPa，流量應(yīng)達(dá)到80～120 L/min，空氣壓力應(yīng)達(dá)到0.7 MPa，空氣流量應(yīng)達(dá)到1～2 m3/min；水泥漿液壓力應(yīng)達(dá)到1～8 MPa，流量應(yīng)達(dá)到100～150 L/min，旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)達(dá)到10 r/min。水泥漿液的水灰比應(yīng)為1：1。采用雙管噴射法，水泥漿液流量應(yīng)控制在80～120 L/min。

旋噴柱法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土流塑土、軟塑土。采用旋噴柱樁法，需詳細(xì)搜集現(xiàn)場(chǎng)的水文、地質(zhì)條件，根據(jù)道路工程的要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定各項(xiàng)施工參數(shù)。旋噴柱法速度快、效率高、質(zhì)量好，但成本較高，因此，采用旋噴柱法須根據(jù)道路工程造價(jià)量力而行。

3.5 深層攪拌法

首先在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆孔，然后起吊深層攪拌機(jī)，將其移動(dòng)至預(yù)定孔位，再啟動(dòng)電機(jī)，并調(diào)整至正常轉(zhuǎn)速。而后開始鉆動(dòng)，使攪拌頭在緩速下沉中猛烈切削軟土，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度；之后，通過輸漿管內(nèi)向孔內(nèi)壓入水泥漿液，并隨著攪拌機(jī)的提升同步壓注，并且強(qiáng)化攪拌。攪拌頭再次進(jìn)行下沉—提升—重復(fù)攪拌，直至軟土與水泥漿液攪拌均勻，形成樁柱。

采用深層攪拌法，可以使水泥水解、消化，分離出Ca2+離子，繼而形成大量具有高度水穩(wěn)性的微晶凝膠，從而改善并提升軟土地基的強(qiáng)度。

4 結(jié)語

軟土在長(zhǎng)江中下游地區(qū)及東部沿海地區(qū)分布極為廣泛，它們給現(xiàn)代城市道路建設(shè)造成了不利的影響。但必須接受這一客觀現(xiàn)實(shí)，認(rèn)真研究軟土地基，在實(shí)踐中繼續(xù)探索經(jīng)濟(jì)性更高、技術(shù)更加先進(jìn)的軟土地基施工及處理方法。