探究軟基加固技術(shù)在市政道路施工中的應(yīng)用

馮斌

（長(zhǎng)沙市公共工程建設(shè)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

隨著我國(guó)市政道路行業(yè)的快速發(fā)展，在施工過程中經(jīng)常會(huì)遇到軟土地基。與普通市政道路地基相比，軟土地基含水量大，承載能力弱，在外力作用下收縮力強(qiáng)，內(nèi)部疏松，內(nèi)部空間大，軟土地基更容易壓縮。市政道路是城市建設(shè)中最重要的組成部分，市政道路的質(zhì)量嚴(yán)重影響著城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。作為市政道路的基礎(chǔ)，地基有無可比擬的重要性，其質(zhì)量直接影響市政道路的使用壽命。如果沒有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，即使路面牢固，也會(huì)出現(xiàn)問題。此外，地基條件的質(zhì)量直接影響地基的類型和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案、工期的長(zhǎng)短和工程投資的大小。若地基不能滿足相關(guān)強(qiáng)度要求則需要對(duì)其進(jìn)行人工加固，現(xiàn)階段不良基土加固中仍然存在強(qiáng)度和穩(wěn)定性不足、壓縮和不均勻沉降、滲漏等問題?，F(xiàn)階段對(duì)不良基土加固的手段主要是通過人工更換、壓實(shí)、排水、灌漿、加固和熱學(xué)等手段對(duì)軟土地基進(jìn)行加固，以此加強(qiáng)地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，有效防止了地基在地震過程中的振動(dòng)液化，消除區(qū)域土體的濕陷性、膨脹性和凍脹性。

1 軟基的基本特征

軟土地基是工程施工中非常常見的一種施工技術(shù)。軟基一般含水量高，壓縮性大?？紫遁^大，剪切強(qiáng)度較低，流動(dòng)性和結(jié)構(gòu)明顯。如果承受較大的荷載，則更易發(fā)生局部地基破壞，甚至更易發(fā)生地基整體滑動(dòng)。在深基坑開挖階段，會(huì)出現(xiàn)基坑支護(hù)失穩(wěn)等問題。軟基的高壓縮性易引起地基的大沉降或不均勻沉降[1]。例如，如果路面的每個(gè)部分都存在較大的差異荷載，或者更復(fù)雜的形狀會(huì)導(dǎo)致沉降不均勻，降低市政道路地基的高程，甚至?xí)霈F(xiàn)開裂、傾斜或損壞等情況。低滲透軟基的固結(jié)速率慢，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)生連續(xù)沉降，處于長(zhǎng)期弱態(tài)，對(duì)加性地基的影響也有不利影響。如果將擠壓、振動(dòng)、攪拌等施工方法應(yīng)用于高靈敏度的軟基，則會(huì)破壞軟基結(jié)構(gòu)，降低其強(qiáng)度。軟土地基的設(shè)計(jì)可以提高市政道路的可靠性和使用壽命，滿足人們的要求。

2 軟基的主要危害

（1）影響地基的承載能力。要保證地基的承載能力大于地上市政道路的載荷才能保證市政道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保證市政道路質(zhì)量。如果發(fā)生地基承載能力下降的情況導(dǎo)致地上市政道路載荷高于地基最大承載能力，必然會(huì)導(dǎo)致剪力強(qiáng)度難以支撐上部結(jié)構(gòu)的重力和荷載，給地基造成不可逆的剪切破壞。

（2）造成地基沉降。通過對(duì)以往案例的總結(jié)分析，造成地基沉降的原因有很多，最主要的還是受到外部載荷震動(dòng)的影響，這些外部的震動(dòng)引起可能會(huì)導(dǎo)致地基液化和不穩(wěn)定，而軟基這種情況下會(huì)產(chǎn)生更大的變形。針對(duì)軟基的特性，加強(qiáng)軟基的處理十分重要，軟基的處理后，其穩(wěn)定性和承載力得到提高，從而保證市政道路的正常使用，以及市政道路的使用壽命和質(zhì)量[2]。

（3）地基貧瘠易引起土坡失穩(wěn)。軟基還會(huì)造成市政道路貫通不穩(wěn)的問題。對(duì)于土質(zhì)邊坡失穩(wěn)，意味著土質(zhì)邊坡的原始平衡沒有得到充分保證。在局部沖擊作用下，原有內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致突土邊坡在一定范圍內(nèi)沿滑動(dòng)面向外和向下移動(dòng)，從而嚴(yán)重破壞了突土邊坡整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過相應(yīng)的技術(shù)手段來改善地基的不均勻性問題，減少地基對(duì)土坡的影響。

（4）地下水比較豐富。軟土地基由水、細(xì)粒土、砂土組成，因此，軟土地基抗剪性很差，與正常地基完全無法比較。同時(shí)，軟土地基硬化也非常慢。為保證市政道路在正常情況下的施工，施工時(shí)必須合理處理軟土地基的含水量。地下水是導(dǎo)致地基和路面沉降的主要原因，常在地下水豐富的地段沉降。

3 軟基加固技術(shù)

3.1 換填法

換填法簡(jiǎn)易可行，但僅限于不大于3m的淺層處理，拋石擠淤法施工簡(jiǎn)單，工期短，造價(jià)低，但拋石深度難控制，淺層加固法簡(jiǎn)易可行，但僅限于不大于0.5～2m的淺層處理。①如幅土地水深少于3.0m的軟土，其軟基體可作為排水量與敷設(shè)或固定表層相結(jié)合的首選方法；排水層厚度選擇范圍為30～80cm，一般其構(gòu)造器為50cm，材料應(yīng)選擇為礫石或碎石透水；排水墊墊片的長(zhǎng)度可延伸至路堤腳下外50～100cm。②如路堤高度低于2.0m，并有一段淺挖土，可采用排水管結(jié)合表層固定路面；排水層厚度值范圍30～80cm，應(yīng)選擇礫石或碎石的通徑特性，鋪設(shè)50～100cm長(zhǎng)的堤底框架。③在路堤高度較高的情況下，在深度小于3.0m的軟土路面上，可完全更換地面層[3]。④在湖泊、河床上，以及不斷積水的低洼地帶，表層沒有固體覆蓋物，而軟土具有流動(dòng)地層和薄層，不小于30cm的顆粒含量不應(yīng)超過20%。換填法如圖1所示。

圖1 換填法

3.2 強(qiáng)夯置換法

強(qiáng)夯置換法一般在深孔中實(shí)施，該方法可通過壓實(shí)方法直接清除軟土的缺點(diǎn)。采用密集打夯法直接清除飽和粘土?xí)r，特別是對(duì)泥質(zhì)土，其處理效率不高。但是有了強(qiáng)大的搗固機(jī)，搗固機(jī)可以擊穿軟土，形成溝槽，在其中填滿有好一塊石頭、碎石和其他粗糙的填料，形成一個(gè)土堆，并在彼此之間擠出軟土形成高承載力的復(fù)合地基，即強(qiáng)夯實(shí)的方法。高夯施工機(jī)械一般有大型履帶式起重機(jī)+龍門架+貨錘、挖掘機(jī)。起重機(jī)可分為不同形狀，其主要區(qū)別表現(xiàn)為吊桿的起重能力和長(zhǎng)度。與其他方法不同的是，利用孔道將強(qiáng)夯引入深基坑，采用異型重錘實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)充填，并在超壓深孔中進(jìn)行強(qiáng)夯，高動(dòng)能、保密性強(qiáng)，自上而下分層進(jìn)行，使填土在孔內(nèi)固結(jié)密實(shí)，樁周土通過水平強(qiáng)擠壓加固。根據(jù)不同的工藝和土性，應(yīng)使樁頭得到擴(kuò)大頭、胎圈形狀和盤形，以便于樁之間的緊密接合，有效地改善其摩擦，使軟基獲得更均勻的整體剛度，并提高處理后的變形模量。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯試驗(yàn)的結(jié)果，確定用夯土置換法固定的有效深度，夯實(shí)強(qiáng)度和土體性質(zhì)是決定因素，有效強(qiáng)化深度兩個(gè)關(guān)鍵因素，一般可處理軟基底深度5～10m。大面積進(jìn)行高夯工程，根據(jù)預(yù)先選定的設(shè)計(jì)參數(shù)，宜選擇具代表性的地點(diǎn)，首先是打夯試驗(yàn)，檢查高夯式除泥效率，并對(duì)以往設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行反饋調(diào)整[4]。強(qiáng)夯置換如圖2所示。

圖2 強(qiáng)夯置換

3.3 重錘壓實(shí)與振動(dòng)壓實(shí)

重錘壓實(shí)法利用落錘自由落體的沖擊力實(shí)現(xiàn)土壤壓實(shí)，使土壤孔隙得到很好的壓縮，土壤顆粒排列更加緊密。常見的夯實(shí)工具有石夯、木夯等，常用的夯實(shí)方式包括蛙式夯、內(nèi)燃式夯、打夯機(jī)進(jìn)行機(jī)械壓實(shí)。夯實(shí)處理方法主要適用于小面積市政道路工程的回填處理，粘性土和非粘性土均可采用壓實(shí)法進(jìn)行處理。而振動(dòng)壓實(shí)法是通過將振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械設(shè)備置于土壤表面，由設(shè)備進(jìn)行快速振動(dòng)讓土壤顆粒產(chǎn)生位移，達(dá)到壓實(shí)的目的。振動(dòng)壓實(shí)的同時(shí)也在進(jìn)行碾壓，所以說振動(dòng)壓實(shí)的效率可達(dá)到普通平壓的1～2倍。尤其是在爆破渣、碎石土、雜填土等非粘性土?xí)r擁有較好的處理效果[5]。

3.4 水泥樁

目前，水泥土攪拌樁已成為一種成熟的加固軟土地基的通用技術(shù)。近年來，在水泥土攪拌樁中插入H型鋼或鋼筋籠等加固材料，水泥土攪拌樁已發(fā)展成為剛性樁。又如鋼筋水泥土樁成排布置，樁體相互搭接，形成SMW工法地下連續(xù)墻。作為散料樁的碎石樁在加入適量水泥或粉煤灰等粘結(jié)材料后，形成柔性CFG樁。采用CFG樁，得到了承載力較高的復(fù)合地基。當(dāng)黏結(jié)材料達(dá)到一定比例時(shí)，可進(jìn)一步提高CFG樁的剛度，可用于加固市政道路的支護(hù)。

在處理環(huán)境要求較高地段附近的軟路面時(shí)，在使用之前，必須使用適當(dāng)?shù)沫h(huán)境檢測(cè)手段。在混凝土樁的大型施工前，必須進(jìn)行打樁工藝試驗(yàn)，數(shù)量不得少于2根。樁的形成試驗(yàn)應(yīng)能為容量設(shè)計(jì)提供各種技術(shù)參數(shù)（機(jī)械鉆井、提升、攪拌速度等）、水泥漿灌裝量、組合比、水灰比等參數(shù)。按水泥固化劑液體溶液分為粉末噴涂法和濕法噴涂法，在處理含水率在30%～50%之間的軟土?xí)r，一般采用濕法噴涂，濕度超過50%時(shí)，以粉末噴涂為主。一般濕法噴涂采用單向攪拌工藝，提高攪拌效率，只要采用雙向攪拌技術(shù)?；炷僚c軟土應(yīng)拌勻，采用深拌機(jī)理或粉末噴涂機(jī)理，保證水泥對(duì)土的強(qiáng)度[6]。水泥攪拌樁如圖3所示。

圖3 水泥攪拌樁

水泥粉煤灰碎石樁是常用的樁基施工技術(shù)，主要由振動(dòng)模壓樁鋪設(shè)管和長(zhǎng)螺桿鉆孔在樁中混合壓制材料組成。CFG樁復(fù)合段施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況選擇適用的施工技術(shù)。水泥粉煤灰碎石樁對(duì)于碎石的基本尺寸為5～25mm；粉煤灰一般用在Ⅰ型或Ⅱ型袋內(nèi)；巖屑分餾值范圍應(yīng)為2.5～10mm，爐料粉碎率應(yīng)調(diào)節(jié)為0.25～0.33。當(dāng)樁徑為0.5m時(shí)，應(yīng)將混合物與混凝土C15匹配；如果樁徑為0.4m，則混合應(yīng)符合C20與混凝土的比例。地下空間工程水泥粉煤灰碎石樁（CFG）如圖4所示。

圖4 地下空間工程水泥粉煤灰碎石樁(CFG)

3.5 預(yù)壓變形處理技術(shù)

預(yù)壓后，軟土地基的大部分沉降在預(yù)壓過程中完成，這樣有效提高了地基的輕度。通常情況下粉土、粉土干土、人工填土等各種軟基都可以通過此種預(yù)壓加固技術(shù)進(jìn)行軟基的處理。一般包括真空預(yù)壓和堆載頂壓，其中真空預(yù)壓位于堆載預(yù)壓重建的基礎(chǔ)上，重堆積和預(yù)加載。如果市政道路設(shè)計(jì)載荷低于超載，形成超載預(yù)壓，此時(shí)要進(jìn)行分級(jí)加載，以此防止地基在堆垛階段破碎。若地基經(jīng)過加固之后，上部載荷發(fā)生過載時(shí)，可以施加較低的荷載并使其與設(shè)計(jì)荷載相一致。預(yù)壓荷載的持續(xù)時(shí)間不僅受土層厚度的影響，同樣也受到預(yù)壓載荷作用和綜合滲透性的影響。在進(jìn)行施工時(shí)，要格外注意監(jiān)控土壤和土地沉降消散孔隙水壓力，保持預(yù)壓在合理的范圍之內(nèi)。而真空預(yù)壓處理事通過將砂墊層鋪設(shè)在地基軟土層表面，并封膜覆蓋后進(jìn)行抽真空，在真空的環(huán)境下產(chǎn)生內(nèi)部壓力與大氣壓的差值，提取部分土壤含水量，實(shí)現(xiàn)市政道路地基的加固[7]。真空預(yù)壓地基處理如圖5所示。

圖5 真空預(yù)壓地基處理

4 選擇軟基加固處理方案要考慮的因素

要想得到更好的地基處理效果，合理選擇基土加固處理方案是至關(guān)重要的條件。雖然對(duì)不良基土的加固處理方式有很多，但是這些方法并不是萬能的，其有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，在不同情況下要慎重選用。除此之外，不同的項(xiàng)目在施工過程中對(duì)機(jī)械設(shè)備、材料的使用以及施工隊(duì)伍的專業(yè)素質(zhì)也有所不同，同樣會(huì)導(dǎo)致對(duì)基土加固處理產(chǎn)生較大影響。通常情況下選擇軟基加固方案時(shí)要充分考慮以下5個(gè)方面因素。

（1）地質(zhì)條件。各種物理、化學(xué)和機(jī)械土壤指標(biāo)。

（2）結(jié)構(gòu)條件、結(jié)構(gòu)類型和規(guī)模。所需的安全性和重要性。

（3）環(huán)境和氣象條件。噪聲和振動(dòng)：振動(dòng)和噪聲對(duì)周圍居民或設(shè)施可能產(chǎn)生的影響；相鄰結(jié)構(gòu)情況：指相鄰市政道路、橋臺(tái)、橋墩和地下結(jié)構(gòu)的情況，是否會(huì)對(duì)加固處理產(chǎn)生影響；地下埋藏物：包括地下電纜、水電管道等要明確其位置，在施工時(shí)進(jìn)行合理避讓。

（4）材料供應(yīng)。盡量使用當(dāng)?shù)夭牧?，降低運(yùn)輸成本。

（5）工程造價(jià)水平。作為衡量不良基土加固方案選取是否合理的重要標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行地基加固處理的過程中，評(píng)選各類方案時(shí)，在滿足相關(guān)技術(shù)要求的情況下，需要優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)合理的方案。

5 結(jié)語

地基是保障各類市政道路穩(wěn)定的基本條件，良好的地基在延長(zhǎng)市政道路使用壽命、降低地質(zhì)災(zāi)害、減少市政道路潛在安全隱患方面有重要作用。由于道路建設(shè)的靈活性，方法多種多樣，因此有必要使工程技術(shù)人員在選擇加工方案時(shí)具有更好的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以及在各種軟基加工方法方面的經(jīng)驗(yàn)；軟土施工方案的選擇也是一個(gè)系統(tǒng)的決策過程，涉及多種影響因素，每一種都有其自身的重要性。對(duì)軟基進(jìn)行加固處理時(shí)，需要認(rèn)真考慮市政道路及周圍環(huán)境的具體情況，經(jīng)過專業(yè)論證之后選擇正確的方案，保證市政道路的安全，促進(jìn)中國(guó)市政道路業(yè)健康發(fā)展。