公路工程软土地基处理
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摘要：在公路建设中，不可避免地会遇到软土地基问题。软土地基是具有含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、渗透性小、抗剪强度低、固结系数小，并具有蠕变性、触变性等特殊的工程性质，导致地基承载力往往不能满足工程设计的要求，因此，需要对地基进行人工加固处理。处理软土地基有多种方法，一般处理方法有置换法、排水固结法、强夯处理等。如果处理不当，就会直接影响路基失稳或过量沉降，出现路基纵、横向断裂等病害。本文通过结合施工实践。分别介绍排水固结法中的袋装砂井法和复合地基处理中的湿喷桩法，以供同行参考借鉴。
1工程慨况
某公路新建工程，路线全长5.436公里，主线路基宽度为8.5m，设计车速为60Km／h，二级公路标准设计。本项目 K1+400~K1+520、K2+760~K2+890段为软土地基，该段地处山岭台地坡积区，地表开阔，大部分地面标高在40~190之间，多为农田或菜地，少数丘陵山地；由于路线控制因素较多，无法避绕软基区。本工程基软段主要分布在坡积凹地和山间洼地中，岩性属淤泥、淤泥质土、淤泥质砂，淤泥、淤泥质土呈灰、灰黑色，流塑状为主，局部软塑，夹薄层粉细砂；淤泥质砂呈饱和、松散状。层厚4-8米不等。埋藏深度为1-9米。此段软基具有高压缩性，灵敏度高，在地面堆载较重的情况下易产生蠕变及不均匀沉降，本段软土路基处于欠固结状态。通过地质勘探、取样测试，淤泥质土层主要物理力学指标为：含水量w=34％~73％；密度ρ=1.57~1.83g/cm3；孔隙比e=1.1~1.9；液限wL=35％~60％；塑性指数IP=l5~25；压缩系数α01-02= 0.75~2.20MPa -1；固结系数CV=(0.5~1.0)xl0-3cm/s；不排水抗剪强度Cu=14~20KPa等。
2处理软土地基的设计
2.1袋装砂井加固
2.1.1袋装砂井加固机理
在含水量大、孔隙比大、压缩性高、软土深厚的软土地基中打入砂袋作为排水通道以增加土层的排水途径，缩短排水的距离。在上部荷载的作用下，产生的附加应力使土颗粒间的孔隙水通过插在软土层中的砂井排出地层外面以达到土颗粒间位移密实，从而大大加速了地基的固结与沉降。减少压缩性，降低孔隙比和含水量，增加土体密实度，在较短时间内达到较高的固结度，以提高软土路基的承载力和抗剪能力，从而保证路堤和地基的稳定。
2.1.2袋装砂井排水固结
砂井间距、长度及其布置
一般路基及桥台台后采用袋装砂井加堆载预压排水固结法进行处理，堆载高度为1m，袋装砂井按等边三角形布置，桥头部分砂井间距为100cm，一般路基砂井间距为120cm，孔径为7cm，砂井深度由地基稳定和容许工后沉降计算来确定，穿透软土层，砂井平均处理深度5~10m，容许工后沉降桥台与路堤相邻处不大于0.1m，―般路堤不大于0.3m。砂垫层厚度60cm，保证高出地表水位20cm。考虑到沉降量较大而设置40~60cm的预拱度以保证砂垫层的使用质量。
2.1.3设计计算：
包括沉降计算和稳定计算
① 沉降计算
总沉降包括瞬时沉降Sd、固结沉降Sc和次固结沉降Ss。瞬时沉降是在加荷初始，地基土的孔隙水压力来不及消散，土的孔隙来不及调整，而由地基侧向变形引起的。这种沉降不大且很快完成 一般不易精确计算；固结沉降是在上覆压力作用下，地基中的孔隙水逐渐排出使体积发生变化引起的，是地基土的主要沉降：次固结沉降是指孔隙水压力消散后，在一定的有效应力的作用下，土骨架由于蠕动变形而产生。经计算总沉降量为S=42cm，本段软土经袋装砂井处理后，固结度达到80％时所需要的固结时间为207d。设计要求在固结度达到80％时，工后剩余沉降量为22cm。
② 稳定计算
利用条分法对打砂井前和打砂井后两种情况的路基滑动面进行稳定计算，比较其安全系数。经计算，打砂井前和打砂井后路基滑动破坏最小安全系数分别约为1.38和1.06，说明打砂井后路基才稳定。
2.1.4袋装砂井地基处理施工要求
施工时，先将沿线水塘、沟坑排水，填以砂性土或中粗砂，与砂垫层袋装砂井构成统一排水系统。砂垫层采用含泥量小于3％的中粗砂，铺筑时由中线向外侧方向进行。砂垫层的厚度确保高出水面20cm。
袋装砂井的施工工艺包括下列几个方面：
①定位：在整平地面后，视软土地基情况，铺设30cm的砂垫层后，将打桩机按设计要求及施工顺序定位。
②成孔：采用导管式振动打桩机，在桩管垂直定位后，将可开闭底盖的桩管打人地基土内，达到设计深度。
③ 下砂袋：砂袋选择聚丙烯编织袋。袋中的砂料采用干燥及含泥量小于3％的中粗砂，渗透系数不应小于5×10-3cm/s，要达到密实程度。先将砂袋装好备用，待成孔后用人工输入，管口端部设滚轮。
④拔出套管：砂袋下放完毕，启动激振器，提升套管进行拔管作业。拔出套管时为避免将砂袋带出，也可采取向管内注水的办法。
⑤埋好袋头：将袋头埋人设计的砂垫层中，砂垫层分两次铺设，既方便工作，又避免粘土等杂物堆盖袋头，此时注意保持袋头垂直不卧倒。
2.1.5施工监测
施工监测工作是与路基填土同时进行的。在极限填高之前，因失稳可能性极小，路基填土可快速施工而不会出现失稳，监测工作应着重原始观测数据的收集。
本段主要采用沉降、侧向位移动态跟踪观测。选取5个横断面分别布设地面沉降板和地面位移桩。路基中心沉降板速率为4~7mm/d，平均为5mm/d，小于设计要求的控制沉降速率10mm/d，地面位移桩位移为2~5mm/d，平均4mm/d，小于设计要求的5mm/d。地面位移桩在测试过程中，没有发生沉降和抬起现象，这说明路基一直是在稳定的情形下进行加载的。地面沉降板和地面位移桩的测试频率，在加载时每日测试，停载时，每隔3~4d观测1d，路基完成后每10d测一次。路堤完成后放置60d，达到最终沉降量的剩余沉降时为25~27mm，与设计计算的22mm接近。经观测，本项目软土路基在采用袋装砂井方案处理后，路基沉降和稳定基本上符合设计要求，效果良好。
2.2湿喷桩加固处理
2.2.1处理机理
湿喷桩加固利用水泥作为固化剂，通过特殊的深层搅拌机在地基深处就地将软土与水泥浆强制拌和后，首先发生水泥分解，水化反应生成水化物，然后水化物胶结与颗粒离子交换，团粒化作用，以及硬凝反应，形成具有一定强度和稳定性的水泥加固土，从而提高地基承载力及改变地基土物理力学性能，达到加固软土地基效果。
2.2.2设计内容
箱涵软土地基采用水泥湿喷桩加固处理，湿喷桩桩桩径为Φ50cm，按梅花形布置，桩距为1.2m，桩长按穿透淤泥层设计，上设0.5米厚砂垫层。按湿喷法施工。湿喷桩水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥，水泥掺人量为50~55kg/m，水灰比为0.4~0.5，要求水泥土7天无侧限抗压强度不小于0．8Mpa，28天无侧限抗压强度不小于1.5Mpa，搅拌桩的单桩承载力应不小于l 10Mpa，处理后复合地基承载力不小于150Mpa。
2.2.3湿喷桩加固处理施工要求：
湿喷桩施工工艺：
① 放样定位：对搅拌桩现场整平后，按施工设计图进行施工放样。将搅拌机移位至施工桩位处后定位，孔位误差不得大于50mm。
② 调平钻机平台：使用4个支腿调整平台，使钻机钻杆垂直度误差不大于1％。
③开机搅拌以1、2、3档逐级加速，将钻头顺转钻进至设计深度，如遇硬土难以钻进时可以降档钻进，放慢速度，在钻进时始终保持连续送压缩空气保证喷浆门不被堵塞，保证下一道工序送浆时顺利通畅压缩空气的压力，一般保持在0.3~0.35MPa。
④提升钻杆喷浆搅拌，用反转法边搅拌边提升喷浆。按0.5m/min速度提升，喷浆量为加固湿土质量的17％，水泥掺入量为55kg/m。水灰比0.45，施工水泥浆配合比为：水275kg：水泥550kg。喷浆压力为0.6MPa。提升到设计停灰面时，应慢速原地搅拌2~3min。
⑤重复搅拌，为保证浆体充分搅拌均匀，须将搅拌头再下沉搅拌到原设计深度，再提升搅拌，采用二喷二搅施工方法，根据工程地质层的不同，速度控制在0.5~0.7m/min。
地质情况 搅拌速度(m/s) 每米水泥用量(Kg/m)
砂层 0.65 55
淤泥层 0.55 65
粘土层 0.60 60
2.2.4搅拌桩处理的效果
根据设计要求，本项目箱涵软土地基采用湿喷桩加固处理完成后，按规定频率进行取芯、无侧限抗压强度、单桩及复合地基承载力试验。检测结果：桩体比较完整、能达到持力层；搅拌的均匀程度、桩体垂直度、桩长、含灰量及强度等均能满足设计要求，湿喷桩施工合格率为91%。经计算得出：K1+400~K1+520路段箱涵软土地基经搅拌桩处理后的复合地基承载力标准植为：193KPa；K2+760~K2+890路段箱涵软土地基经搅拌桩处理后的复合地基承载力标准植为：219KPa，均满足设计要求。取得了良好的效果。
3结束语
软土地基处理施工技术难度较大，质量要求高，软基处治的方法很多，各种方法都有它的适应范围。具体工程的地质条件千变万化，对地基处理的要求不尽一致，而且施工部位采用的机具、当地的材料都会不同，因此必须具体分析，从地质条件、土体的物理力学性质（含水率、液限、塑性、压缩性、固结度、抗剪强度等）、处理深度、处理范围、工程进度、材料机具等方面进行综合考虑，以确定合适的自治方法。
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