浅析公路软土地基处理的常用方法及应用
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摘要：随着我国交通事业的快速发展，高等级公路建设在各地较为普遍。由于对公路线形的要求，公路路基不可避免的建筑在软土地基之上。在软土地基上建筑公路路基或构造物，有可能因地基沉降过大或滑移等问题而影响道路及构造物的正常使用和破坏，从而要求对软土地基进行处理。本文通过阐述软土地基的工程特性，分析不同软基的工程性质，提出各种处理方法的使用原理和适用条件，结合现阶段公路建设的实际情况，对软土地基处理进行总结和对未来这方面的展望。
关键词：公路施工、软土地基、处理方法、适用条件
中图分类号： X734文献标识码： A
一、软土地基的工程特性
软土是指淤泥、淤泥质土及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般黏土。其天然含水量大部分在30%~70%之间，孔隙比1.0~1.9，渗透系数为10~10cm/s，压缩性系数为0.005~0.02，抗剪强度低（快剪黏聚力在10kpa左右，快剪内摩擦角0°~5°），具有触变性和显著的流变性。对于高等级公路来说，标准贯击次数小于4，无侧限抗压强度小于50kpa且含水量大于50%的黏土或标准贯击次数小于4且含水量大于30%的砂性土统称为软土。在公路施工中，修建在软土地区的路基，主要问题是路堤填筑荷载引起软基滑动破坏稳定和量大且长时间的沉降。
二、软土地基处理的几种常见方法
软土地基处理的施工方法有很多，在软基处理中往往多种方法综合应用。按加固性质，主要有经下几类：
（一）、表层处理法
1、砂垫层
砂垫层铺筑于软土层顶面，主要起浅层水平排水作用，使软土在路堤自重的压力作用下，加速沉降发展，缩短固结时间。但对基底应力分布和沉降量的大小无显著影响。砂垫层适用于路堤高度小于2倍极限高度（天然软土地基上）的软土层及其硬壳较薄，或软土表面渗透性很低的硬壳等情况。亦可用于软土层稍厚但具有双面排水条件的地基。主要有砂垫层、换土砂垫层、砂垫层和土工布混合使用等形式。砂垫层施工简便，不需特殊机具设备，占地较少。但需放慢填筑速度，严格控制加荷速率，使地基有充分时间进行排水固结。因此，适用于施工期限不紧迫、砂料来源充足、运距不远的施工环境。
2、土工聚合物处治
（1）、土工布
土工布铺设于路堤底部，在路基自重作用下受拉产生抗滑力矩，提高路基稳定性。其在软土地基加固中起排水、隔离、应力分散和加筋补强等作用。土工布一般分一层或多层铺设，当铺设两层以上时，层与层之间要夹10~20cm的砂或砂砾垫层，以提高基底透水性。土工布的铺设需满足锚固搭接长度的要求，注意保持土工布的平整和张拉程度，以及端头的位置和锚固，保证土工聚合物的整体性。土工布存放以及铺设过程中，应尽量避免长时间暴晒，存放过程中避免与污物接触，以防被污染而失去透水。
（2）、土工格栅
土工格栅的加固机理在于格栅与土的相互作用。一般可归纳为格栅表面与土的摩擦作用、格栅孔眼对土的锁定作用和格栅肋的被动抗阻作用。三种作用均能充分约束土的颗粒侧向位移，从而大幅增加土体的自身稳定性，对土的加固效果，明显高于其他土工织物，可迅速提高地基承载力，加快施工进度，控制软基地段沉降量发展，缩短工期。
（二）、换填法
换填法一般适用于地表下0.5~3.0m之间的软土处治。主要方法有开挖换填法和抛石挤淤法。
1、开挖换填法
是指将软弱地基层全部挖除或部分挖除，用透水性较好的材料（如砂砾、碎石、宕渣等）进行回填压实。该方法简单易行，也便于掌握。对于软基较浅（1~2m）的泥沼地特别有效。但不适用于深层软基处理，和要求沉降控制较严的路基、桥涵构造物、引道等工程的软基处理。
2、抛石挤淤法
是指在路基底部抛投片块石，将淤泥挤出基底范围，以提高地基的强度。此法施工简单、迅速、方便，适用于常年积水，排水困难，泥炭呈流动状态的洼地，以及厚度较薄，表层无硬壳，片块石能沉达底部的泥沼或厚度为3~4m的软土；或在特别软弱的地面上由于施工机械无法进入，且表面存在大量积水无法排除，石料丰富、运距较短等情况时，也适用于此法。
3、爆破排淤法
是指将炸药放在软土或泥沼中爆炸，利用爆炸时的张力作用，把淤泥或软土扬弃，然后回填强度较高渗水性好的材料，如砂砾、碎石等。爆破排淤法工效较高、换填深度大，一般软土和泥沼地均可采用。但对桥涵构造物及两侧引道等，应考虑采用其他方法。
爆破挤淤分为两种，一种方法是先在原地面上填筑低于极限高度的路堤，再在基底下爆破，适用于稠度较大的软土或泥沼。另一种方法是先爆后填，适用于稠度较小，回淤较慢的软土。
（三）、重压法
1、堆载预压法
在软土地基上修筑路堤，通过填土堆载预压，使地基压密、沉降、固结，从而提高地基强度，减少路堤建成后的沉降量。堆载预压法有两种：一是预压的荷载超过设计的道路工程荷载称为超载预压；二是预压的荷载等于道路工程荷载为等载预压。堆载预压法对各类软弱地基均有效。使用材料机具简单，施工操作方便。但预压需要一定的时间，适合于工期要求不紧的工程项目。
2、真空预压法
是利用大气压强0.098Mpa等效堆载预压法对软基进行加固。即依靠真空抽气设备，使密封的软弱地基产生真空负压力，使土颗粒间的自由水、空气沿着纵向排水通道，上升到软基上部砂垫层内，再由砂垫层过虑排到软基密封膜以外，从而使土体固结。该法适用于含水量高、孔隙比大、强度低、渗透系数和固结系数均较小的黏土。
3、真空联合堆载预压法
该法是将堆载预压和真空预压两种方法结合，原理与真空预压相同，但加载更大，预压时间缩短。
（四）、垂直排水固结法
垂直排水固结法是指通过在软土地基设置竖向排水途径，转变原有地基的边界条件，缩短孔隙水的排水距离，加速地基固结。一般采用砂井、袋装砂井和塑料排水板配合砂垫层来达到上述目标。
1、砂井
用振动打桩机、柴油打桩机（冲击式和振动式）以及下端装有活瓣钢桩靴的桩管将砂或砂和角砾混合料灌入土层形成砂井。主要的方法有套管法（静压沉桩法和振动沉桩法）、水冲成孔法（适用于土质较好且均匀的砂性土）、螺旋钻成孔法（适用于陆上工程）。在施工时应考虑避免缩径和减少对土的扰动。
2、袋装砂井
主要用导管式振动打桩机，选用聚丙烯或其他适用的编织料制成袋，采用渗水率较高的中、粗砂制成砂袋沉入孔内形成袋装砂井。其工艺为整平原地面、摊铺下层砂垫层、机具定位、打入套管、沉入砂袋、拔出套管、机具移位、埋砂袋头、摊铺上层砂垫层。
3、塑料排水板
塑料排水板是淤泥、淤泥土、冲填土等饱和粘性及杂填土运用排水固结法进行软基处理的良好垂直通道，大大缩短软土固结时间。用插板机或与袋装砂井打设机共用（将圆形套管换成矩形套管）打设。振动打设工艺、锤击振力大小，根据每次打设根数、导管断面大小、入土长度和地基均匀程度确定。其工艺为整平原地面、摊铺下层砂垫层、机具定位、塑料排水板穿靴、插入套管、拔出套管、割断塑料排水板、机具移位、摊铺上层砂垫层。
（五）搅拌桩法
搅拌桩法通常是以水泥或生石灰作为固化剂，通过机械旋转的方法搅动土层，同时灌入固化剂和地基土强制搅拌，充分与土体混合形成桩体，使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法，也称深层搅拌桩法。
搅拌桩法主要有两种方法，以水泥土搅拌法为例：一种是使用水泥浆作为固化剂的水泥土搅拌法称为喷浆法（即湿法），适用于天然含水量小于30%的软弱土层，如杂填土及粉粒含量高的粉土、砂土；另一种是采用钻孔，将装有特质合金喷嘴的注浆管下到预定位置，然后利用高压射流装置浆液使土体剥离后充分和射出的浆液混合而形成圆柱状断面桩（旋喷桩），由于它使用干水泥作为固化剂，因此称为喷粉法（即干法），适用于天然含水量大于30%，塑性指数大于10的软土。
搅拌桩不仅可以较大地提高地基的承载力，而且在加固深度内可以减少原地基沉降的30%~60%，沉降较快趋于稳定，具有明显优势。缺点是造价较高。
（六）其他软基处理方法
除上述常用软土地基处理之外，还有一些较常用于公路软土地基处理的方法，如反压护道法、干振挤密碎石桩法、爆扩法、强夯法等。各种方法都具有自己的特点，使用范围和使用条件。所以根据工程的实际情况，选择合适的软土地基处理方法是整个工程成败的关键。
三、总结和展望
软土地基处理的各种方法应用广泛，除公路工程中使用外，上述方法同样适用于水利、港口、房屋建筑等工程的软土地基处理。每种方法都有其优缺点和适用范围，在工程实施过程中，须根据地质条件，上部荷载类型，以及工程技术指标和要求，综合考虑周边环境、材料供应、施工条件等因素选择合适的处理方法。使其达到经济合理、质量可靠、使用安全的工程目标。
对软土地基进行处理，其目的是提高地基强度，保证地基稳定，降低软土的压缩性，减少地基的沉降，确保路基及构建物的安全和正常使用。从目前公路使用状况来看，桥头跳车，路基不均匀沉降引起的滑移、坍塌等情况普遍存在，严重影响行车安全。未来如何解决软土地基处理，以最有效、最经济的方法，来满足工程要求，是当前科研人员的研究方向。相信通过许多科研人员的努力，随着时间的推移和科技的进步，会找到更先进的处理方法。