浅谈软土地基产生危害的原因与防治措施

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摘 要： 随着我国公路与桥梁事业的蓬勃发展，尤其是高等级公路的普遍应用，对公路软土地基提出了较高的要求。而公路工程不可避免的要经过大量的软土地区，所以软土地基的处理与防治就成为影响工程质量与投资效益的关键一环。笔者对软土地基的成因与防治措施作一简要探讨。

关键词： 软土地基； 下沉； 防治措施

中图分类号： U416.1 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）（11-12）-0053-02

软土地基是指天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土软弱地基。软土地基极易变形，造成路基整体下沉或局部沉陷，导致路面破坏。公路构造物也会由于软土地基失稳，造成结构物破坏、桥头错台等一系列的公路病害。

软土地基的确认是一项比较容易引起争议的工作，我们在具体施工时决定用量化的试验指标来控制和确认。在确定软土时要查明软土及与之共同存在的一般土层的成因、类别、范围、物理力学性质和必要的化学性质，以便采取经济有效的处理措施。既可降低造价，又能确保质量、缩短工期。

一、实际施工中软土地基的处理

挖除换填碎片石方法。对于深度不太大的软基工程，在路堤范围内，将需要处理的软土挖除，动力触探合格后，用碎片石换填，可采用分段挖除，分段分层回填的方法。用于换填的石料强度应不小于15MPa，分层厚度不宜大于30cm，石料最大粒径不应大于层厚的2/3。依据规范，分层回填的碎片石应碾压合格，表面石块嵌挤紧密无松动，用镐刨不动，一般采用激震力320kN以上的压路机强震碾压无轮迹。

对于较深的软基挖除换填工程量太大，资料显示，施工方采用了粉喷桩。粉喷桩主要是以粉体物质作加固料和原状土进行搅拌，经过理化作用生成具有较高强度的混合柱体，促使整个路堤产生足够的强度。一般采用水泥作为固化剂，最好用Po32.5级普通硅酸盐水泥，要依据施工时间选用水泥初终凝时间合适的水泥，防止未成型即已凝固。试验室应重点对水泥剂量进行监控，重点保证均匀性。我们配制了3%～8%的水泥剂量试验，发现3%水泥几乎不能使软泥固结，6%剂量能满足要求。但是室内配比不能完全代替施工情形，因此应该跟踪检测，应对7d桩监控。对于不合格桩，应在原桩边上补桩，新桩与旧桩净距>20cm。如出现较多不合格桩应查找原因，进行改正。2.3抛石挤淤用于存在多处鱼塘和常年积水的洼地。这些地方，软土层位于水下，更换土壤较为困难，或者基底直接落在含水量极高的淤泥中，土壤稠度远超过液限，透水性差、天然含水量大、压缩性高，且这些地方大多为高填方路堤，若对软基不加任何处理或处理不当，往往会导致路基失稳或过量沉降，造成公路不能正常使用。对于厚度较薄，表层无硬壳，片石能沉达底部的泥沼或厚度为3～4m的软土，采用抛石挤淤法效果最佳。当路堤较低且淤泥层较厚时，为增加换土高度，可用挖掘机自一端向另一端或由两端向中间逐段挖除上部3m左右的软泥并外运，挖除段落的长短，以挖掘机能够工作的最大水平距离为准，挖除一个段落后，即可进行抛石。抛挤时，沿路中线向前抛填，再向两侧扩展。当软土地层横坡陡于1∶10时，应自高处向低侧抛投，并在低侧边部多抛投，使低侧边部有2m宽的平台顶面。抛石达到地表常水位以上50mm时，在抛石回填的片石顶面上，铺10～30mm厚碎石垫层（砂砾垫层）并整平压实。整个路段铺筑碎石垫层（砂砾垫层）并平整压实达到要求后，即开始路堤的正常填筑。抛石挤淤时，由于各处沉降不一致，从而在路堤下面残留部分软土，完工后，则会产生不利的不均匀沉降，因而必须注意垫层铺筑后的压实，以使淤泥挤出，减少这种不利影响。

1.原因分析

1.1地质原因。在工程地质不良、泥沼软基丰富的地段填筑路堤，当路堤填料不断增加时，路基产生压缩沉降或挤压位移，致使路堤随之沉降。

1.2路基填料。在《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）中，对路基填料有以下规定：

（1）含草皮、生活垃圾、树根，腐殖质的土严禁作为路基填料。

（2）泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土、有机质土及易溶盐超过允许含量的土，不得直接用于填筑路基。

（3）液限大于50%，塑性指数大于26，含水量不适宜直接压实的细粒土，不得直接作为路基填料。

（4）粉质土不宜直接填筑于路床，不得直接填筑于浸水部分的路堤及冰冻地区的路床。

地下水和地表水：水是公路的天敌，对路基更是危害无穷，当水进入路基后导致路基填料含水量增大，强度稳定性降低，造成路基沉陷等一系列公路病害，设计方面，由于工程前期地质勘测资料不全、不细，未能真实反映出软土地基，或者由于设计部门设计不完善甚至未做任何地基处理措施导致填筑起的路基在施工过程中或者工程完工后出现不同程度的沉陷。

施工方面，首先进行软地基处理时，由于加载过快，未能及时进行沉降位移速率观测，当接近或超过临界填土高度时，仍快速填筑，当荷载超过地基承载能力，导致路堤失稳。其次，软土地区路堤施工计划中未考虑地基固结工期以及在施工过程中，对质量把关不严。未能达到软基处理的设计要求，都会直接导致路基下沉。

2.防治措施

软土地基具有较大的破坏性，因而只要外在荷载加在土基上出现有害的过大变形和强度不够等现象都需对沉降进行防治处理，其目的是改善地质力学性能，增加其稳定性。软土地基防治首先要提高路基设计质量，方案要切实可行。设计部门在设计前要对沿线的地质地层情况、各类土质、路基填料进行全面调查和试验，在此基础上应因地制宜，就地取材，制定出合理有效的软基处理方案。下面介绍几种常用的处理方法。

2.1砂（砾）垫层。砂（砾）垫层采用砂或天然级配砂砾，经分层压实。作为地基的持力层，提高基础下部地基强度，并通过垫层的压力扩散作用，降低对地基的压实力。减少变形量。同时垫层可起到排水作用，地基土中孔隙水可通过垫层快速排出，能加速下部土层的沉降和固结。该方法适用于2m以内软弱、透水性强的黏性土地基。不宜用于加固湿陷性黄土地基及渗透系数极小的黏性土地基。

2.2抛石挤淤。在淤泥厚度小于3m，表层无硬壳，呈流动状态，排水困难，石块易于取得的条件下采用抛石挤淤的方法。这种方法是为了换填但不进行挖掘，而是靠换填材料的自重使软弱层遭受破坏后被强制挤出而进行的换填。抛投石块的顺序应沿路中线向前抛填，然后向两侧扩展，以便淤泥向两旁挤出。片石高出软土后，应用较小石块填塞垫平，再用重型机械碾压，以使填石紧密，并在其上铺设反滤层后再进行填土。

2.3加固土桩法。加固土桩主要是以水泥、石灰、粉煤灰等材料作为固化剂的主剂，利用深层搅拌机械和原位软土进行强制搅拌，经过物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特性和水稳性的混合柱状体。它对提高软土地基承载能力，减少地基的沉降量有明显效果。

2.4土工合成材料。在地下水位较高的松软土基路堤中，采用垫隔土工布加强路基刚度，且利于排水。在高填路堤，可适当分层垫隔。在软基上垫隔土工布时可使荷载均匀分布，从而有效地避免不均匀沉降。

2.5砂桩和袋装砂井法。砂桩处理法是在软土地基中钻成一定直径的孔眼，灌以粗砂或中砂。利用上部荷载作用加速软土的排水固结的方法。袋装砂井是事先把砂装入长条形、透水性好的编织袋内，然后用专门的机具设备打入软土地基内代替普通大直径砂井。袋装砂井既有大直径砂井的作用。又可以保证砂井的连续性，避免缩径现象。另外由于袋装砂井的直径小，材料消耗小，工程造价低，施工速度快，设备轻型，更适应在软弱的地基中施工。

2.6碎石桩。碎石桩是利用一个产生水平向振动的管状设备，以高压水流边振边冲在软弱黏性地基中成孔，在孔内分批填入碎石加以振密制桩，与周围黏性土形成复合地基，这种加固技术称为振冲置换法或碎石桩法。与排水固结法相比，其加固期短，可以采用快速连续加载方法施工路堤，对缩短工期十分有利。

2.7塑料排水板法。塑料排水板是在纸板排水的基础上发展起来的一种方法，它的优点是：单孔过水面大，排水畅通，质量小。强度高，耐水性好。塑料排水板是由芯体和虑套组成的复合体，或是由单一材料的多孔管道板带。滤膜芯带复合结构塑料排水板有两种材料组合而成，中间为带有各种通水孔道的芯板。如口琴型、城墙型、圆孔型、双面交错凹凸型等，外面包裹一层无纺土工织物滤层。目前国内生产的塑料排水板均属这一类。单一多孔管道板带一般采用两片聚乙烯（或其他高分子材料）微孔薄片黏合（或压合）而成，中同具有多孔管道。这种排水板制作工艺比较复杂，国内市场较少见。

2.8强夯和强夯置换法。强夯法即“强力夯实法”或称“动力固结法”。它是将重锤从高处自由落下，给土体以冲击和振动，从而提高地基的强度。降低土体的压缩性。强夯置换法利用重锤高落差产生的高冲击能将碎石、片石、矿渣等性能较好的材料强力挤入地基中，在地基中形成一个一个的粒料墩，墩与墩间土形成复合地基，以提高地基承载力，减少沉降。

软土地基的处理除以上几种常用的方法外。还有真空预压、真空堆载联合预压、水泥粉煤灰碎石桩、沉管灌注桩、静压管桩等多种方法，但目的只有一个，就是要增强路基的稳定性，减少工后沉降。为此，除选择合理的处理方案外，还要在施工中严格施工工序和规范要求，保证工程质量，并在施工过程中做好稳定性和沉降的动态观测，以确保路堤在施工中的安全和稳定，并能正确预测工后沉降，使工后沉降控制在设计的允许范围之内。

总之，软土地基处理是一个比较复杂的问题，我们必须在取得可靠的地质资料和试验数据后，因地制宜，制定切实可行的处理方案，才能使这一公路病害得到有效的控制。

软土地基有极大的危害性，如果不处理或处理不当，就会造成地基失稳，使道路沉降过大或不均匀沉降，对道路成不同程的的然害，本文以上介绍的只是工地常用的几种处理软土地基的方法，具体施工还要根据工地的实际情况来选用，有时几种方法可以交替或一起使用。

在勘察、设计和施工各方面把好质量关，软土地区的地质情况首先要弄清楚，工程地质条件复杂，还应进行工程地质分区，以便按分区不同再区别地予以处理。在勘察设计时如地质工作做的不够深，在施工时一旦发现，可作些补充勘察及勘探工作，对地质情况作进一步了解。设计方案要经济又要合理切合当地实际情况。

所用材料数量要够、质量要保证；施工机械数量、规格、性能均要满足要求。

施工时要严格遵守施工技术规范和操作规程办事，以保证良好的质量，软土地段特别要注意控制填土速率，避免和产生路堤滑移或发生其它意外事情。

监理工作要跟上，观测仪具事先要埋置好，及时进行监理和记录。

3.表层处理的各种方法

通常用于地表面极软弱的情况。该法是通过排水、敷设或增添材料等办法，提高地表强度，防止地基局部剪切变形，保证施工机械作业；同时尽可能把填土荷载均匀地分布于地基上。属于这类处理方法的有：表层排水法，砂垫层法，敷设材料法，添加剂法等等。

3.1表层排水法。对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果，应回填透水性好的砂砾或碎石。

3.2砂垫层法。对于地基上部软土层极薄且含水量大时，在软土地基上敷垫0.5～1.2m左右厚的砂垫层。这样可达到固结软土层，使砂垫层起到上部排水层作用；同时，砂垫层又成为填土内的地下排水层，以降低填土内的水位；在进行填土及地基处理施工时，为施工机械提供良好的通行条件。

4.粉喷桩加固处理法

4.1粉喷桩施工前应准备下列施工技术资料：施工场地的工程地质报告，土工试验报告，室内配比试验报告，粉喷桩设计桩位图，原地面高程数据表，加固深度与停灰面高程以及测量资料等。

4.2场地平整、清除障碍。如场地低洼，应回填粘性土；施工场地不能满足机械行走要求时，应铺设砂土或碎石垫层。若地表过软，则应采取防止机械失稳措施。

4.3施工机具准备，进行机械组装和试运转。

4.4粉喷桩的施工工艺根据设计要求的配比和实测的各项施工参数通过试桩来确定。试桩一般为5根，通过试桩来确定钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气压力、单位时间喷粉量等。

4.5粉喷桩所用的水泥应符合设计要求，并有产品合格证，并经室内检验合格才能使用，严禁使用受潮、结块变质的加固料。

5.竖向排水固结法

在粘性土地基中设置垂直的排水柱，以缩短排水距离，促进地基排水固结，增加抗剪强度。由于垂直排水柱所用材料不同，分为砂井和纸板排水两种。砂井排水法根据砂井的施工方法不同，可分为打入式、振动式、螺旋钻式、水射式及袋装式等。本法很少单独使用，多与加载法或缓速填土法并用，对层厚大，均质的粘土地质最为有效；对泥炭质地基效果稍差。地基处理范围：为了稳定，以填土坡面下为处理对象；为防止沉降，主要以路基顶面宽度下作为处理对象。设计排水砂井时，首先假定施工方法、砂井直径、排水距离和改良范围。然后进行稳定及沉降计算，若不能满足时，修正假定数据，再进行计算。

二 路基处理的一般原则

1.以时间换金钱，早在10年前，日本著名换金钱处理软土路堤的方法。即尽早用堆载预压不作深层处理软基的方法，这种以自然沉降逐渐达到路基稳定，是一种最经济也简单的方法。但我国公路基本建设的程序不能尽早拔款、征地、从容施工，而一旦工程项目付诸实施时，又往往限于工期，一般情况用自然沉降法将难以实现。

2.以金钱赢得时间，即在施工工期紧迫，时间有限的情况下，除非个别低路堤地段高度在临界高度以下，可不作地基处理。桥梁采用基础处，其余软土都需采用不同方法处理，只不过可用多种方案进行优选。

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