浅谈公路软土地基的处理

浅谈公路软土地基的处理
0 前言
在公路建设中，尤其在软土地区修建高速公路，由于软基勘察、设计、施工技术要求高，工期长，费用大，给勘察、设计者提出了更高的要求和新的挑战。

目前，对于软土地基高速公路的勘察，尽管布置了大量的物探、触探、钻探等勘察工作，取了大量的试验样品进行室内试验，但往往由于对区域地质环境分析、了解不够，尤其对软土的生成年代、沉积环境、周边地形、地貌、古地理、气候等了解和分析不够，仅凭室内试验结果来提供设计用的各项物理力学性参数，有时不能完全真实反映软土的自然属性和工程属性。

因此，必须根据不同情况，因地制宜地采用不同的软基处理方法。

1 软土的概念
软土是一种天然含水量大（接近或大于液限）、压缩性高（a1-2>5kPa-1）、天然孔隙比大于等于1.0、抗剪强度低（快剪的内摩檫角？准<5°、凝聚力c<20kPa）的细粒土。

软土具有软松、孔隙比大、天然含水量高、压缩性高、强度低、渗透性小和结构灵敏的特点。

包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。

工程设计中要认真阅读软土地基六个方面的资料，全面分析所在地段的软土特征。

这六个方面是：
（1）各土层土壤成因；
（2）各土层土壤类别；
（3）各土层土壤所处状态；
（4）各土层土壤四大物理指标，K（压实系数），δ（干容重），ω（含水量），e0（天然孔隙比）；
（5）规范所指软土和习惯所称软粘土所处层位与层厚；
（6）钻探孔位地基承受不同荷载（路基、路面，折算成土柱高度）条件下的主固结沉降计算值，以及各钻探孔位承受不同填土荷载条件下的主固结沉降计算值。

2 软土的工程特性
2.1 变形量大
软土中的淤泥和淤泥质土，其孔隙比e大于1.0，受力后压缩量自然较大，有些软土含水量达60%以上，e大于1.5，则压缩性更高。

更有泥炭类的软土含水量高达200%-500%，土体大部分由水构成，荷载一加，水从孔隙中挤出，土就向泡沫塑料一样被挤出。

2.2 压缩稳定所需时间长
软土的颗粒组成以粘粒为主，尽管孔隙比大，但单个孔隙却很细，水在孔隙中流动较难，因此，渗透性很低，渗透系数一般在10-7cm/s-10-8cm/s数量级。

饱和土受荷后，水不能很快排出，变形也只能慢慢发展。

在地基中，这一变形过程常延续数年，乃至数十年。

2.3 侧向变形较大
软土的侧向变形比一般土要大，而且侧向变形与竖向变形之比在相同条件下也比一般土要大，换句话说，其泊松比要比非软土大。

饱和软土受荷时，初期水来不及排出，土体体积不能收缩，便从侧向向外挤出，侧向膨胀的体积与竖向沉降的体积近于相等，泊松比接近于0.5。

随着水的逐步排出，土体体积收缩，竖向沉降进一步发展，而侧向可能略有收缩。

这时的泊松比小于0.5，达到0.4，乃至0.3以下。

从最终稳定的变形来看，软土的泊松比一般高于非软土。

3 软土地基处理的目的
软土地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性。

主要包括以下方面：
（1）提高地基的抗剪强度；
（2）降低地基的压缩性；
（3）改善地基的透水特性；
（4）改善地基的动力特性；
（5）改善特殊土的不良地质特性。

4 常用软土地基处理方法
4.1 换填法
换填法就是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基。

当地基软弱土层较薄，而且上部荷载
不大时，也可直接以人工或机械方法（填料或石填料）进行表层压、夯、振动等密实处理，同样可取得换填加固地基的效果。

经过换填法处理的人工地基或垫层，可以把上部荷载扩散传至下面的下卧层，以满足上部荷载所需的地基承载力和减少沉降量的要求。

当垫层下面有较软土层时，也可以加速软弱土层的排水固结和强度的提高。

4.2 复合地基
在软基处理实践中，常按一定的间距和分布在软土层中打设许多桩柱以形成“复合土层”，由复合土层组成的地基即为复合地基。

复合地基是相对于天然地基而言，它的实质是考虑桩、土共同分担作用，这无疑比仅仅认为荷载由桩体来承担要经济。

组成复合地基的桩柱很多，如碎石桩、挤密砂桩、深层搅拌桩（有粉体和浆液两类）、石灰桩、高压旋喷桩、土桩和灰土桩等，这些桩按成桩后桩体的强度（或刚度）可分为柔性桩（如碎石桩和砂桩等）和半刚性桩（如深层搅拌桩、高压旋喷桩等）。

柔性桩只有受到桩周地基土体的支撑才能成型，因此要求原地基满足一定的强度条件，施工时一般应在加固范围外侧设保护桩；半刚性桩的性质介于刚性桩和柔性桩之间，水泥（或石灰）掺入量的大小将直接影响桩体的刚度，施工时一般无需在加固范围外侧设置保护桩。

复合地基桩柱种类的选用，应根据软土的工程性质、建筑物对地基的要求和工程经济等诸方面加以考虑。

上述各类桩柱中，土桩与灰土桩主要用于干旱地区地下水位以上的湿陷性黄土或人工填土，不宜用于饱水软粘土；石灰桩是一种最古老加固方法，现已为石灰系深层搅拌桩所取代；挤密砂桩主要用于挤紧松散砂性土，以提高其强度和防止其液化；高压旋喷桩虽施工方便，形成的桩柱强度大，但成本较高，宜用于对地基承载力要求高的较大型建筑。

根据高速公路软基的工程特性，目前一般选用技术合理、但成本较低的粉体系列深层搅拌桩或碎石桩来处治。

4.3 塑料排水板固结法
塑料排水板固结法具有排水速度快、耐久性强、施工方便、成本低廉等特点，已成为目前处理软土地基，特别是深厚层软土和缺沙软土地基施工的首选方法。

京津塘高速公路、同三线宁波段高速公路、杭甬高速公路、沪宁高速公路、宁合高速公路等路段均有应用实例，取得了良好的效果。

塑料排水板是一种能够加速软土地基排水固结的垂直排水材料。

当它在机械力作用下被插入软土地基中后，能以较低的进水阻力聚集从周围土体中排出的孔隙水，并沿垂直排水通道排出，使土体固结，从而提高地基的承载力。

塑料排水板有复合型和单一型两类。

目前，在我国公路施工中多数使用的是复合型结构。

其结构由用于滤水的外膜及形成骨架和排水通道的蕊板组成。

蕊板是用高压聚乙烯工程塑料制成，板面两侧沿纵向嵌有若干条不同断面形式的排水沟槽构成排水通道。

蕊板表面光滑，尺寸均一，并能耐酸碱、抗腐蚀。

滤水外膜为绦纶无纺土工布，套在蕊板外层，用来过滤土体中排出的孔隙水，防止蕊板排水通道被粘土堵塞，保证排水通畅。

4.4 加筋法
土工合成材料加筋垫层加固法是将土工合成材料平铺于垫层上、下或之间以提高地基表面承载力，使上部荷载均匀分散到地基中。

当地基可能出现塑性剪切破坏时，土工合成材料将起到阻止破坏面形成或减小破坏发展范围的作用，从而达到提高地基承载力的目的。

此外，土工合成材料与垫层土之间的相互磨擦将限制地基土的侧向变形，从而增加地基的稳定性。

加筋垫层是将抗拉能力很强的土工合成材料埋置于垫层中，利用土颗粒或碎石位移与拉筋产生摩擦力，使土与加筋材料形成整体，减少整体变形和增强整体稳定。

由于土工织物受拉作用，调整了基底应力分布，地基侧向位移和沉降相应减少，地基稳定性就大大提高。

5 各种处理方法的综合选定
天然地基承载力80kPa以上的可以用振冲法、强夯法、桩基等技术来处理地基，也可以作为一般地基来应用。

80kPa承载力以下，尤其是40kPa承载力以下的地基只能用深层搅拌法和排水固结法，水泥深层搅拌法需要考虑地下水和土质成分对水泥是否有害，如果地下水对水泥有侵蚀性则不能使用，从室内试验成果来看：含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土效果较好；含伊利石、氯化物和水铝石英矿物的软土效果较差，对于有机质含量高、酸碱度（pH值）较低的软土更差，更要引起注意。

我国沿海软土大部分为伊利土类型，含蒙脱石的类型不多，因此在使用水泥深层搅拌法加固软土地基时水泥含量不能太少。

对于水泥深层搅拌法是采用浆喷还是粉喷，可初步确定为高含水量的软土以干法为好，低含水量的软土以湿法为好，对于长江三角洲、珠江三角洲，由于含水量多在60%-100%之间，采用粉喷桩是合适的。

对于高液限土不宜用深层搅拌法和高压喷射注浆法，尤其不能用水泥粉喷搅拌桩。

由此可看出在选用各种处理方式时，首先应选择塑料排水板、水泥搅拌桩进行处理，在无法满足要求时可以采用旋喷桩、CFG桩进行处理，但必须合理选择间距，如间距选择过大，过分强调这些桩的分担作用，将造成处理效果的偏差。

6 结语
软土地基处理技术发展很快，而软土地基的复杂性、试验验技术的准确度及固结理论在设计计算中还存在一些问题。

同时，软土地基的处理方法也各具特点，都有它的适用性和局限性，因此对软土地基的处理需因地制宜地采取相应的处理措施。

【参考文献】
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