道路工程软土地基处理方案选择研究进展_潘瑞春

2012年10期（总第94期）23基金项目：国家自然科学基金资助项目（30972359）；福建省高校产学重大资助项目（2010H6003）。

作者简介：潘瑞春（1964－），男，教授级高级工程师，从事路桥规划设计等研究。

道路工程软土地基处理方案选择研究进展潘瑞春1，黄瑞章2，周新年3，周成军4，（1．福州市规划设计研究院，福建福州350003；2．福建农林大学交通学院，福建福州350002；3．福建农林大学交通学院，福建福州350002；4．北京理工大学机械与车辆工程学院，北京100081）摘要：软土地基对道路整体的稳定性构成了极大威胁。

对道路沿线的软土地基进行必要的处理是至关重要的。

综述当前软土地基处理方案选择研究的最新进展，针对软基处理方案选择中存在的问题，提出软基处理方案选择应进行系统综合比选等对策，展望软基处理方案选择智能决策模型等研究前景。

关键词：软基处理；研究进展；存在问题；对策；前景中图分类号：U416.16文献标识码：B软土地基一般是指由吹填土、淤泥质土、杂填土构成的压缩层或者其他高压缩性土层所组成的地基，其存在不稳定性，常使道路沿线出现裂缝、下沉甚至是破坏。

在我国，软土地基比较广泛的分布于沿海地区、内陆平原或山间盆地。

在我国沿海各地区，主要分布的是海岸沉积的软土，而长江、黄河、淮河、珠江等各大河流下游，则为陆相的河滩沉积以及海相的三角洲沉积，在洞庭湖、洪泽湖、太湖等各大湖泊周围，广泛分布着湖泊沉积的软土。

我国“十二五”规划中，公路总里程将达到450万km ，其中高速公路总里程将达到10.8万km ，二级以上公路总里程将达到65万km ，农村公路总里程将达到390万km 。

由于道路的大规模建设，加上我国幅员辽阔，建设中经常会遇到一些软土地基路段。

为了消除软土地基对道路的整体稳定性产生的不良影响，增强软土路基的稳定性，同时消除软土路基的侧向滑动位移，必须对软土地基进行浅层或者深层的处理。

道路软基处理方案归纳起来有单种处理方案，即换填土层法、排水固结法、强夯法、挤密法、化学加固、复合地基法等，还有由2种或2种以上处理方法构成的复合处理方案。

1道路工程软土地基处理方法的发展历史在国内，20世纪50年代中期，我国引进土桩挤密法，在西北黄土地区开始试验和应用；20世纪50年代中期至今，我国在公路、铁路、市政道路等工程中，选用换填土层法来进行软基处理，其运用非常广泛；上世纪50年代，我国开始了对真空排水预压法处理方案的研究，并在上世纪80年代取得了成功，此后该技术在我国得到了很大的发展，经常采用真空堆载联合预压方法，取得了不错的效果；1973年开始对旋喷法进行了试验研究，并于1974年应用于工程中；1977年起，开始应用振冲碎石桩法，同时在干振法处理软土地基的施工工艺等方面，也取得了明显的效果；20世纪80年代，中国建筑科学研究院开始对水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）进行实验研究，它以施工方便、承载力高、适用范围广等优点，已是较为普遍的地基处理技术。

总的来说，我国对软土地基的处理方案选择可分为3个阶段：20世纪70年代以前，由于受到技术发展不成熟以及经济条件贫乏的限制，都有意识地避开了软土地段，以减少道路工程投资；20世纪80 90年代，软土地基处理技术的长足发展和经济条件的改善，软基处理方案选择趋于多样化；20世纪90年代以后，各种软基处理技术已广泛地应用于道路工程建设中，软基处理方案选择更有保障。

在国外，1925年，砂井排水固结法由Moran 实践得出，其将垂直砂井用于软土的深层加固，而后袋装砂井的出现，基本解决了普通垂直砂井施工中存在的问题；1934年，前苏联的阿别列夫提出了土桩挤密法，并于1948年应用于工程上，被前苏联和东欧国家用来处理深层湿陷性黄土地基；1936年，德国的Steuerman 提出了振冲碎石桩法，于上世纪50年代开始应用于工程中，最初用于振密松砂地基，后用于粘性土地基；1952年，瑞典的杰尔曼（Kjellman ）提出真空排水预压法，关键技术是解决抽真空设备的效道路工程242012年10期（总第94期）率、密封技术以及气水分离技术等；20世纪60年代末，法国Menard 技术公司提出强夯法，用来加固砂土、杂填土、粘性土、碎石土、湿陷性黄土等各类软弱地基；日本于1970年始创了旋喷法，它是由化学注浆法渐渐演变而来的；深层搅拌法（高压旋转法）是近几年发展起来的，它利用喷射化学浆液与土体混合搅拌后，用来处理软土地基的，在日本被称为CCP 法；日本深层搅拌法中水泥搅拌桩广泛应用的地基加固方法，简称CMC 工法。

此外，道路工程软土地基处理还有一些不常见的方案，如热加固法、冻结法、爆破法等，它们也是伴随着其他处理方案发展起来的。

2道路工程软基处理方案选择的研究现状2.1常用的软基处理方法道路软土地基处理方法可按地基处理的原理、目的、性质、时效等分类，常见是根据地基处理原理来进行分类。

常见的软基处理方法，见表1。

表1常用的软基处理方法序号分类处理方法原理及作用适用范围1换填土层法机械碾压法、平板震动法、重锤夯实法、强夯挤淤法与爆破法采用人工、机械、爆破法等，将基底一定深度范围内的软土层挖除，回填强度较高、稳定性较好的砂砾、卵石等，分层压实至规定的密实度。

提高承载力，减少沉降量。

适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理，处置深度不大于5m 。

2排水固结法塑料排水板法、袋装砂井法和砂柱设置竖直排水井，缩短软基中的排水距离，运用堆载预压或真空预压，水由排水通道排出，加速土体固结并起到一定的压密作用，提高土体的抗剪强度、土质的固结度及地基承载力。

适用于处理含水量较大，土层较厚淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和黏性软土地基。

塑料排水板法最大有效处理深度为18m 。

3强夯法强力夯实（动力固结法）利用落锤夯击能（600 10000kN ·m ），产生的冲击波和动应力，对软土地基进行挤密压实，以冲击荷载夯实软弱土层，土层被强制夯实，提高地基承载力。

适用于黏性土、碎石土、粉土、砂土、杂填土、素填土、可液化砂土及湿陷性黄土等软土地基。

处置深度为10 20m 。

4挤密法石灰桩、旋喷桩、挤实砂桩通过挤密、振密使土体更加密实，提高软土地基的抗剪强度和减小压缩性目的。

使软基土粒相互紧密，减少孔隙比，使桩体与原土体组合成复合地基。

适用于湿陷性黄土、砂土、黏性土、低饱和粉土、杂填土、素填土等地基。

旋喷桩与挤实砂桩处理深度为20m 。

5化学加固法电动硅化、压力灌注、高压旋喷法利用压力将胶结剂或化学溶液，通过注浆管均匀注入软基土层中，使土颗粒胶结起来，凝成一个整体，能对软土地基加固并起到防渗作用。

适用于处理淤泥、淤泥质黏土、黄土黏性土、粉土、砂土、人工填土等。

6复合地基法碎石桩、深层搅拌桩（有粉喷桩和湿喷桩两类）、CFG 桩复合地基考虑了桩、土共同分担作用。

桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小；桩对土体侧向变形限制，使复合地基沉降变形降低。

适用于黏性土、黄土、粉土、砂土、素填土等。

碎石桩处理深度为20m ；粉喷桩与湿喷桩深度为15m ；CFG 桩深度为30 40m 。

2.2复合处理方案的选用从目前软基处理要求来看，仅仅通过单种处理方案难于达到理想的处理效果，通常在采用某种处理方案的基础上，结合其他手段，形成软基复合处理方案。

2.2.1土工织物法结合塑料排水板处理软基通过利用排水板的排水作用和土工织物的加筋作用来加快土体固结，且提高地基承载力。

在地基中设置塑料排水板并且结合超载预压，对于加速地基的固结，减少沉降是十分有效的。

由于土工织物加筋垫层的铺设，使地基的不均匀沉降及深层侧向位移都很小，对于地基的整体稳定提供了重要保障。

这种方案一般适用于抗剪强度很低的软土路基处理。

2.2.2土工格栅结合振冲碎石桩法处理软基碎石桩是黏性土中的排水通道，起到排水井的作用，缩短了孔隙水的水平渗透途径，加速软土的排水固结，使其沉降稳定加快；土工格栅起到加筋作用，当碎石或土填铺和夯实在土工格栅上时，碎石或土粒部分穿过格栅网孔，土工格栅与颗粒之间进行咬合，使土工格栅可以抵抗填料的水平剪力，能使处理完后的软土地基发挥最大承载力。

该方案适用于砂性软土、黏性软土地段。

2.2.3柱锤冲扩碎石桩结合CFG 桩处理软基采用柱锤冲扩碎石桩和CFG 桩共同组成复合地基，消除或部分消除液化，提高原有地基土的承载力。

在消除液化后，进行CFG 桩的施工，能降低工程总造价。

2.3分析评价理论的应用近年来，国内外学者提出的灰色理论、模糊理论、神经网络法等，由于它们可以合理地将软基处理中主观判断因素（工程投资、环境影响、地质条件、人员状况等）定量化，并进行综合分析。

国内已有祝启坤、王建华等人利用了模糊数学理论，通过对评2012年10期（总第94期）25价指标的排序来决定软基处理的施工工艺；王广月、刘挺等人则采用层次分析法，通过把系统分析归结为最低层相对于最高层的相对重要性权值的确定，或者相对优劣的排序，进而可以确定最合适的软基处理方案。

然而，目前己有的这些研究都是从宏观方面进行讨论的，实际上，软土地基处理所面临的根本问题在于地质条件的改变，即土层性质（土性指标）改变。

3道路工程软基处理方案选择中存在问题3.1实践总结与新技术的开发不够对于软基处理实例的研究多，但其系统研究却少。

从查阅资料看，成功的单个软基处理实例分析报告多，而系统性的理论与实践研究却不足。

对于失败的软基处理实例研究报告分析缺乏，这对软基处理方案选择是一个损失，但实际上，失败的实例更具有研究价值。

软土地基处理新技术的研究还不够，对于软土地基处理效果的检测技术还有待进一步发展。

传统的处理方法往往会费工费时，且价格昂贵，处理效果难以满足要求，如在以往的工程实践中，当采用水泥搅拌桩来处理软土地基时，施工中常存在水泥用量难控制、均匀性差、强度低、沉降得不到有效减少，达不到设计意图，甚至还有沉降量反而增大等一些问题，影响了加固效果。

3.2系统科学的理论指导还不健全对选择方案影响因素的考虑上，存在着较强的主观性及片面性，一般只是进行简单的经济比较、技术比较和线性分析。

对于软土地基处理方案的选择还处于经验决策的阶段，缺乏较为系统的、科学的理论来指导处理方案的选择。

软土地基处理方案的系统实用决策分析研究不够，对于影响软基处理方案选择的各项指标值，尚存在着模糊性，而且在方案决策时以精确值或平均值代替，并没有反应指标的模糊特性。

以太沙基的经典土力学作为基础的理论公式法仍然被广泛地应用，一方面体现了该理论公式法具有简便、直观、计算参数少且易取得等优点；另一方面，说明数值计算技术与实际情况尚有一定的差距，并没有充分表现出其优越性。