高速公路软土路基处理技术

高速公路软土路基处理技术研究
摘要：高速公路软基处理历来是工程技术界的一个比较棘手的问题。

一旦处理失误或达不到预期的处理效果，将会给工程造成质量隐患和经济损失，根据不同软土地基情况和不同结构对承载力的要求，处理方法多种多样。

本文针对cfg桩在软土路基的应用探讨，以提高软土处理工程质量。

关键词：复合地基；软土路基；cfg桩
随着高速公路建设的飞速发展，道路的建设需求也不断地扩大。

但由于道路地质形成的特殊性，沿线路基下经常存在深厚不同的软土层，在该软土地基上修建道路时，若对地基处理不当，有可能因地基沉降或差异沉降过大而影响道路的正常使用功能。

软土地基的处理质量直接影响到路基的基础承载力，也是保证道路建成后安全、高效运营的关键。

所以选择合理的软基处理方案及技术快速准确实施，从而取得预期的经济和社会效益，具有重大的实际意义。

一、工程实例
某高速公路根据地质调查及钻探勘察结果，该路段呈层状连续分布冲洪积层淤泥或淤泥质土，揭露层厚4.0～4.7m，加上已换填土，层厚达6.2～7.4m，向三侧山脚变薄，往中间及向东变厚，最大厚度达10m，沿路基分布长170m ，最大宽度90m，分布面积约12,5 62m2。

呈流塑状，含水丰富，含水量大于液限，孔隙比大于1，具有易触变性、高压缩性和易剪切滑动等不良地质特征，其透水性差，固结时间长，抗滑稳定性差，地基承载力低，不能直接作为地
基基础持力层。

二、软土路基特点
软土由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土，主要有淤泥质土及泥炭。

软土按沉积环境分为以下四类：滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积和沼泽沉积。

软土在我国沿海地区和内陆平原或山间盆地都有比较广泛的分布，它们的成因、结构和形态虽然不同，但都有含水量大、压缩性高、强度低和透水性差的特点。

我国沿海各地主要是海岸沉积的软土，长江、黄河、珠江、淮河、等各大河流下游为陆相的河滩沉积和海相的三角洲沉积，洞庭湖、洪泽湖、太湖等各大湖泊周围广泛分布有湖泊沉积的软土。

软土地基极易变形，在高速公路建设过程中，有些软土地基填筑过程中就因路基变形，无法定型铺筑路面；有的即使勉强铺筑了路面，但由于软基变形，未待交工验收，路面就开始失去稳定和平整，有的在运营中变形，不但要年年整治，耗用大量人力、物力和财力，而且影响行车安全，或者中端交通。

在软土地基上修建高速公路，首先要进行加固处理。

因此，加强对软基处理效果的研究，科学地选择经济、有效的软基处理方案，对于确保高速公路的工程质量具有很重要的意义。

三、软土地基处理方法
由于地质情况干差万别，各地甚至同一地区的软土地基处理方法也不尽相同。

根据公路地基软土的不同特征、分布情况和地理情况等因素，可采用不同的处理方法。

下面就目前常用的几种公路软
土地基处理方法的特点及使用条件作简要介绍，仅供参考。

（1）换土(垫层)法
换土(垫层)法是指用人工或者机械挖出基础底面下处理范围内的部分或者全部软土，然后分层换填强度较大的砂性土或者黏性土等性能稳定好、压缩性小、无侵蚀性的材料，并压实至要求的密实度，作为地基的持力层。

这种方法从根本上解决了软土地基的问题，效果好，但由于软土地基的地下水位较高且开挖困难，因此只能在一定深度内进行开挖换士(一般不超过2m)。

（2）排水固结法
排水固结法就是在拟处理的地基中设置砂井、塑料排水板等竖向排水通道，然后利用建筑物本身的重力分级逐渐进行加载；或者是先在场地进行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时地基强度逐步提高的地基处理方法。

该法主要解决两个方面的问题：沉降问题和稳定强度问题。

此种方法适用于处理饱和软弱黏土层(如淤泥质土、粉质土和冲填土等)。

（3）强夯法
强夯法又称动力固结法或动力压密法，是一种将较大的重锤(一般约为80～400kn，最重达2000kn)从6～20m高处(最高达40m)自由落下，对较厚的软土层进行强力夯实的地基处理方法。

强夯后，一定范围内的地基强度提高、压缩性降低。

此法初期只适用于加固砂土、碎石土地基，目前可用于加固从砾石到黏性土的各类地基土。

由于强夯法设备简单、施工速度快、不添加特殊材料、造价低、适
应处理的地基多，应用日趋广泛。

（4）抛石挤淤法
抛石挤淤法施工用料要采用不易风化石料，片石大小随淤泥稠度而定，粒径小于30cm的含量不得超过20％。

抛投的顺序应沿路中线向前抛填，再渐次向两侧扩展，以使淤泥向两侧挤出。

当软土底面有较大横坡时，抛石应从高的一侧向低的一侧展开，并在低的一侧多抛，使低的一侧边部形成约有2m宽的平台项面。

片石高出软土面后，应用较小的块(碎)石垫平，并用碾压设备反复碾压至设计压实度，然后在其上铺设反滤层，再填土至设计高程。

四、地基评价及地基处理技术
（1）本路基段工程地质、水文地质条件总体较简单，尽管存在软土等不良地质现象，但经过地基处理或加固，适宜路基建设；
（2）顶部耕植土、杂填土位于表层，厚度薄，应予以处理；第ⅱ层淤泥或淤泥质土呈流塑状，厚度大，承载力低，不能满足设计要求，不能作为天然地基基础持力层，需经过地基处理或加固措施，形成复合地基，才能作为填土路基基础持力层；第ⅲ层残积亚粘土，层位较连续稳定，厚度较大，呈软一硬塑状态，强度较高，工程地质力学性质较好，可做路基基础持力层；第iv 层强风化辉绿岩分布稳定，厚度较大，承载力高，稳定性好，可做路基基础持力层；
（3）考虑到软土处理范围和深度很大，决定采取cfg桩复合地基方法，但是，受施工工艺所限，cfg 桩的布置密度不可能很大，因此，单一的复合地基型式很难在承载力和变形上达到工程要求，
而且山区沟谷软基的电力供应和原材料供应存在较大难度，因此，决定采用多桩型复合地基处理，即cfg 桩与夯实水泥土桩联合处理的复合地基型式。

试验段软基的处理方案图1、图2 所示。

图1 桩型布置平面图图 2 桩型布置剖面图
cfg 桩身混凝土强度c1 8，夯实水泥土桩按水泥:土料=1:6 拌和。

具体处理方案为：cfg 桩桩长约10m，桩径40cm，桩间距160cm ，正方形布置；夯实水泥土桩桩长约6m，桩径400mm，桩间距80cm，沿cfg 桩所形成的正方形边平分线呈十字形交叉布置。

根据多桩型复合地基的承载力和沉降计算方法对上述复合地基方案进行验证，算得复合地基承载力为453pka，沉降量为66.8mm，满足工程要求。

一般情况下，多桩型复合地基的施工应本着先主桩后次桩，先长桩后短桩，先挤土桩后非挤土桩的顺序进行。

在本次试验中，应先施工cfg 桩，再施工夯实水泥土桩。

根据工程要求，多桩型复合地基的承载力设计值为320kpa，根据公式计算所得的承载力标准值为453kpa，安全系数为1.42，完全可以满足工程要求。

在实际工程检测中，由于受荷载板面积限制，没有取得多桩型复合地基的承载力特征值，但是，试验检测的cfg 单桩复合地基承载力特征值为345kpa ，夯实水泥土桩单桩复合地基承载力特征值为155 kpa，从这些数据可以看出，多桩型复合地基可以满足山区沟谷软基处理要求。

五、结论
（1）在以往的工程经验和理论成果的基础上，给出了多桩型复合地基设计和计算方法，可为设计施工提供参考；
（2）给出了多桩型复合地基法处理软基的施工工艺体系和质量检测体系，质量检测可采用钻孔取芯、室内试验和静载试验结合的方法；
（3）多桩型复合地基法处理软基的质量检测结果表明：桩间土的物理力学性质有了较为明显的改善，但承载力提高有限；复合地基的承载力在cfg单桩345kpa 以上，满足工程设计要求。

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。