浅谈公路的软基处理技术

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　　摘要：近20年来，浙江省部分公路建设中，软土路基处理问题已成为影响工程造价和道路使用质量的突出矛盾之一。在我国，虽然对于部分公路软土地基处理已有成功的工程实例，但老问题总会出现新情况，各种处理方法也在不断发展和完善。公路软基鉴别与处治是每个路基项目都面临的问题，本文结合工程施工对软基鉴别与施工做一些探讨。
　　 关键词：软基处理施工 方法 鉴别
　　1引言
　　道路工程中的软基变更几乎每条道路都会面临着的问题,本文试图从工程实践中对当前软土路基的试验处置做一些有益的探讨。一般对于软基工程的确认，施工、监理与业主之间总是有不一致的地方，因为这牵涉到较大工程量的变更，变更主要有三方面的变更，一是由于现场实际软土地基深度与地质考察不符，根据软土地基的深度以及软土构造的不同，在设计上会采取主动的方案变更；二是对设计软基工程量的变更，由于设计上各方面的原因，施工单位在施工中对深度和广度会提出一些变更的申请；三是施工单位在实测工程时会发现一些原设计上没有但施工中却存在的软基。不管是哪种情况，都应认真对待，否则对将来路基的稳定性将产生严重的隐患。
　　2软基处理的前期准备工作
　　软基在公路工程施工中的先后问题，按理讲应是利用大规模的路基施工之余，分段处理。一般情况下所承建的高速公路，凡变更超过一定的额度均须报请业主批准，变更周期比较长，申报程序较复杂，鉴于此种情况，我们采取了集中精力对全线软基的辨识确认，事实证明，在此种情形之下，该方法处置得当，早期的这些工作为日后大规模施工创造了条件。
　　 软土路基的确定，是一项比较容易引起争议的工作，正因为如此，才有必要对软基的研究进一步加强，用比较量化的试验指标来控制。在确定软土时要查明软土及与之相存在的一般土层的成因及类别、范围、物理力学性质及必要的水理化学性质。
　　 然而对软土的鉴别由于各省区各道路工程的软土成因不尽相同，故而其性质也千差万别，滨海、谷地、河滩、湖沼等各处辨别也应区别对待，不宜生搬硬套标准。因此我们对某路段的主要软基取样并作了试验，所得数据如下：
　　桩号 深度（m） 天然含水量w（%） 天然密度ρ（g/cm3） 比重γ 液限wl（%） 塑限wp（%） 塑指孔隙比e（%） 孔隙率n（%） 饱和度Sr（%）
　　K10+140 4 37.3 1.446 2.723 30.6 20.3 10.3 1.583 61.3 64.2
　　K10+180 2 39.7 1.357 2.723 30.9 20.5 10.4 1.799 64.3 60.1
　　K11+500右4米 2 48.5 1.186 2.723 45.1 26.7 18.4 2.404 70.6 54.9
　　K12+430左13米 2 50.4 1.118 2.681 59.8 32.2 27.6 2.606 72.3 51.9
　　DK0+370左1米 1 51.4 1.120 2.783 / / / 2.762 73.4 51.8
　　EK0+150右2米 1．5 59.4 1.018 2.591 46.5 29.2 17.3 3.057 75.4 50.3
　　
　　由以上数据分析可得出以下规律：
　　2.1． 一般天然细粒土的天然密度在1.60~1.75 g/cm3之间，而水又是不可压缩的,密度远小于土的天然密度1.60~1.75 g/cm3,所以对于同样的土质含水量的增加必然导致土体干密度的减小。
　　2.2．液塑限的因素。由以上结果分析，液塑限对软基的断定并非必然的连系,事实上,在本工程中,我们遇到了相当多的高液限土(约为60%),并且用这些高液限土填筑路基,若处理得当效果也不错。当然了,高液限土(wl>50%)是一种不适宜材料, 击实试验表明液限大,最佳含水量也较大,自然对应的最大干密度就会较小,一般高液限粘土的最大干密度为1.55~1.65g/cm3。
　　2.3．孔隙比。孔隙比与含水量有较大的关系，其公式为e0=Gρw（1+w）/ρ-1
　　（式中：ρw为水的密度，G为土粒比重，ρ为湿密度，w为含水量）
　　其中若w较大将导致分母ρ较小，必然导致e0较大。事实上，软土的G并未见有特别之处，因此可以说w较大程度地决定了e0的大小。
　　本工程推荐使用荷兰轻型触探仪来鉴别软土， 使用方法：开沟清表30cm厚之后的连续第3个晴天,现场测试地基,当满足Cu≥25Kpa时即位软土深度，软基探测每断面间距10米，布置5个测点，或以5mx5m方格网“十”字角点作为触点。Rd=m2hN/（20（Ti+M）A）
　　Cu=0.02Rd
　　式中：Rd――动贯入阻力（Kpa）
　　Cu――不排水抗剪强度（Kpa），土的抗剪强度为τ=σּtgΨ+c, τ与作用在滑动面上的正应力无关,故记τmax=Cu。也有依据紧密程度取Cu=（0.02~0.033）Rd的
　　h――降落高度0.5米
　　20――贯入深度20cm
　　Ti――净重（限位器、导杆、探头、及杆件总和）。本试验室触探仪的Ti为8.35kg,若加杆每根2.45kg。
　　M――锤质量10.35kg
　　N――贯入每20cm的锤击次数
　　A――探头面积5cm2
　　在实际使用中，我们发现，荷兰轻型触探仪对较深软土的适应性并不太好，很典型的软基，若深度超过1.5米,荷兰触探仪就处于失效状态，因为软泥对探杆的吸附作用已经成为不可忽略的因素。
　　 另外还提出了钢钎插探的方法。该法很不实用，因为深度稍大（如1米），钢钎很难插进和拔出。所以最后普遍采用了挖掘机直接挖探并结合使用荷兰触探仪的方法，取得了较好的效果，没有什么争议，所以能被业主、监理、承包商所接受。该方法是在需鉴别的路段进行随机选点，之后用挖掘机先挖探，再用荷兰触探仪对基底触探。但深度超过3米的话，容易引起坍塌，所以出于安全考虑，不再进行触探，可现场用手捏原状土来初步判断，并配予需要的室内土工试验。
　　
　　3软基处理的常见方法
　　 软基的处治,一般常见的有:挤密砂桩,碎石桩,粉喷桩, 浆喷桩，预应力管桩，真空预压，抛石挤淤,挖除换填片碎石,袋装砂井、塑料排水板,粉喷桩，反压护道,土工布等。下面对工程中运用较多的几种方法做个介绍。
　　3.1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。
　　 挖出换填片石处置软基，效果最好，由于完全挖开处理，不会留有隐蔽危害，但是费用也较大，因此一般换填至超过地下水位30cm即可采用回填素土的方法，所回填的素土应满足CBR〉8%，低液限，如果有条件设置渗沟、盲沟的话，对于路基的稳定会大有好处。
　　3.2塑料排水板施工：塑料排水板用插板机插入软土地基，在上部预压荷载作用下，软土地基中空隙水由塑料排水板排到上部铺垫的砂层或水平塑料排水管中，由其他地方排出，加速软基固结。在软土地基处理中，塑料排水板的作用设计，施工设备基本与袋砂井相同。

　　塑料排水板加固软土地基的优点：
　　（1）滤水性好，排水畅通，排水效果有保证。
　　（2）材料有良好的强度和延展性，能适合地基变形能力而不影响排水性能。
　　（3）排水板断面尺寸小，施打排水板过程中对地基扰动小。
　　（4）可在超软弱地基上进行插板施工。
　　(5). 施工快、工期短，每台插板机每日可插板15000m以上。
　　塑料排水板在打设过程中应随时注意控制套管垂直度，其偏差应不大于±1.5% ；打设塑料排水板时严禁出现扭结断裂和撕破滤膜等现象；打设时回带长度不得超过500mm，且回带的根数不宜超过打设总根数的5% ；剪断塑料排水板时砂垫层以上的外露长度应大于200mm；应检查每根板的施工情况当符合验收标准时方可移机打设下一根，否则须在邻近板位处补打；打入地基的塑料排水板宜为整板，长度不足需要接长时必须按规定的方法与要求进行；一个区段塑料排水板验收合格后，应及时用砂垫层砂料仔细填满打设时在板周围形成的孔洞，并将塑料排水板埋置于砂垫层中。
　　3.3对于较深的软基，挖出换填的话，工程量太大，可以考虑采用粉喷桩。粉喷桩主要是以粉体物质作用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，以带动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32.5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的发生。不得使用受潮结块的变质水泥。试验室应重点对水泥剂量监控，重点保证均匀性。初期配合比对剂量的提供要准确合理，实际上，七天之内，即产生主要强度，我们配制了3%~6%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7天桩监控，1）破去桩头0.3m~0.5m表层水泥，进行外观检测，主要检测其桩体外观是否圆顺，水泥土搅拌是否均匀；2）用轻便触探仪对开挖出来的桩头进行强度检测，根据N10贯入10cm的锤击次数 或N10的连续贯入30cm的锤击次数来判定桩头强度是否合格（可采用公式[σ0]=N10*8-20）。据此有疑问的桩，在成桩28d后进行进行钻芯取样检测。在28天时对成桩进行随机检测只要出现以下情况，即可定为不合格桩。
　　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。
　　3.4对于较深的软土地基地方，可以采用预应力管桩，预应力管桩由于具备单桩承载力高；施工进度快；噪音小、污染少；穿越土层能力强；现场施工方便；质量好控制；在高速公路特殊路段，尤其是新老路基拼接段被广泛采用。
　　预应力管桩的适用条件
　　（1）PTC桩为预应力薄壁管桩适用于10m≤软土深度≤20m的一般软基路段。要求静压桩机的最大压力≥180t。
　　（2）PHC桩为高强度预应力管桩适用于有双层软土且中间有硬土夹层，软土深度≥20m的路段，要求静压桩机的最大压力≥280t。
　　由于预应力管桩均在工厂集中预制，质量容易保证；在现场根据不同的软基条件采用不同型号的管桩（PTC及PHC）符合实际情况；PTC及PHC桩均采用静压法施工，而且要求静压力较大，分别为180t和280t；达到设计高程后，还需持荷（正常压力）10min每分钟沉降量≤2mm方可停止送桩，管桩都进入了持力层，因此，管桩处理过的软基段基本都较稳定。到达设计深度后再浇筑桩帽，铺筑碎石垫层和钢塑格栅构成了复合地基。沉降观测资料表明，经过预应力管桩处理的软基路段，沉降很小或基本无沉降，新老路基拼接处基本无变形，使用效果良好，但工程施工成本较高，对施工作业面的地基承载力也有一定的要求。
　　3.5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，基本物理力学性能指标表现为稠度远超过液限、透水性差、天然含水量较大、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治或处理不当，往往会导致路基失稳或过量沉降，造成道路不能正常使用。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，就可以采用抛石挤淤法。抛石挤淤就是向路基底部抛投一定数量的片石，将淤泥挤出基底范围，以提高地基的强度。施工时用抽水机或自然排水法将处理范围内的地表水抽排入天然水系，必要时围堰排水，并作好挖换范围内的排水沟、截水沟，以免再次积水。
　　抛挤时，对于软土地层平坦时，抛投沿路中线向前抛填，再次向两侧扩展，软土地层横坡陡于1：10时，自高处侧向低侧抛投，并在低侧边部多抛投，使低侧边部有2m宽的平台顶面。抛石工作完成，并铺筑好碎石或砂砾垫层,再在其上铺一层土工格栅,整个路段土工格栅摊铺完成后，铺筑砂垫层，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。
　　4软土地基处理方法的适用性
　　通过不同的工程实施后，并在长期的使用后，根据软土地基的不同的形式可以采取针对性的软土地基处理方案，对于鱼塘和洼地可以采取抛石挤淤；浅层的软土地基可以采取换填片碎石；一般深度在2~6m路段的软土地基可以采用粉喷桩或塑料排水板、真空预压方法；软土地基深层达到6m以上的，考虑公路建设的全寿命成本，降低长期的养护费用，可以采取预应力管桩的方法。
　　4 结语
　　公路软基处理一直是公路建设中的重要处理课题，它在公路建设中起着举足轻重的作用，它严重影响道路交通的安全运营，进而严重影响国民经济的发展。如果这方面没作好的话，它将严重缩短道路的使用寿命，造成国有资源的不必要浪费。从我国的可持续发展路线来看，也显得非常重要。

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