软土路基处理方案设计分析

软土路基处理方案设计分析

冯贯良

冯贯良

中国市政工程西北设计研究院深圳分院

摘要：由于软土地基成分复杂以及含水量高等特点，在城市道路软土地基的设计与建设过程中，如没有妥当处理，对于道路的承载能力及使用寿命会产生严重的影响。本文根据多年工程实践，对软土地基的处理设计及措施进行分析，供同行借鉴参考。

关键词：软土路基；水泥搅拌桩；处理措施；设计

1、软土路基常见问题

软土路基主要特点是孔隙大、含水量高等，容易破坏路基。总结有以下几个方面的问题：（1）、承载能力很低，施工时容易导致地基土破坏，（2）、沉降量非常大，主要由于软土压缩性大，施工完后发生不均匀沉降以及导致地下管道出现断裂或裂缝等情况。（3）、开挖容易发生边坡失稳，直接影响到施工进度。软土地基处理降水时可能会对周边建筑产生不均匀沉降的影响。（4）、正常使用情况下，由于在荷载作用下地基也会发生变形。当沉降或水平位移超过允许值后，将直接影响道路的正常使用。

2、城市道路软土路基处理措施

2.1软土路基浅层处理措施

2.1.1换土垫层法

对于软基厚度较小的路段，挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂（或砂石）垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量，常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。通常情况下，换土垫层法主要在开挖土方量比较大、基坑面积比较大的回填方工程中进行应用，一般在浅层软弱地基和低洼区填筑区域施工，处理深度为2～3m，比较适用于素填土、浅层非饱和软弱土层、杂填土地基环境。

2.1.2加筋垫层法

对于软基层地基设计使用铺垫材料的方法进行施工。铺垫材料法指的是使用多层或单层土工织物进行铺设，由于土工织物具有良好的抗拉强度、连续性、耐腐蚀性等方面的优点，通过使用铺垫材料的方法进行施工，可以降低路基的不均匀沉降，提高路基的承载力。一般会使用土工格栅、土工布作为铺垫材料，通过在软土路基的表面进行铺设，可以起到良好的排水、反滤、补强和隔离效果。在施工的过程中，会铺设加筋材料组成筋垫层，从而提高路基的承载能力，增加压力扩散角，适合各种类型的软土地基使用。

2.1.3冲击压实法

冲击压实法指的是使用振动的、揉挤的、恒定重量的、冲击的压实设备进行施工，达到提升路基承载力的目的。这种施工方法具有影响深度大、生产效率高等方面的优点。一般在处理特殊地基时会使用到这种方法，可以有效降低路基的沉降。

2.1.4轻质填料法

在处理软土路基时，常用的轻质填料处理法主要有粉煤灰处理、EPS处理和泡沫混凝土处理方法。

粉煤灰由于颗粒直径比较小，表面积大，很容易和软土拌合，而且由于粉煤灰属于工业废弃材料，对粉煤灰进行利用可以起到良好的环保效果，但需要注意粉煤灰层的包裹处理，避免出现污染物被淋滤下渗对地下水环境产生不利影响。

EPS材料又称聚苯乙烯板块，具有密度小、力学性能好等封面的优点，可以有效降低路堤的自身重量，降低路基的沉降量和压缩变形模量。在施工时，考虑到材料的耐化学性、抗风化性和耐冲击性差，需要将其埋入地下。此外，由于材料自身的重量比较小，为了避免水的浮力将EPS路堤抬高，对路堤造成破坏，地表洪水泛滥的地区，不宜使用。

泡沫混凝土是使用气泡群、水、水泥等材料按照特定的比例进行混合得到的一种水泥类环保材料，具有自身重量轻、压缩性低、固化自立性、施工便利等方面的优点，作为轻质填料在高填方路段使用有不错的效果。

2.2软土路基深层处理措施

2.2.1排水固结法

对于冲填土地基和厚度比较大的饱和软土地基，设计使用排水固结法进行加固，通过对排水条件进行改善，对排水井进行垂直布置，使用加压抽气抽水的措施来提高土体的强度，达到加固地基的目的。使用这种方法不仅可以有效提高土体的承载力，而且可以有效降低沉降。通常真空预压、堆截预压、电渗排水法是比较常用的排水固结法。一般情况下，排水固结法主要适用于对饱和软弱土层进行处理，但是对于渗透性比较低的泥碳土来说要慎重使用。

2.2.2深层搅拌法

水泥搅拌桩加固主要是利用加固土体的化学反应，然后使用机械设备将水泥喷入到需要处理的道路软土路基中，在浇筑的过程中，要不停地进行上下搅拌，使水泥和土出现水解化的反应，组成胶凝体，最后形成结构稳定的整体，有效地对土体的强度进行提高，达到路基所需承载力的基本要求。

根据多年经验，常规水泥搅拌存在以下几个问题。

①均匀性差：无法充分搅拌土体，导致桩身强度低。

②受力不合理：桩径自上而下完全相同，不能根据地基应力状态合理布置桩形，桩身强度得不到充分利用。

③浆液上冒：施工过程中，在土压力、孔隙水压力、喷浆压力以及搅拌叶片旋转力相互作用下，水泥浆沿钻杆上冒甚至冒出地面，无法就地搅拌，导致桩身上部水泥含量高及大量水泥浆的浪费。对此，有关单位研发了钉形双向水泥土搅拌桩，因为其具有双向搅拌和可变桩形的特点，可避免常规搅拌桩存在的上述问题，具有良好的使用效果，大大拓展了水泥搅拌桩的使用范围。

2.2.3薄壁筒桩

薄壁筒桩派生于沉管灌注桩技术，采用自动排土振动灌注而成，具有施工工艺简单、成桩速度快、质量易于控制等特点。薄壁筒桩属于大直径桩型，突破600mm的限制，可充分发挥大直径桩的稳定性和强度；挤土效应小，避免自身的位移和对周边地基的形变；单桩竖向承载力较高，通过放置钢筋笼，可以大大提高水平极限承载力；从施工角度看，薄壁筒桩是连续灌注而成，在中高频率振动中起拔，桩的整体性和桩体混凝土质量较好，连续施工长度可达数十米。薄壁筒桩适用于软黏土、黏土、砂黏土、砂砾土及风化严重的岩层，其中特别适用于软黏土。

3、实际应用案例

3.1项目概述

Ａ道路为深圳某重点园区配套道路，总长度为1.2公里，设计速度为20公里/小时，红线宽17m，拟建场地为填海区，道路两侧地块建设地下室时为减少基坑支护把道路下面约10m挖掉，目前道路建设用地已经回填，可是回填时没有进行碾压，回填时间不长，未完成自重固结，多为松散-稍密，局部深层为淤泥层。考虑到，本项目离很多重要建筑比较近，需要严格控制沉降量，所以对该软土基路段采用水泥搅拌桩处理。

3.2项目地质条件

根据钻探揭露，拟建道路范围内埋藏地层的岩性及野外特征自上而下分别描述。

（1）第四系人工填土（石）层（Ｑml）

<1>.人工填土（地层编号①1）：杂色，主要由粘土、石英质砂混碎块石、砼块、砖块等建筑垃圾及少量生活垃圾组成，建筑垃圾块径以2～10cm为主，最大可达20cm，含量大于30%，结构松散～稍密（现状道路下以稍密为主，局部密实）。拟建场地范围内普遍分布，层厚1.20～9.10m。为Ⅱ级普通土。

<2>.人工填石（地层编号①2）：灰白、灰等色。主要由花岗岩块石组成，块石直径多为0.1-0.2m，含量约为40-70%，其余为碎石、砼砖块、角砾及粘性土充填，结构松散，局部稍密。拟建场地范围内普遍分布，层厚0.50～8.80m。为Ⅳ级软石。

值得说明的是：本次勘察在钻孔ZK3～ZK7的人工填土（石）中的发现较多的生活垃圾，表明当时填土的任意性和不均匀。

（2）第四系新近沉积层（Ｑ4m）

<1>.淤泥（地层编号③2）：灰黑、黑色，略具腥臭味，含有机质及少量蚝壳、贝壳，局部含少量石英质砂。饱和，流塑～软塑。光滑。无摇震反应，干强度高，韧性高。拟建场地范围内普遍分布，层厚3.30～3.70m。为Ⅰ级松土。

<2>.砾砂（含淤泥质）（地层编号③3）：黑色，灰黑色，含较多有机质，石英质，亚圆形，局部含蚝壳、贝壳。饱和，松散～稍密。拟建场地范围内普遍分布，层厚0.40～5.50m。为Ⅰ级松土。

（3）第四系全新统冲洪积层（Ｑ4al+pl）

砾砂（地层序号⑤2）：灰白色、浅黄等色，主要成分为石英质，混粘性土，饱和，稍密，局部中密，级配良好，分选性差。拟建场地范围内普遍分布，层厚1.30～3.40m。为Ⅱ级普通土。

（4）第四系中更新统残积层（Ｑ2el）

砾质粘土（地层编号⑧）：褐黄、褐红、灰黄间灰白色，由下伏粗粒花岗岩风化残积而成，原岩结构已破坏，含石英砾20～40%。稍湿～湿，可～硬塑状。稍有光滑，摇振反应无，干强度高，韧性高。风化不均，局部夹强风化岩块。拟建场地范围内普遍分布，揭露层厚1.00～7.00m。为Ⅱ级普通土。

上述地层在场地的分布、埋藏变化特征详见勘探点平面配置图、工程地质剖面图和钻孔柱状图。

各地层主要物理力学性质指标表如下表：

（5）、地下水

勘察期间，所有钻孔见及地下水，主要赋存于第四系全新统海积砾砂（含淤泥质）、第四系全新统冲洪积砾砂层中，属上层滞水～孔隙潜水类型，微具承压性，地下水较丰富。地下水主要靠大气降水和海水补给，地下水的排泄以径流为主，场地原始地貌为滨海潮间带，现已填海造地，本场地距海域（深圳湾）最近距离约2km。水质分析结果表明地下水中C1-离子含量偏高，说明地下水与海水尚有水力联系。降雨集中季节，地下水向海排泄，方向由西向东。枯水季节地下水位低于海平面时，则接收海水补给。勘察期间测得场地内测得混合稳定水位埋深为0.50～5.00m，相应标高-2.42～5.00m。

3.3水泥搅拌桩处理方案计算

（1）计算依据及计算条件：

《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）

s=1.3

取s=1.3m

（3）、结论

本工程采用直径500mm水泥搅拌桩，搅拌桩端部进入持力层不小于1m，置换率不低于11.6%时（即正方形排列，桩间距1.3m），处理后复合地基承载力特征值fspk=121Kpa，具体布置详见地基处理平面图和地基处理纵断面图。

设计参数：水泥掺入比≥15％；7d无侧限抗压强度：qu≥0.8MPa；28d无侧限抗压强度：qu≥1.6MPa；90d无侧限抗压强度：qu≥2.4MPa。

3.4水泥搅拌桩处理设计方案

（1）水泥搅拌桩设计参数如下：

水泥搅拌桩直径：500mm

水泥搅拌桩间距：1.3x1.3m，正方形布置

桩端入下卧粘土层或砂层：1.0m

填土施工时间：60天

承载力要求：处理后复合地基承载力为120kpa

复合地基置换率：10.88%

沉降要求：工后沉降量≤20cm，工后沉降差≤2‰

（2）项目地基处理纵断面图设计

项目地基处理纵断面图设计如下图所示：

（3）项目地基处理施工工艺

施工工艺流程（采用二喷四搅施工工艺）：抽水、清淤→初平地基→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵（预喷持续30秒）→反循环提钻并喷水泥浆（提升速度为0.6米/每分钟左右）→上升至工作基准面以下1.0米左右（持搅30秒）→正循环复搅并喷浆下沉→到底部喷浆停止→反循环提钻至地面（提升速度为0.6米/每分）→成桩结束→铺设砂碎石垫层（厚度按1m计）

（4）建成后质量检测

本项目于2013年5月建成通车，经过约两年的运行，未见明显沉降出现，处理效果显著。

4、结束语

在城市道路工程施工的过程中，为了保证道路的使用质量和使用年限，要求处理后道路的沉降尽量减少，且具有良好的稳定性和地面强度，特别对于路基工作区来说，在保证路基的稳定性、路面强度以及达到行车的基本要求等方面有着非常重要的意义，需要根据具体的施工条件选择良好的软土路基处理方法，进而达到良好的治理效果。在选择施工方法的时候，要进行环境因素、施工工期、工程造价等方面的对比，找出合理的路基处理措施。

参考文献：

[1]常士骠，张苏民.工程地质手册（第四版）.2007（02）

[2]龚晓南.地基处理手册（第三版）.2008（06）

[3]黄瑞章，潘瑞春，周新年.抛石挤淤结合强夯置换法在道路软基处理中的应用[J].路基工程.2013（02）

[4]徐学文，杨媛.钉形水泥土双向搅拌桩在软土地基处理中的应用[J].工程建设与设计.2013（01）

作者简介：

冯贯良，1982年9月，广东省高州市，汉族；广东工业大学；土木工程；道路桥梁设计。