1、高速公路軟土地基處理方案設(shè)計(jì)分析摘 要蘇州繞城高速公路全部處在不同程度的軟弱地基上，為在軟基處理上達(dá)到效果、投資、工期、技術(shù)等方面的最優(yōu)組合，并為以后的大規(guī)模施工積累經(jīng)驗(yàn)，本試驗(yàn)段工程采用了眾多不同的軟基處理方式。為確保處理取得預(yù)期的效果、達(dá)到預(yù)期目的，本文從處理方案和施工工藝兩方面出發(fā)，結(jié)合本工程的實(shí)際情況作一定的分析與總結(jié)，希望能對(duì)以后的施工有一定的參考作用。關(guān)鍵詞：高速公路；軟土地基；處理方案；分析目 錄1 引言12 軟土地基處理方式及機(jī)理分析22.1粉噴樁加固機(jī)理22.2 碎石樁加固機(jī)理22.3排水固結(jié)法加固機(jī)理33 軟土地基處理方案設(shè)計(jì)43.1 工程概況及要求43.1.1 工程地質(zhì)概

2、況43.1.2 軟土地基處理要求43.2 軟土地基處理方案布置43.3軟土地基處理效果評(píng)價(jià)54 總結(jié)與結(jié)論9參考文獻(xiàn)10致 謝111 引言隨著高等級(jí)公路建設(shè)的飛速發(fā)展，設(shè)計(jì)速度的提高，對(duì)線形指標(biāo)的選用也隨之提高，從而不可避免地帶來(lái)公路路基穿過(guò)軟土地區(qū)的情況。因此，在軟土地基上修筑路基已非常普通。對(duì)公路軟土地基的成功處理，往往也成為提高建設(shè)速度、確保工程質(zhì)量、降低工程造價(jià)的十分重要的措施之一。軟土路基的特點(diǎn)是強(qiáng)度低、固結(jié)慢、變形大,在軟土地基未能很好處理就修筑路基,由地基沉降或差異沉降過(guò)大將產(chǎn)生如下問(wèn)題: 地基抗剪強(qiáng)度不夠引起路堤側(cè)向整體滑動(dòng),邊坡外側(cè)土體隆起。人工構(gòu)造物與路堤銜接處產(chǎn)生差異沉降

3、,引起跳車。路堤的變形以及地下水位過(guò)高,將導(dǎo)致路面的破壞。因此，在軟土地基上建造建筑物或是進(jìn)行路基施工，都要求對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。其處理的目的主要是改善地基土的工程性質(zhì)，達(dá)到滿足建筑物對(duì)地基穩(wěn)定和變形的要求，包括改善地基土的變形特性和滲透性，提高其抗剪強(qiáng)度和抗液化能力，消除其他不利的影響。2 軟土地基處理方式及機(jī)理分析2.1 粉噴樁加固機(jī)理粉噴樁屬水泥系深層攪拌樁，它的成樁基礎(chǔ)是水泥土的物理化學(xué)反應(yīng)，即水泥在土中水解和水化反應(yīng)使土的強(qiáng)度增加。具體的反應(yīng)有：（1）水泥的水化和水解反應(yīng)。水泥在軟土中與水迅速發(fā)生水化水解反應(yīng)，從而使土中的水溶液達(dá)到飽和并形成膠體，同時(shí)生成“水泥桿菌”化合物，結(jié)果把大

4、量的自由水以結(jié)晶水的形式固定下來(lái)，并具有膨脹作用；（2）離子交換和團(tuán)粒化作用。軟土中膠體顆粒表面的離子易發(fā)生吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的粒團(tuán)，另一方面，水泥水化生成的凝膠粒子比原水泥顆粒大上百倍，因而產(chǎn)生很大的表面能，具有強(qiáng)烈的吸附活性，能使較大的土粒團(tuán)進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，形成水泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、并封閉各土團(tuán)之間的空隙，形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)，使水泥土的強(qiáng)度大大提高；（3）硬凝反應(yīng)。隨著反應(yīng)的深入，溶液中析出的鈣離子進(jìn)一步化學(xué)反應(yīng)逐漸生成不溶于水的結(jié)晶化合物，這些新生成的化合物在水中和空氣中逐漸硬化，增大了水泥土的強(qiáng)度，而且由于結(jié)構(gòu)比較致密，水分不易侵入，從而使水泥土具有足夠的水穩(wěn)定性；（4）碳酸化作

5、用。水泥中的Ca（OH）2與水及空氣中的CO2發(fā)生反應(yīng)，生成不溶于水的CaCO3從而使強(qiáng)度增加。由于粉噴樁的物理力學(xué)性能穩(wěn)定，因此在水穩(wěn)定性、防凍脹等方面有良好表現(xiàn)。而水泥土重度增加很少，對(duì)下部未加固部分不會(huì)發(fā)生較大附加沉降。另一方面，樁體膨脹以及滲透的離子作用使得樁體之間的軟土致密，提高承載能力。該種處理方法最適宜于處理淤泥、淤泥質(zhì)土以及地基承載力不大于120KPa的粘性土和粉性土。2.2 碎石樁加固機(jī)理碎石樁是指通過(guò)向地層中夯填入碎石料后在地基中形成的由碎石料組成的樁（柱）體。碎石樁的加固原理因加固土體的性質(zhì)和狀況的不同而不同，一般為擠密和置換兩種作用。對(duì)于飽和粘性土，碎石樁加固的主要機(jī)理

6、是置換；對(duì)于砂性土，加固的主要機(jī)理是擠密；而對(duì)于粉性土和非飽和的粘性土，則同時(shí)兼有擠密和置換兩種作用。對(duì)于砂土、粉土以及非飽和粘性土的加固機(jī)理有：（1）擠密作用。對(duì)高含水量用振沖法施工，低含水量土中用沉管擠密，非飽和粘性土用干振法施工，在施工過(guò)程中通過(guò)強(qiáng)大的振壓功使土中的水相與氣相減少，使土顆粒重新排布，從而達(dá)到使土更加密實(shí)的目的。土體的擠密效果不但可增大土體的密實(shí)度和抗剪強(qiáng)度，提高地基承載力，降低壓縮性，還可大大提高地基土的抗液化能力；（2）排水作用。反濾性和滲透性良好的碎石樁，能使孔隙水迅速排出，有效防止孔隙水壓的增高和土體的液化。此外，碎石樁的存在也大大縮短了樁間土的固結(jié)排水路徑，有利于

7、土體的固結(jié)和抗剪強(qiáng)度的提高；（3）預(yù)振作用。對(duì)于具有液化勢(shì)的土體 ，由于碎石樁施工中的強(qiáng)烈振動(dòng)，使土體產(chǎn)生較大的動(dòng)應(yīng)變，土體得到擠密，密度得到增加，同時(shí)土體所產(chǎn)生的這種預(yù)振大大改善了地基的抗液化性能，（4）減振作用。對(duì)于可液化地基，經(jīng)加固后，地震烈度會(huì)因?yàn)榧魬?yīng)力在碎石樁上發(fā)生集中而得到降低。對(duì)于飽和性土的加固機(jī)理：（1）置換作用。飽和粘性土粒料含量大，粒間結(jié)構(gòu)力強(qiáng)，滲透性差，孔隙水很難排出土體，在外力作用下擠向四周的土體造成周圍土體產(chǎn)生側(cè)移和地表隆起，因此，飽和粘性土地基上的碎石樁加固不是通過(guò)擠密樁間土，而是通過(guò)剛度較大的樁體置換樁體部位的軟土來(lái)分擔(dān)上部荷載；（2）排水作用。對(duì)于不同的地質(zhì)、土

8、質(zhì)環(huán)境碎石樁處理可選用振沖法、沉管法、干振法、射水成孔、強(qiáng)夯等不同的施工方法。2.3 排水固結(jié)法加固機(jī)理排水固結(jié)法是利用天然地基土層本身的透水性或設(shè)置在地基中的豎向排水體，通過(guò)預(yù)先在地表進(jìn)行加載預(yù)壓或利用結(jié)構(gòu)物自身重量使土中孔隙水逐漸排出，土體逐漸固結(jié)壓密，強(qiáng)度逐漸提高的方法。排水固結(jié)法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成。根據(jù)排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)的不同，排水固結(jié)法有等載預(yù)壓、堆載預(yù)壓、排水板（砂井）等載預(yù)壓以及真空預(yù)壓等。等載預(yù)壓、堆載預(yù)壓與排水板預(yù)壓的區(qū)別在于等載預(yù)壓和堆載預(yù)壓是利用天然地基作為排水系統(tǒng)、其排水過(guò)程是一維固結(jié)排水過(guò)程；而排水板預(yù)壓法則在地基中設(shè)置了豎向排水體、使其固結(jié)排水過(guò)程變?yōu)槿?/p>

9、維固結(jié)排水。在本試驗(yàn)段工程中，廣泛采用了等載預(yù)壓、塑料排水板等載預(yù)壓等處理方法，對(duì)于普通路段，其地基軟土層較高、較薄的情況均采用砂墊層與等載預(yù)壓相結(jié)合的方法。3 軟土地基處理方案設(shè)計(jì)3.1 工程概況及要求3.1.1 工程地質(zhì)概況蘇州繞城高速是蘇州市道路規(guī)劃網(wǎng)的重要組成部分，該高速公路處于平原水網(wǎng)地區(qū)及低洼河蕩地區(qū)，項(xiàng)目區(qū)為第四系地質(zhì)覆蓋，厚度大，經(jīng)調(diào)查項(xiàng)目范圍內(nèi)軟土地基廣泛分布，軟土地基的處理將是本項(xiàng)目投資、進(jìn)度、質(zhì)量的重要控制方面，為指導(dǎo)工程大規(guī)模的施工，根據(jù)“工可”建議、建設(shè)單位要求，先修建先導(dǎo)試驗(yàn)路段。全試驗(yàn)段位于平坦水網(wǎng)及低洼湖蕩平原區(qū)，起點(diǎn)k8+400至K9+900段為低洼魚塘路段，

10、地面高程在-0.40.8m，K9+900到終點(diǎn)K13+400段為平坦水網(wǎng)路段，地勢(shì)開闊，地面高程在1.82.4m。受地質(zhì)構(gòu)造控制，本區(qū)第四紀(jì)地層覆蓋厚度達(dá)200m左右，其間河、湖、海頻繁交替，層序清晰，勘探深度范圍內(nèi)有第四紀(jì)全新統(tǒng)，上、中、下更新統(tǒng)地層。其中更新統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，主要以硬粘土、亞砂土為主；全新統(tǒng)穩(wěn)定性相對(duì)較差，發(fā)育較多軟土，是區(qū)內(nèi)的主要不良地質(zhì)現(xiàn)象。本試驗(yàn)段的主要不良地質(zhì)問(wèn)題是21m以淺部分廣泛分布兩層軟土，第一層1.55.0m厚度的流塑狀淤泥質(zhì)亞粘土，層底標(biāo)高在-1.6-5.8m，在K9+900K11+400段局部厚度達(dá)15.0m層底標(biāo)高在-13.97m，該層特點(diǎn)是厚度大、強(qiáng)度低、

11、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、滲透性小、具有觸變性，易導(dǎo)致路基沉陷和失穩(wěn)；第二層為3.37.2m厚的軟塑狀亞粘土層，層底標(biāo)高在-14.618.5m，其特點(diǎn)是強(qiáng)度低，中高壓縮性，易導(dǎo)致工后沉降。3.1.2 軟土地基處理要求針對(duì)各區(qū)軟土層的厚度、埋深及其性質(zhì)，軟土地基處理結(jié)合工期、經(jīng)濟(jì)、工程效果、施工工藝技術(shù)水平等分別采用了預(yù)壓固結(jié)、塑料排水板、土工織物、粉噴樁、碎石樁、砂墊層以及綜合處理等方法，以尋求有效提高承載力、減少沉降量、穩(wěn)定地基的效果。為取得工程的最佳效果，在優(yōu)化了軟基處理的各種方案后，針對(duì)不同的地質(zhì)地理環(huán)境，采用了恰當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǎ涣硪环矫妫こ添?xiàng)目采用了全面質(zhì)量管理體系，強(qiáng)調(diào)施工的重要性，在軟

12、基處理過(guò)程中主抓施工工藝水平，控制技術(shù)要點(diǎn)，這為后面的大面積施工積累了經(jīng)驗(yàn)，提供了充分的指導(dǎo)意見。3.2 軟土地基處理方案布置由于本路段地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，針對(duì)不同的軟弱地基環(huán)境，工程上采用了不同的軟基處理方法，例如：在構(gòu)造物（通道、橋梁的兩端）附近采用了粉噴樁+砂墊層+等載預(yù)壓，在流塑狀淤泥質(zhì)亞粘土較厚的區(qū)域采用塑料排水板+砂墊層+等載預(yù)壓，在硬塑狀亞粘土較淺、流塑狀淤泥質(zhì)較薄的地方則采用砂墊層+等載預(yù)壓，同時(shí) 在一座橋的兩端還試用了碎石樁處理尋求縮短工期情況下的效果。工程進(jìn)行至現(xiàn)階段，軟基處理工作基本完成，為了總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，分析各種處理方式的處理效果以及與工程相關(guān)的各方面的情況，以指導(dǎo)后面的規(guī)模施工

13、.在本試驗(yàn)段中，在進(jìn)行了粉噴樁、排水板、碎石樁處理后的路段，我們都采用了預(yù)壓處理，在本試驗(yàn)段較短路段，因?yàn)檐浲翆虞^薄，不需其他處理的情況我們也采用預(yù)壓處理，因此總的來(lái)說(shuō)等載預(yù)壓處理是全路段都采用的處理方法。3.3 軟土地基處理效果評(píng)價(jià)工程質(zhì)量是第一位的，軟基處理的效果如何是考察各種處理方案的關(guān)鍵因素，可以從工后沉降（現(xiàn)階段沉降）、水穩(wěn)定性等方面來(lái)分析研究。1）粉噴樁的沉降觀測(cè)結(jié)果粉噴樁到現(xiàn)在的總沉降相對(duì)較少，一般在10cm左右，K79+933處粉噴樁的沉降觀察結(jié)果如表1所示。表1 K79+933處粉噴樁的沉降觀測(cè)結(jié)果K9+933處粉噴樁處理 設(shè)計(jì)總沉降：450mm日期觀測(cè)沉降值 單位（mm）左

14、幅中線右幅11.12.01000 12.4000 12.08002 12.17181517 12.232928292012.1.5516051 01.10536354 01.17576859 01.23597062 01.31627264 02.16637365 02.21677466 03.07637667 03.16737870 03.24738070 04.14758073 04.22788476 05.08959283從表1的觀測(cè)結(jié)果可以看出，粉噴樁有處理達(dá)到了預(yù)期效果，在穩(wěn)定性、側(cè)向位移上，同樣可以從上面沉降值看出，都滿足相關(guān)要求。2）碎石樁的沉降觀察結(jié)果碎石樁到現(xiàn)階段的沉降量相對(duì)很

15、少，一般在10cm左右，K11+043處的碎石樁的沉降觀察結(jié)果見表2。表2 K11+043處的碎石樁的沉降觀察結(jié)果K11+043處碎石樁處理 設(shè)計(jì)總沉降：450mm日期觀測(cè)沉降值 單位（mm）左幅中線右幅11.12.0100012.0400012.0800012.1717151312.233131292012.1.541393501.1042424001.1743475001.2350555101.3157575502.1665676202.2170676303.0770726903.1673757203.2479818004.1480838004.2291858705.08978992由上表

16、的沉降值我們可以看到，沉降均勻穩(wěn)定，并且總量很小，達(dá)到預(yù)期效果。3）塑料排水板處理的沉降觀測(cè)結(jié)果排水板到現(xiàn)階段的沉降量相對(duì)較大，一般在20cm左右，K8+900處的沉降觀察結(jié)果如表3所示。表3 K8+900處塑料排水板處理的沉降觀察K8+900處塑料排水板處理 設(shè)計(jì)總沉降：770mm日期觀測(cè)沉降值 單位（mm）左幅中線右幅11.10.22000 10.2412115 11.03192015 11.23242721 12.03303125 12.04263626 12.10313626 12.16353437 12.19365039 12.27365011012.01.065453110 01.

17、196466119 01.266970126 02.257979128 03.028085134 03.088685134 03.2413596155 03.3014097157 04.0614098157 04.16147104161 04.24149110166 05.01167129188 05.11181152202由表3的沉降值，我們可以看出塑料排水板處理路段沉降值較大，排水固結(jié)加快。4）工程經(jīng)濟(jì)情況對(duì)于本試驗(yàn)段，從機(jī)械、人員、組織、材料等方面綜合考慮，我們?cè)诔蓸叮ㄌ幚硗瓿珊螅M(jìn)行了統(tǒng)計(jì)計(jì)算，其大概經(jīng)濟(jì)情況如表4所示。表4 不同處理方案的工程經(jīng)濟(jì)情況處理方法處理環(huán)境處理效果施工與技

18、術(shù)要求工期情況工程經(jīng)濟(jì)情況粉噴樁較多地用在橋梁的兩端，以及涵洞、通道的下部及兩端，以防止橋頭跳車和構(gòu)造物的不均勻沉降從沉降值來(lái)看，粉噴樁處理使軟基的強(qiáng)度迅速提高，承載力與穩(wěn)定性很快能達(dá)到預(yù)期效果， 為后繼施工打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)粉噴樁的工藝流程比較復(fù)雜，技術(shù)要求相對(duì)較高，技術(shù)控制點(diǎn)很多，要求操作人員的技術(shù)水平較高，施工組織嚴(yán)密粉噴樁在施工時(shí)速度比較慢，但成樁快，從總的工期看需要的時(shí)間比較短，可以很快進(jìn)行后繼工程的施工綜合計(jì)量?jī)r(jià)格為62.0元/延米碎石樁在本試驗(yàn)段僅在一座橋的一側(cè)采用，以替代原設(shè)計(jì)中的粉噴樁處理，其處理深度更深且比粉噴樁容易施工碎石樁處理后的橋頭沉降穩(wěn)定，取得了用粉噴樁處理的同樣效果，

19、同時(shí)彌補(bǔ)了粉噴樁處理深度不夠的缺陷碎石樁的施工工藝相對(duì)粉噴樁要簡(jiǎn)單，但技術(shù)要求還是比較高的，要求在施工中嚴(yán)格控制好電、水、料三要素碎石樁在施工時(shí)速度最慢，但它與粉噴樁一樣，總工期很短，很快達(dá)到處理效果綜合計(jì)量?jī)r(jià)格為157.0元/延米塑料排水板在本試驗(yàn)段普通路段，軟弱地基較厚的地段都采用了塑料排水板處理塑料排水板處理明顯使軟基排水固結(jié)加快，沉降迅速，提高了軟基的承載力與穩(wěn)定性塑料排水板的施工工藝簡(jiǎn)潔明了，對(duì)施工人員來(lái)講比較容易掌握，而且質(zhì)量容易控制塑料排水板在施工時(shí)最快，打一樁僅需要幾分鐘，但后面的排水固結(jié)速度較慢，因此總工期較長(zhǎng)綜合計(jì)量?jī)r(jià)格為13.0元/延米等載預(yù)壓在本試驗(yàn)段全程幾乎都采用了等

20、載預(yù)壓，使其與其他各種處理方法相結(jié)合，或單獨(dú)處理等載預(yù)壓與其他各種處理方法的結(jié)合使用，使處理效果更好，可靠性更強(qiáng)等載預(yù)壓處理是比較簡(jiǎn)單而實(shí)用方法的處理，在操作上沒有太多的困難等載預(yù)壓處理，在本路段采用了160天與360天兩種預(yù)壓期計(jì)入工程土方量從表4可以看出：1）粉噴樁：62元/延米。2）碎石樁：157元/延米。3）排水板：13.0元/延米。等載預(yù)壓，是全程采用并且直接從取土坑取土，計(jì)入工程土方量。4 總結(jié)與結(jié)論軟基處理是本試驗(yàn)段路基工程的重要組成部分，也是工程能否保質(zhì)、保期完成的關(guān)鍵所在，軟基處理在工期、經(jīng)費(fèi)上占據(jù)了路基工程的很大部分，做好軟基處理工作，同時(shí)也是整個(gè)工程質(zhì)量的保證，因此，我們

21、在設(shè)計(jì)、方案選擇、軟基施工上都做了充分準(zhǔn)備與認(rèn)真細(xì)致的實(shí)地操作，為了保證軟基處理工作取得預(yù)期的效果，保證質(zhì)量與工期要求，我們從以下兩方面從發(fā)，重點(diǎn)控制，嚴(yán)格把關(guān)：1）從宏觀上講，我們針對(duì)工程不同斷面的地質(zhì)地理環(huán)境，綜合考慮工期、技術(shù)，經(jīng)濟(jì)等要求，選擇最優(yōu)化處理方式，以做到客觀實(shí)際，對(duì)癥下藥。2）從微觀上講，我們?cè)诖_定了適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ê螅谑┕すに嚵鞒躺希瑖?yán)把技術(shù)關(guān)，層層控制，環(huán)環(huán)抓緊，確保了工程質(zhì)量。通過(guò)本試驗(yàn)段對(duì)軟基處理的施工與觀測(cè)，我們?cè)谲浕幚淼姆桨副容^，施工工藝、質(zhì)量控制等方面取得了廣泛的認(rèn)識(shí)，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)與施工參數(shù)，這為后期大規(guī)模施工提供了詳盡的參考資料與指導(dǎo)意見，同時(shí)也為后續(xù)工程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 梁中天. 軟土地基處理方法探討J. 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì), 2008(12).2 郭雙田,李慶躍,盧偉. 塑