道路软基处理.docx

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道路软基处理

道路软基处理尽可能早期进行，有充分的间隔时间使软基达到沉降稳定后方可进行填土施工。

下面介绍软基处理的四种方法：

1表层处理法

表层处理法用于地表面极软弱的情况。

该法是通过排水、敷设或增添材料等办法，提高地表强度，防止地基局部剪切变形，保证施工机械作业；同时尽可能把填土荷载均匀地分布于地基上。

属于这类处理方法的有：

表层排水法，砂垫层法，敷设材料法，添加剂法等等。

1.1表层排水法

对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。

为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果，应回填透水性好的砂砾或碎石。

设计、施工注意事项

①沟槽的布置沟槽布置要考虑利用地形自然坡度排水；填土沉降要注意坡度的变化；不使来自四周挖方部位的地表水、渗透水浸入填土；沟槽的间隔要尽可能加密，以增大排水能力，即使有部分沟槽被切断也不会妨害整体排水。

②沟槽的构造沟槽尺寸一般取宽0.5m，深0.5～1.0m。

填土之前在沟槽内用透水良好的砂（砂砾）回填成为盲沟。

纵向盲沟一般沿道路纵向或中央纵向开挖，横向盲沟一般间距10m～15m布置。

沟槽内埋设多孔排水管时，必须用优质反滤层加以保护。

1.2砂垫层法

对于地基上部软土层极薄且含水量大时，在软土地基上敷垫0.5～1.2m左右厚的砂垫层。

这样可达到固结软土层，使砂垫层起到上部排水层作用；同时，砂垫层又成为填土内的地下排水层，以降低填土内的水位；在进行填土及地基处理施工时，为施工机械提供良好的通行条件。

1.2.1设计如采用机械施工，在确定砂垫层厚度时，应考虑机械的重量，轮胎对地面接触压力，偏心程度及软土地基表层强度等。

表1为砂垫层标准厚度。

在极软地基上，仅用砂垫层来确保大型施工机械的通行，往往需要较厚的砂垫层，是不经济的，所以常与表层排水或敷垫材料等法并用。

填土面积大且排水距离长，预计有多处地下水渗出时，若仅用山砂作砂垫层，不能获得充分排水效果，应采用设置盲沟，砂垫层内的排水距离宜短不宜长。

1.2.2施工砂垫层施工时应设放样板。

摊铺作业一般采用自卸汽车与推土机联合操作。

要尽量做到均匀一致。

用透水性差的粉土作填料时，其坡脚附近的砂垫层一旦被土复盖，就有可能妨碍侧向排水，因此对砂垫层的端部要妥善处理。

1.3敷垫材料法

对于地基土层不均匀，可能发生局部不均匀沉降和侧向变位，可利用所敷垫材料的抗剪和拉抗力，来增强施工机械的通行，均匀地支承填土荷载、减少地基局部沉降和侧向变位，以提高地基的支承能力。

敷垫材料主要有化纤无纺布、土工布、玻璃纤维格栅等被广为采用。

设计、施工注意事项

①应注意地基表层强度，施工机械重量，以及填土荷载大小和宽度等，据以选用合适的敷垫材料。

②施工机械通过区域，使局部地段产生较大的拉压力，应作特别的补强。

③敷垫材料四周应超过填土边缘，端部卷入填土内，上面用填土压紧。

④在特别软的地基上进行第一层填土时，可使用放置干筏上的手摇传送带撒铺，有时也用皮带抛射式撒砂机撒铺。

⑤第一次撒布厚度应尽可能薄些，并要求用透水性好的河砂为材料。

含砾石时，要注意不使其损坏敷垫物。

1.4添加剂法

对于表层为粘性土时，在表层粘性土内渗入添加剂，改善地基的压缩性能和强度特性，以保施工机械的行驶。

同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。

添加材料通常使用的是生石灰，熟石灰和水泥。

石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌，除了降低土壤含水量、产生团粒效果外，对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结，使粘土成分发生质的变化，从而促进土体稳定。

设计、施工注意事项

①生石灰消解程度的判断生石灰消解过程伴随体积膨胀，在此期间进行碾压，不可能获得预期效果。

因此在固结时要掌握发热温度、准确判断消解结束时间。

②添加材料的配比设计添加材料的适当剂量，要根据所处理的土质，施工方法和试验配比的结果来决定。

一般有改良土、石灰土、水泥稳定土较为常用。

改良土是利用现场地基土掺石灰（一般含灰6％）后再次利用，其施工方便、造价低；石灰土是用黄土掺石灰（一般含灰10％～12％）后使用，其造价较改良土要高；水泥稳定土是用黄土掺水泥（一般含水泥3％～5％）后使用，其造价较贵，在秋、冬季雨天施工时，工期短

2　置换法

　　本法是以优质土置换软弱土，确保填土稳定和减少沉降量。

施工方法分有人工挖掘置换和借填土自重或用爆炸法将软弱土挤出的强制置换。

其施工都比较容易，多数情况下能在短时间内达到所要求的目的。

从可靠性来说人工挖掘置换较优。

置换材料应采用即使受到水浸也不致降低承载力的粗粒土。

但必须进行充分压实。

　　3　加载法

　　加载法是为了预先促进软土地基沉降，增加地基强度，以防止设置在填土上或邻接填土的路面和构造物或者埋入填土内的构造物发生有害沉降而导致破坏。

促进地基固结沉降的方法有：

在地基上增加总压办法；减少土中的间隙水压提高有效应力法等。

前者用填土荷载时，一般为填土加载法，后者又可分通过井点，竖井等的降低地下水法和在地表面铺砂，覆盖不透水膜使之形成真空，依靠大气压力加载来促进固结的大气压加载法。

采用填土加载法时，须注意地基的稳定状态。

而降低地下水法和大气压加载法则不必担心地基遭到破坏，但受到地基适应性的限制且工程费用大，一般不采用。

上述方法，都很少单独采用。

　　3.1　填土加载法

　　3.1.1　方法与原理

　　已完成设计填土（荷载ｑｆ）时，其全部垂直力为Ｐｏ＋ΔＰｆ＝Ｐ1,由此引起的沉降量为Ｓ1。

加载后经Δｔ时间，固结度为Ｕ，又从图1ｂ知沉降量为Ｓ1Ｕ，通过固结沉降过程时间ｔ以后的残余沉降量为ΔＳ1。

当增加Δｑｓ的超载时，全部垂直应力为Ｐ0＋ΔＰｆ＋ΔＰＳ＝Ｐ2，由此引起的沉降量为Ｓ2，加载经过Δｔ时间的度固结为Ｕ，沉降量达到Ｓ2Ｕ。

此时如把Δｑｓ荷载卸除，对于ｑｆ（ｍ）来说即达到了Ｕ＋ΔＵ的固结度，换句话说，原只能达到Ｕ的固结度，由于超载Δｑｓ经Δｔ时间，增加了ΔＵ的固结度。

不过实际加载不会瞬时完成，卸荷后又会产生一定膨胀，对已经增长的固结效果有些丧失。

　　假如加载Δｑｓ及荷载时间选择恰当，经ｔ时间后的残余沉降量如图1ｂ所示，有可能从ΔＳ1减少到ΔＳ2。

　　设计施工注意事项采用本法的主要目的是使铺装完成后路面残余沉降量控制在允许值以内。

所以它与载荷重量、放置自沉时间、固结层厚和沉降时间曲线，及荷载设计、允许工期等有关。

　　①本法施工以不损伤支承荷载的地基稳定为宜。

对难以保证稳定或加载重量很大时，应考虑与竖向排水井法或缓速加载法并用。

　　②如果仅为了处理沉降，可选择超载重量，且作长期放置自沉，其效果较好。

　　③由于沉降--时间关系一般是难以预测的，所以在施工时应进行全面的动态观测，随时注意防止地基的破坏，根据所获得的观测资料，确定卸载后的残余沉降量和卸荷时间。

　　3.2　降低地下水法

　　本法适用于上部，中间部位有砂层分布的地基，但粘性也仍然有效。

本法的特点是与软土层深度无关。

　　原理　设位于地下水位以下Ｚ处的垂直总应力为Ｐ，有效应力为Ｐ0′则

　　Ｐ0＝Ｐ＋ＹｗＺ

　　一旦使地下水位降低△Ｚ，水压分布发生变化，地下水面以下的压实有效应力为Ｐ1′则Ｐ1＇＝Ｐ＋Ｙｗ（Ｚ－ΔＺ）

　　ＹｗΔＺ为增加的有效应力。

通常可以认为，水位每降低1ｍ，有效应力增加10ｋＰａ。

如降低了的水位处，地基系由粗粒土组成，由于排水而使土的单位体积重量减小，于是Ｐ也变小，效果也就有所降低。

　　设计施工注意事项

　　①砂层的透水系数

　　②使用井点时，理论可抽水深度为10.3ｍ，但考虑水头损失和动力关系，能够降低水位的最大值约5.5～6.0ｍ左右。

　　③邻近有水源（河、池、海或沟）时，需要抽水的量增多。

　　④降低地下水位，如对抽水区以外地域及沿线有损害时，为了既隔断对四周的影响又达到降低地下水位的效果，可在施工区间打入钢板桩围护。

　　⑤因为需在整个固结期内降低地下水位致使经历时间长，机械费用高。

　　4　竖向排水法

　　在粘性土地基中设置垂直的排水柱，以缩短排水距离，促进地基排水固结，增加抗剪强度。

由于垂直排水柱所用材料不同，分为砂井和纸板排水两种。

　　4.1　砂井排水法

　　砂井排水法根据砂井的施工方法不同，可分为打入式、振动式、螺旋钻式、水射式及袋装式等。

本法很少单独使用，多与加载法或缓速填土法并用，对层厚大，均质的粘土地质最为有效；对泥炭质地基效果稍差。

　　粘性土层固结所需时间ｔ与垂直方向最大排水距离Ｄ的平方成正比。

很清楚，粘土层越厚，所需固结时间就越长。

　　4.1.1　设计　以间距ｄ布置，直径为ｄｗ的排水砂井。

设想直径为ｄｅ的圆柱状地基，如间隙水只流向砂井，其固结时间为：

　　ｔ＝2Ｔｈｄｅ／Ｃｈ

　　式中：

ｔ--固结时间（ｄ）

　　Ｔｈ--水平向固结时间因数（无因次）

　　Ｃｈ--水平向固结系数（ｍ2／ｄ）

　　ｄｅ--有效直径（ｍ）

　　当砂井间距离为ｄ间（见图4）；

　　正三角形布置ｄｅ＝1.05ｄ；

　　正方形布置ｄｅ＝1.13ｄ。

　　ｄｗ--砂蟛直径（ｍ）

　　可知ｄｅ越小，排水砂井间距ｄ就越小，越能促进固结。

　　固结度Ｕｈ与时间因数Ｔｈ是以有效直径和排水砂井直径之比ｎ＝ｄｅ／ｄｗ为参数。

ｄｅ与垂直向的固结排水距离Ｄ相对较小，所以多把垂直方向排水忽略。

但粘占层厚度较小时，不能忽略。

粘土层总的固结度Ｕ由下式求得。

　　Ｕ＝1－（1－Ｕｈ）（1－Ｕｖ）

　　式中：

Ｕｈ-水平向固结度；

　　Ｕｖ-竖向固结度。

　　地基处理范围，为了稳定，以填土坡面下为处理对象；为防止沉降，主要以路基顶面宽度下作为处理对象。

　　设计排水砂井时，首先假定施工方法、砂井直径、排水距离和改良范围。

然后进行稳定及沉降计算，若不能满足时，修正假定数据，再进行计算。

并注意下列几点。

　　①是否有砂层存在。

　　②防止扰动四周土壤，避免降低透水性或地基强度。

宜取尽可能宽的排水间距。

一般情况水平向固结系数Ｃｈ为竖向的固结系数ＣＶ的数倍，但是由于砂井打设方法不同，实际Ｃｈ只能达到ＣＶ甚至小于ＣＶ的值。

　　③砂井中的砂，在固结过程中起到排水通路的作用，因此必须长期发挥良好的透水性能。

通常采用干净优质的粗砂。

厚层软土处理设计是地基处理设计中的难点和整个工程地基处理是否成功的关键。

目前国内主要在沿海地区较为多见，其常用的处治措施有砂桩、碎石桩、水泥搅拌桩、CFG桩、真空预压、预应力砼管桩和EPS轻质路基等，各种处理方式的取舍主要取决于路线所处地区、处治路段的地质水文情况、当地的成功经验以及处理方案的经济性等，现就各种常见的深厚软土的处治方案比选如下

1、水泥搅拌桩

（1）加固原理    水泥搅拌桩是用特制的机械设备把水泥浆送入地下，通过和原位地基土强制搅拌混合，使地基土和加固料之间很快发生一系列物理-化学反应，在短期内，使原来流塑状态的软土变成半固态到固态的桩体，使原来的软土地基变成具有整体性和一定强度的加固土桩复合地基，从而提高地基承载力，减小地基的沉降。

（2）适用范围    适用于淤泥质土及含水量30～75%的软弱土，加固深度在一般在18米以内。

（3）优缺点    施工速度相对较快，工艺相对简单，处理效果好，但是，该法工程费用较高,施工质量不易控制，15m?

以下质量难以保证。

2、?

CFG桩

（1）加固原理   用振动沉管打桩机将桩管打入地下，投入碎石（掺石屑）、粉煤灰和水泥的混合料，边振动边起拔桩管，结合反插，达到挤密压实桩体的作用。

这种桩骨干材料为碎石，掺入石屑可使级配良好，粉煤灰增加混合料的和易性，并有低标号水泥增加桩体后期强度。

这种复合地基称为高粘结强度桩复合地基，桩体模量较大，承载力高。

（2）适用范围   适用于桥头路基。

（3）优缺点   施工质量容易控制，处理效果好。

施工工艺相对复杂，单桩工程费用较高,由于其现浇施工，所以，成桩质量不如预应力管桩。

3、?

预应力混凝土管桩

（1）加固原理   预先在工厂制备好一定规格的预应力管桩，用压桩机在工地采用静压的方法把桩压入地基，形成复合地基，以达到加固地基的目的。

预应力管桩复合地基具有较大的承载力。

（2）适用范围   适用于桥头路基，特别适用于处理深厚软土地基。

（3）优缺点   施工质量容易控制，处理效果好。

但是单桩工程费用较高。

4、真空预压

（1）加固原理   真空预压技术是用专门的设备，通过抽真空在地基中产生负压，使土体孔隙中的水分排出，从有效应力原理可知，孔隙水排出，孔隙水压力减小后，有效应力就相应增加，在压力差作用下，土体中的水分被排出，抽气过程中，土体得到固结，土体强度得到提高。

这种通过抽真空而达到预压效果的方法称为真空预压。

（2）适用范围    加速地基固结沉降，可用于预压路段或桥头处理。

（3）优缺点   工期短，效益好，但施工工艺复杂，成本略高。

5、?

EPS路堤

（1）加固原理   EPS路堤是轻质路堤的一种。

EPS材料为硬质、闭孔的泡沫塑料，是一种新的建筑材料，EPS材料具有重量轻、抗压性能好、耐热、抗冻性能均较佳、吸水率低、化学稳定性高且易于加工等优点。

EPS材料密度约为土的1/50～1/100，用EPS材料修筑的路堤称为EPS路堤。

（2）适用范围   适用于桥头路基，特别适用于处理深厚软土地基。

（3）优缺点    工期短，效益好，但成本高，施工经验相对不足。

6、?

挤密碎石桩

（1）加固原理    挤密碎石桩一方面通过强力振动使砂土层液化，砂粒重新排列，孔隙减小，另一方面通过回填料使砂层挤压加密。

地基的强度由碎石桩本身强度和原地基由于被挤压提高的强度形成。

比之水泥搅拌桩在处理液化土夹软土方面，技术上更具优越性。

（2）适用范围    处理不排水抗剪强度较高（一般要求≥19.6KPa）的液化土及液化土夹软土地基时，?

推荐采用。

（3）优缺点    该方案受材料和施工经验的影响较大。

近年来，随着改革开放的逐步深化和社会主义市场经济的蓬勃发展，我国公路建设的规模日益扩大，难度不断提高，公路建设对软土处治提出了更高的要求。

为了满足公路工程建设的需要，我国引进、发展了多种软土处理技术，积累了一定的经验，同时也还存在一些问题。

本文根据几年来亲自参与软土地基处理的经验，谈谈对软土地基处理的几点体会。

　　一、问题的提出

　　所谓软土，从广义上讲，就是强度低、压缩性高的软弱土层。

在软土地基上修筑路基，若不加处理，往往会发生路基失稳或过量沉陷，导致公路破坏或不能正常使用。

习惯上常把淤泥、淤泥质土、软粘性土总称为软土。

软土的特性主要表现为天然含水率高、孔隙比大。

含水量在34%～72%之间，孔隙比在1.0～1.9之间，饱和度一般大于95%，液限一般为35%～60%，塑性指数为13～30.我国软土多分布在江河湖海等处，但也在丘陵低洼和山区谷地赋存。

由于其成因类型不同，厚度不一，性质各异，因此不能一律对待，首先应查明各地区特点和地质、土质条件，有针对性地采取有效对策，作出合理的处理。

　　过去在一般公路通过软土地区，由于线路等级标准不高，路基宽度窄、立交少、纵坡要求不严，且多低路堤，故对路基大部分地段处理工程少，仅对桥头高路堤部位重视些。

但从高速公路出现后，因要求全立交、桥涵通道多，路堤高度多超过软土填土极限高度。

加之软土中含有大量亲水胶体微粒，土体多呈海棉状结构，因其孔隙比大、含水量多、透水性小、抗剪强度低、压缩性强在路堤高填土的自重作用下，要经过较长时间才能趋地压密稳定、因此其沉降稳定要花费长时间。

此外软土结构在大交通量、重载车辆的作用下，路基容易产生侧向膨胀挤出滑动，基底沉降现象也严重，为了增强压密稳定力度和较短时间达到最终沉降，消除侧向滑动位移，以免路堤向两侧膨胀挤出，确保路基及其外侧建筑物或其他农田、虾池、鱼塘的安全，因此必须对软基进行处理。

　　二、软土地基路基施工处理的基本方法

　　当路堤经稳定验算或沉降计算不能满足设计要求时，必须对软土地基进行加固。

加固的方法很多，常用的方法有：

　　1、塑料排水板：

塑料排水板是带有孔道的板状物体，插入土中形成竖向排水通道。

因其施工简单、快捷，应用较为广泛。

最大有效处理深度18米。

　　2、砂井：

砂井是利用各种打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼并灌入中、粗砂形成砂柱。

由于这种砂井在饱和软粘土中起排水通道的作用，又称排水砂井。

砂井顶面应铺设垫层，以构成完整的地基排水系统。

砂井适用于软土层厚度大于5m时。

最大有效处理深度18米。

　　3、袋装砂井：

井经对固结时间的影响没有井距那样敏感。

但一般砂井如果井经太小，既无法施工，也无法防止因地基变形而断开失效。

因此，现在广泛采用网状织物袋装砂井，其直径仅8cm左右，比一般砂井要省料得多，造价比一般砂井低廉，且不会因施工操作上的误差或地基发生水平和垂直变形而丧失其连续性。

最大有效处理深度18米。

　　4、排水砂垫层：

排水砂垫层是在路堤底部地面上铺设一层较薄的砂层。

将水从砂层中排出去。

最大有效处理深度，路堤极限高2倍。

　　5、土工织物铺垫：

在软土地基表层铺设一层或多层土工织物，可以减少路堤填筑后的地基不均匀沉降，又可以提高地基的承载能力，同时也不影响排水。

对于淤泥之类高含水量的超软弱地基，在采用砂井及其他深层加固法之前，土工织物铺垫可作为前期处理，以提高施工的可能性。

　　6、预压：

在软土地基上修筑路堤，如果工期不紧，可以先填筑一部分或全部，使地基经过一段时间固结沉降，然后再填足和铺筑路面。

最大有效处理深度30米。

　　7、挤实砂（碎石）桩：

挤实砂桩是以冲击或震动的方法强力将砂、石等材料挤入软土地基中，形成较大的密实柱体，提高软土地基的整体抗剪强度，减少沉降。

最大有效处理深度20米。

　　8、旋喷桩：

利用工程钻机，将旋喷注浆管置入预定的地基加固深度，通过钻杆旋转，徐徐上升，将预先配制好的浆液，以一定的压力从喷嘴喷出，冲击土体，使土和浆液搅拌成混合体，形成具有一定强度的人工地基。

最大有效处理深度20米。

　　9、生石灰桩：

用生石灰碎块置于桩孔中形成桩体，称为生石灰桩。

最大有效处理深度20米。

　　10、换土：

采用人工或机械挖除路堤下全部软土，换填强度较高的粘性土或砂、砾、卵石、片石等渗水性材料。

最大有效处理深度3米。

　　11、反压护道：

反压护道是在路堤两侧填筑一定宽度和一定高度的护道。

它利用力学平衡以保持路基的稳定。

　　三、施工现场常用处理软土路基方法

　　在施工中经常碰到的情况多数不是软土地基，因为如果有软土地基一般情况在设计时应该根据地质资料，提出处理方法。

多数情况是有局部地段地质情况和原来设计不同，出现局部地基承载力达不到设计要求，或者由于局部地段含水量过大（原有排水系统不畅，原有地基土质渗水性不好）造成地基软弹（翻浆，弹簧土地段）。

根据出现的这些情况一般常用的方法主要有：

　　1、换填。

这是最常用的方法。

这种方法最大有效处理深度3米。

采用人工或机械挖除路堤下全部软土，换填强度较高的粘性土或砂、砾、卵石、片石等渗水性材料。

换填的深度要根据承载力确定。

　　2、抛石填筑。

就是在有软土或弹簧土以及有积水的路段填石头，填石的高度以露出要处理的路段原有土层（或积水）高度为宜。

在填石的过程中注意一定要用推土机把石块压实，不能出现软弹现象。

然后再填筑土方。

　　3、盲沟。

就是在要处理的路段根据要处理的路段的长度，在横向或纵向挖盲沟，盲沟通常用渗水性大孔隙填料或片石砌筑而成。

也可以填入不同级配的石块起到排水的功能。

注意盲沟的出口要与排水沟连接，以便把路基中的水排出路基。

　　4、排水砂垫层。

排水砂垫层是在路堤底部地面上铺设一层砂层，作用是在软土顶面增加一个排水面，在填土的过程中，荷载逐渐增加，促使软土地基排水固结渗出的水就可以从砂垫层中排走。

为确保砂垫层能通畅排水，要采用渗水性良好的材料。

砂垫层一般的厚度为0.6～1.0米。

为了保证砂垫层的渗水作用，在砂垫层上应该填一层粘性土封住水不让水返上路基。

在路基两侧要修好排水沟，通过砂垫层渗出的水通过排水沟排出路基外，保持路基的稳定。

　　5、石灰浅坑法。

由于粘性土含水量影响，施工中经常出现“弹簧土”松软现象。

一般较轻的可以采用挖土晒干，敲碎回填的方法：

“石灰浅坑法”可以用于各种不同面积的路段（就是说大面积可以使用，小面积也可以使用）。

具体做法是：

挖40～50cm方形或圆形，深一般1m上下的坑，清除坑内的渗水（最好挖好坑后，第二天清除渗水），放入深为坑深1/3的生石灰，即可回填碾压。

坑的行距和坑距在轻度弹簧路段为5～6m，在严重弹簧路段为3～4m。

　　四、结语

　　软土地基有极大的危害性，如果不处理或处理不当，就会造成地基失稳，使构造物沉降过大或不均匀沉降，对构造物造成不同程度的危害，本文以上介绍的只是工地常用的几种处理软土地基的方法，具体施工还要根据工地的实际情况来选用，有时几种方法可以交替或一起使用。