浅谈公路工程软土地基的处理

浅谈公路工程软土地基的处理1 绪论近年来随着我国社会主义市场经济快速稳定的发展，国家对基础设施的投资力度不断加大，我国的公路建设进入了一个大发展的时期。

以大量的高速公路为代表，全国各地兴建了众多的高等级公路；同时，各地的县乡级公路建设也有了长足进展。

这些公路建设对推动我国经济的发展，满足人们群众日益增长的需求，无疑有着巨大的作用。

我国是个幅员辽阔、地理条件复杂多样的国家。

软弱地基是每条公路或多或少都能够碰到的问题。

万丈高楼平地起，基础是关键。

因此软弱地基处理十分重要。

由于地基的危害性十分隐蔽且十分大，一旦出现问题返工时工作量大，损耗十分巨大，尽管在设计中根据当地实际情况采用了合理的地基处理方案，但是由于施工过程中管理不善，造成地基处理失败或是未达到预期效果，因此软地基处理施工控制是重要的一环，在施工中必须确保施工质量，科学地做好施工组织设计，加强工地现场技术管理，尤其要严格按照不同处理方法的各自有关操作规程实施，认真做好工程质量检查和验收工作，充分利用试验手段测出各种参数，控制工地现场施工。

本文就以河北省保定至沧州公路沧州段高速公路软基处理的实际施工情况为例，详细的介绍软基处理施工各个环节中需要注意的事项及施工体会，为今后相关软基处理提供一些有价值的参考或是帮助。

2 软土的定义、成因类型及其特征2.1 软土的定义软土通常情况下指在滨海、湖泊、河滩上沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性强、抗剪强度和承载力低的软塑到流塑状态的细粒土，如淤泥、淤泥质土，以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。

淤泥和淤泥质土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积、经生物化学作用形成的粘性土。

这种粘性土含有机质，天然含水量大于液限。

当天然空隙比e大于1.5时，称为淤泥；天然空隙比e小于1.5而大于1.0时，称为淤泥质土。

当土的燃灼量（主要指水中植物一体）大于5%而小于60%，而天然孔隙比大于1.5时成为有机质土；大于60%时，天然孔隙比一般大于5的称为泥炭。

但国内铁路、建筑、港口、公路部门对软土的定义还没有统一的标准，不同的专业技术部门的解释也不尽相同。

有的把软土视为软粘土的简称，有的把软土视为整个软弱土层的简称，有的把软土视为软弱土基的简称。

铁路工程设计技术手册《桥梁地基和基础》中对软土的解释为：软土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的饱和软弱粘性土。

人民交通出版社版《铁路工程地质手册》中对软土的解释为：软土含有大量亲水的胶体颗粒，具有海绵状结构，因此，其孔隙比大、含水量高透水性小、抗剪强度低、压缩性大。

中国建筑工业出版社版《工程地质手册》对软土的解释为：软土是指天然含水量高、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土，如淤泥、淤泥质土以及其它高压缩性饱和粘性土和粉土等。

《岩土工程勘察规范》中规定天然孔隙比大于或等于 1.0，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为粘土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭土等，其压缩系数大于0.5MPa-1 ,不排水抗剪强度小于30kPa.《海口工程技术规范》（1982）中软土定义为：淤泥、淤泥质土以及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般性粘土。

《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ17-96）对软土的定义为：滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高和抗剪强度低的细粒土。

《公路工程名词术语》（JTJ002-87）对软土定义为：软土主要是天然含水量大，压缩性性高，承载能力低的淤泥沉积物极少量腐殖质所组成的土。

第九届亚洲地区土力学基础工程会议上，M.Kaman在地基总报告中把高速公路路基软土定义为：标准贯击数小于4、无侧限抗压强度小于50kPa、含水量大于50%的粘性土和标准贯击数小于10、含水量大于30%的砂性土统称为软土。

无论软土还是软土地基，在工程设计和施工时不要拘泥于他们的定义，只要路堤或其他荷载在土基尚有可能出现有害过大的变形与强度不足的问题，都应认真进行沉降、稳定验算。

凡不满足设计指标时均应进行处理，决不能仅凭土名来确定是否需要进行处治。

在工程实践中，人们对软土的含义已基本取得共识，对软土地基的鉴别通常按照天然含水量、相对含水量、天然孔隙比，渗透系数、压缩系数和十字板剪切强度等指标综合鉴定，见表1所列。

表1 软土鉴别指标表2.2 软土地基的成因类型及特征软土是自然历史的产物,是随着古地理、气候、沉积环境的变化而形成的。

我国地域辽阔，从沿海到内地、由山地到平原，各地区的软土由于形成的环境、年代、地址等条件千差万别，其分布、厚度、性质也各不相同。

同时，软土水平方向上的差异性和垂直方向上的不均匀性，造成各地区随表现出的抗剪强度、压缩性和透水性等的特性也不一样。

因此，对软土进行科学的归纳、统计和分类，有利于指导软土路基的设计与施工。

根据成因学的基本原理，把某特定地质时代相同沉积环境下形成的、在工程性质上存在一定内在联系的、具有特性相似的土体划分为一个工程地质单元，从而形成一个独立的统计单元体。

根据地质成因所划分的地质单元作为独立的统计单元体，在设计上假设为均匀的。

这个独立的统计单元体，既可以是一个单独的土层，也可以是自然属性相近的几个土层的集合体。

尽管是根据相同成因来划分的统计单元体，但由于成因相近而软土形成的小环境的差异，如水流大小、速度、频率不同，所携带物质的多少、性质不同，所沉积场地的形态等不尽相同，加上勘测、测试本身因素势必造成成因相同的软土在性质上的不均匀性和各相异性。

反映在土工试验结果上，同一工程地质层其物理力学参数测试值在一定范围内波动，个别甚至偏差、离散较大，偶尔出现一定的随机现象，也是自然的。

这是应使用概率论原理、数理统计学的方法来统计处理这些实测指标。

因此，在高速公路软土地基路堤设计时，对土体各项物理力学参数的选取，首先应分析其成因，以地质成因为基础，以概率论和数理统计为方法，以计算机为工具手段来获取。

我国沿海地区、内陆平原以及山区沟谷等广泛分布有各式成因的软土，因此，工程设计中按地域地质特点将软土分为五个类型，分别为滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、谷地沉积和沼泽沉积五大类。

五种类型的软土沉积特征见表2所列。

表2 五种软土的特征土、粉性土。

这五种类型的软土特征见表3。

表3 五种软土的特征（按土质分类）综上所述其基本物理、力学特性如下：1）具有高含水量、低密度、低强度、高压缩性、低透水性和中等灵敏度的特点。

其含水量一般在34%~72%之间，孔隙比一般在1.0~1.9之间，饱和度一般大于95%，液限一般在35~60，塑性指数为13~30，天然容重约为15~19kN/m3 ，压缩系数为大于0.5~1.0MPa,渗透系数为10-8~10-4cm/s,灵敏度为4~8，其快剪粘聚力在10KPa，快剪内摩擦角在0度~5度之间。

因此，该类土的压缩沉降量大，排水固结缓慢，地基稳定性差。

2）具有一定的结构性。

即具有触变性和蠕变性。

其絮状结构的主要作用是增大了土骨架的刚度。

因此其力学性质与应力水平密切相关。

应力水平较低时，土会呈现良好的力学特性；应力水平超过某临界值时，土的结构性破坏，力学性质明显恶化。

3）存在硬壳层。

该硬壳层经过地表风化、淋浇作用形成，具有中等的压缩性、较高的强度、较强的结构性。

因此在路堤高度为2~3m时，可充分利用硬壳而不作处3 软土地基工程中出现的问题公路建设中因地基问题引起的危害有以下三个方面：1）强度及稳定性问题。

由于公路等级高,填土厚度大,当地基的抗剪强度不足以承受路堤及路面外荷载时,地基可能会产生局部或整体的剪切破坏,造成路堤沉陷,塌方,失稳,桥台破坏。

2）沉降变形问题。

当地基在上部荷载及外荷载的作用下产生过大的沉降变形时，会影响道路的正常使用。

特别是产生过大的不均匀沉降时，路面会开裂破坏，构造物与路堤衔接处会产生不均匀沉降，加上车速太高，引起桥头跳车；由于路面宽，中心沉降偏大引起的涵管弯曲，涵身，通道凹陷，沉降缝拉宽而漏水，路面横坡变缓、积水等。

3）地震、车辆震动力等动力荷载可能引起地基土特别是饱和无粘性土的液化、失稳及震陷等。

显著变化，从而影响道路的正常使用。

4公路工程软基处理的方法目前，软土地基加固处理的方法很多，各种方法都有他的适用范围。

各具体工程的地质条件千变万化，对地基处理的要求各不相同。

加上软土地基处理的工程费用是十分昂贵的，且一旦选择方案错误就达不到预期的效果，因此在选择不同的地基处理方案时，需要考虑：土的类别、处理后的加固深度、上部结构的要求、当地能提供的材料和机械设备、周围的环境因素、对施工工期的要求、施工队伍的技术素质、施工技术条件和经济指标等因素。

进行综合分析后，根据安全可靠、施工方便、经济合理等原则选择一个最优的地基处理方案。

目前就公路上常用的并有一定效果的软土地基加固处理方法介绍以下几种：4.1 换土垫层法换土垫层发誓将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层换填强度较大的砂、砂砾、碎石、素土、灰土以及其他性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度为止。

换土垫层常用作浅处理地基的方法，此法施工简便，造价较低，不需要特殊的施工机械。

适用于软土层较薄且易于排水施工的情况。

换土深度一般不宜超过2m,通常在80cm左右。

4.1.1 抛石挤淤法抛石挤淤采用不易风化的石料，片时大小随软土稠度而定。

该处粉沙土具有流动性，故片石易稍小些，但不宜小于30cm，且小于30cm的粒料含量不得超过20%。

抛石从路基中部开始，逐次向两旁展开，使流泥向两旁挤出。

上不用较小石块填塞，并用重型机械碾压密实。

抛石挤淤的施工方法比较简单，不用抽水，而且比较经济。

4.1.2 砂砾垫层法主要原理是利用砂砾垫层良好的透水性的特点，在软土地基顶面铺设排水砂层，以增加排水面，使软土地基在填土荷载的作用下，加速排水固结，从而提高地基强度，满足稳定性的要求。

在碾压密实的片石上铺30cm砂砾垫层，分两次铺砂（分层厚度在15~20cm），并逐层压实。

砂砾垫层材料采用中砂及粗砂，不准掺有细砂或粉砂，含泥量不能过多。

碾压施工时，砂垫层的最佳含水量一般控制在8%~12%。

在施工过程中应避免对软土表层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，影响垫层的效果。

4.2 土工织物法土工织物法是在土体中埋置土工合成材料（土工织物、土工格栅等）形成加筋土层，可使荷载均匀分布、提高地基承载力，又不影响排水，从而减小沉降。

以下以土工格栅为例，说明土工织物在软基处理中的应用。

土工格栅是具有较高的抗拉强度和较低的延伸率的一种土工合成材料。

其抗拉强度已经接近软钢，可广泛应用于软土地基的加固。

但土工格栅优良加筋性能的发挥和工程加固效果的体现与土工格栅的施工工序及施工工艺水平有着密切的关系，如果施工方法不当，工艺粗糙，难以达到预期的效果。