浅谈软土地基加固处理的几种方法

尚文伟,孙员风

（鹰潭市公路管理局）

1 砂垫层法

在软土地基上铺设厚度为0.5～1.2m的砂层,称作砂垫层。其作用为。

（1）作为软土层固结所需的上部排水层（配合其他固结排水措施）。

（2）作为路堤内的底部排水层,以降低路堤内水位或降低路堤内湿度。

（3）改善路堤和地基处理工程施工时的机械作业条件。（4）软土层薄时,单独用作地基处理（固结排水）措施。砂垫层材料以透水性好的砂或砂砾（0.074mm筛孔通过率3％以下）为宜,以保证所需的排水能力。

2 换填法

用好土全部或部分替换软土的方法,以达到保证路堤稳定和降低沉降量的目的。换填土可以采用开挖和强制换填两种施工方法。

全部开挖换填是在路堤全宽范围内将需要处理的软土层挖除,并置换好土。这种方法适用于软土层厚为3m以内,路堤需在短期内填筑完成的情况。部分开挖换填则是仅挖除表层最软弱部分的软土,换填好土,使沉降量减少到可接受程度。

强制换填法是利用路堤填土重力将软土从路堤下向两侧或前方挤出；或者,用炸药装入软土层内,通过爆破将软土从路堤下挤出。由于软土从路堤下挤出,两侧和前方的地基会隆起,影响周围环境；爆破震动则对周围的影响更大。因而,这种方法仅适用于对周围环境的影响无不利后果的情况。

换填材料宜选用排水性能好,处于地下水位以下仍能保持有足够承载力的砂、砂砾及其他粗粒料。

3 反压护道法

当路堤的填筑高度超过地基不作处理时所能容许的安全高度（称作极限高度或临界高度）时,路堤和软土层达不到要求的滑动破坏安全系数。可在路堤两侧填筑一定高度和宽度的护道,利用护道的填土重增加稳定力矩,以平衡主路堤的滑动力矩（参见图1）。这种方法需要有大量的用地和丰富的填料来源,在用地和填料困难的情况下往往显得很不经济。

图1 反压护道断面图

反压护道的高度一般为路堤高度的1/2～1/3,并且不得超过由下式确定的高度值

式中：He为反压护道最大高度；Hc为路堤极限高度,可按式（2）估算

式中：γ为填土的重度（kN/m3）；Cu为软土的不排水剪黏结力,kPa；Ns为稳定系数,与边坡角β和深度系数nd=[nd=（H+D）/H]有关,可由图2确定；H为填土高度,m；D为软土层厚度,m；Fs为安全系数。

反压护道应与主路堤同时填筑,其填筑速度不得慢于主路堤。

4 分阶段施工

路堤填筑到一定高度,其稳定性安全系数达到预定的下限值后,放置一段时间,使软土地基通过固结而增加其剪切强度,达到能支承下一层填土重量；而后,进行第二阶段的路堤填筑,在其安全系数下降到预定下限值后再放置一段时间；重复多次,填到设计高度为止（见图3）。

图2 稳定系数 M

图3 分阶段填筑路堤

在软土层初始剪切强度太低,不足以保证路堤稳定性时,可以采用这种分阶段施工方法。但其总工期很长,特别在土固结很慢的情况下。同时,这种方法有最大限度的填土高度,超出此高度,分阶段施工仍不能保证路堤的稳定性。

路堤第一阶段的填筑高度,按软土的不排水剪切强度（约为0.22Pc,Pc为先期固结压力）,通过稳定性分析确定。施工时破坏后果不严重并易于修复的路堤,稳定性安全系数可取为1.3；而破坏后果严重时,安全系数应不小于1.5。第一阶段的填筑高度应尽可能高,以充分利用分期施工的效果。

固结后软土的剪切强度,可按经验取为有效竖向应力的0.25倍。路堤内的有效竖向应力,按路堤填土重产生的竖向应力和达一定固结度时（通常为80％）的超孔隙水压力确定。填土高度接近于设计高度的路堤,其安全系数应在1.5以上。

各阶段的沉降分析,采用相应应力范围的固结系数Cv值,并且分阶段独立进行,而后将它们叠加成总的固结沉降曲线。

虽然在路堤填筑前应按软土的初始剪切强度、固结速率、不排水剪切强度同有效应力的关系等,分析安排分阶段的填筑高度和施工进度,但由于各项参数的不确定性,需要在填筑过程中监测软土层内有效应力的实际增长,以检查设计和控制施工。监测通过埋在软土层内的孔隙水压力仪和沉降仪进行。

5 超载预压法

路堤填筑到超过设计标高的高度,使软土地基受到超载作用而加速固结沉降,从而可较早地达到路堤设计荷载下的沉降量,并减少路面铺筑后的剩余沉降量,如图4所示。在设计路堤自重荷载的作用下,软土地基的沉降曲线为S1（t）；在超载作用下,沉降曲线为（t）。在铺筑路面前S2（t）（时间为t1）,超载的沉降量要比路堤设计的沉降量增加ΔS1=[S2（t1）-S1（t1）]。铺筑路面时,挖除超载部分的填土高度,其沉降曲线转为S1（t＞t2）段。如忽略卸载时的膨胀,可假设S1（t2）=S2（t1）。因而,铺筑路面后的剩余沉降量便由ΔSd1降为ΔSd2。

图4 超载预压法

应用超载预压法的主要目的是将铺筑路面后的剩余沉降量控制在容许范围内。因而,往往按容许剩余沉降量、软土层的沉降一时间曲线和容许工期等因素,设计所需的超载和放置时间等。然而,超载量不能超过受路堤和软土层稳定状况控制的最大值。在所需超载量大,而稳定性有问题时,可结合竖向排水法一起应用。

超载部分的材料,应考虑到在卸载后能应用于邻近工程中。除了超载预压法以外,也可采用真空预压法或降低地下水位法等来达到相同的加速固结沉降和减少剩余沉降量的目的。