浅谈高速公路软土地基危害及处理方法

唐 钰 李海峰

1 概述

软土地基因地而异、因层而异,不可预见性的特点给公路工程设计施工带来了相当大的困难甚至带来不同程度的危害。如路基的滑移、开裂,路面起伏不平,桥涵通道等引起的跳车颠簸等而使公路建设者感到非常棘手,要花大量人力、物力、财力和时间,去进行勘察、测试、设计和施工。若处理不好还将会出现质量事故带来极大的资源浪费。

2 软土及软土地基

2.1 软土

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。国内外研究成果普遍认为,软土具有高含水量、大孔隙、低密度、高压缩性、低透水性以及中等灵敏度等特点[1]。有的把软土视为整个软弱土质的简称,有的则把软土视为软弱土基的简称。目前,国内外对软土没有统一的分类判别标准,国内各部门之间的标准也不尽相同,JTJ 017-96公路软土地基路堤设计与施工技术规范[2]提出应按表1的特征指标综合地鉴别软土。

表1 软土鉴别表

2.2 软土的分类和主要工程性质

我国软土按照淤泥和淤泥质土的形成和分布分成三大类,见表2。

表2 软土的分类

3 高速公路软土地基常见事故发生原因

1)勘察设计不详细或不准确,导致对应该作软基处理的地段未作处理设计。2)已知是软土地基,但是未做好软土地基处理,造成路堤失稳或危及线外建筑物。汕头磊口大桥引道,由于高填土引起线外土地隆起,民房受损,路基难以稳定,只好增加桥梁长度改建新桥。中山县附近的狮窖口桥,原设计是拱式桥跨,台背填土较高。由于高填土的推力作用和地基严重下沉,拱体破坏,路旁的老公路被挤移,迫不得已改变桥型。3)虽作了软土地基处理,但因施工不当造成路堤失稳。珠海南屏桥引道,采用分级加载预压处理,南岸砂井施工中第一级加载时就发生破坏,北岸在第三级填土时发生破坏。经分析,原因是地质资料不准确,填土速度过快,后加的反压护道又阻塞了砂垫层的排水通道。最后采取了挖深边沟排水,用袋装砂和铺土工布进行修复。4)堆料不当,未按规定分层填筑,填土过快,碾压不当,造成路堤失稳。新会虎坑、大洞桥的引道,原设计软基采用砂袋并结合砂垫层加固处理,由于投资限制,大部分处理被取消。在施工过程中,未按规定分层填筑,填土过快,碾压不当,有几处路堤发生滑塌现象,通车后整个路段不均匀沉降明显。5)扰动“硬壳层”[3]或填筑不当,使“硬壳层”遭受破坏,导致路堤失稳。软土地基上往往有一层强度比软土高的土层,被称为“硬壳层”。“硬壳层”可以起到承重和扩散应力作用。有的地区认为,有“硬壳层”存在的软土地基,利用“硬壳层”的扩散应力作用可不作软土地基特殊处理。但若对“硬壳层”的勘察、利用工作做得不好,则达不到预想的效果。6)由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用,引起桥台发生变位破坏。在软土地基上的桥台,基础不论是用支承桩或是摩擦桩,由于台背填土引起软土层发生较大的沉降,对桥台及桩基础产生纵向推挤和负摩擦力作用,轻则使桥台发生位移或下沉,重则损坏桥台危及桥墩,这种现象尤以轻型桥台为甚。

4 目前高速公路软土地基常用处理方法及原理

1)排水固结法。在软土地基中设置竖向、水平排水系统,在逐级填筑路堤荷载作用下固结排水,从而提高地基承载力,减小工后沉降。若采用大于路堤及工作荷载的预压荷载则称为超载预压,适用于软泥质土地基。2)强夯法。碎石土、砂土、低饱和度的粉土、黏土、湿陷性黄土、杂填土和素填土地基通常采用质量为10 t～40 t的夯锤自由下落振实,挤密,提高地基承载力,减小沉降。若用碎石边强夯边置换,形成由碎石墩、墩间土以及碎石垫层组成的复合地基来提高地基承载力的称为强夯置换法。3)深层搅拌法。利用深层搅拌机将水泥或石灰和地基土原位搅拌形成圆柱状、栅格状或连续墙水泥土增强体,形成复合地基。深层搅拌法称粉喷法和粉搅拌法,适用于淤泥和含水量较高、地基承载力标准值不大于120 kPa的黏性土、粉土等软土地基。4)振冲置换法。利用振冲器在高压水流作用下边振边冲在地基中成孔,并填入碎石、卵石等粗粒料振密成碎石桩,碎石桩与桩间土形成复合地基。适用于不排水抗剪强度不小于20 kPa的黏土、粉土、饱和黄土和人工填土地基。5)沉管碎石桩法。与振冲置换法不同的是,沉管碎石桩采用沉管法在地基中成孔,填入碎石、卵石等粗粒料振密碎石桩。6)石灰桩法。通过机械或人工成孔,填入生石灰吸水膨胀、放热以及离子交换作用改善桩周土的物理力学性质,形成石灰桩复合地基来提高地基承载力,适用于杂填土、软黏土地基。7)低强度混凝土复合地基法。在地基中设置低强度混凝土桩,与桩间土形成复合地基,适用于各类深厚软弱地基。8)EPS超轻质料填土法。聚苯乙烯板块(EPS)[4]容重只有土的1/50～1/100,具有较好的强度和压缩性能,作为一般软弱地基填土料,可有效地减小作用在地基上的荷载,需要时也可置换部分地基土。9)加筋土法。在土体中埋置土工织物、土工格栅等土工合成材料,金属板条等形成加筋土垫层,增大压力扩散角,提高地基承载力,减少沉降,适用于各种软弱地基。

5 结语

新的加固技术和新型材料不断发展,软土地基处理的方法也多种多样,高速公路软土地基的不可预见性和复杂性给监测和地基处理工程施工带来极大的不便。本文对常见的几种软土地基提出了应对的处理方法,同时结合工程自身的特征,选择两种或两种以上的处理方法,在一定程度上为施工提供了工程应用方案和规避了安全隐患。

[1] 王晓谋,袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术[M].北京:人民交通出版社,2001:1-11,84-151.

[2] 交通部第一公路勘察设计院.公路软土地基路堤设计与施工技术规范[M].北京:人民交通出版社,1997.

[3] 徐勇夫,陈冠军.高速公路软土路基处理方法的研究[J].华东公路,1998(3):1-45.

[4] 张诚厚,袁文明,戴济群.高速公路软基处理[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[5] 张晓青.浅谈几种软土地基处理的方法[J].山西建筑,2009,35(6):153-154.