公路工程中软土地基的处理设计

张新安

（郑州市交通规划勘察设计研究院 河南 郑州 450000）

0 前言

郑州地区的公路工程中存在着较多的故河道、鱼塘和新近的填土坑，这些路段存在的软土若没有及时处理，对公路工程将埋下较大的隐患， 致使公路路基存在不均匀性沉陷、路面开裂、路基下沉，严重影响公路工程的正常和安全使用。本文介绍了软土路基的的鉴别方法、工程特性，并对换土垫层法和水泥粉喷桩复合地基方案作如下说明，可供参照。

1 软土的鉴别方法

软土一般是在静水环境或非常缓慢的流水环境下沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘土，由于他形成于水流不畅，饱和缺氧的静水环境中，其有成质含量一般较高，一般可达5-15%，最高可达25%，其颜色较深，一般呈灰色、灰绿色至灰黑色。 在公路工程的野外勘察和施工过程中，比较容易发现， 在软土和正常沉积土之间有一条比较明显的分界线，颜色呈灰色至灰绿色、 灰黑色的为近期形成的软土或软弱土。

软土指天然孔隙比大于1.0， 且天然含水量大于液限的细粒土，包括淤泥和淤泥质土，其天然孔隙比大于1.5 时称为淤泥，其天然孔隙比大于等于1.0 小于1.5 时你为淤泥质土，其沉积环境有滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、沼泽沉积，在郑州地区主要为河滩沉积和人类活动影响下形成的鱼塘、河渠和水库的渗水、新近的填土坑等地方，其埋深和厚度一般小于10 米。

2 软土的工程特性

软土由于形成时间较短，含水量较大，其具有以下几个特性：

2.1 触变形：由于软土抗剪强度较低，在受到振动或扰动后，其土体结构将被破坏，强度大幅降低，易产生地基的侧向滑动、沉降和基础下土体的挤出等现象。

2.2 高压缩性：软土属高压缩性土，其压缩系数较大，一般为0.7-1.5MPa-1，最高可达3.5 MPa-1，该类土在建筑荷载长期作用下有如下特征：建筑物沉降量较大而不均匀、沉降稳定历时较长。

2.3 低透水性：软土的含水量虽然较高（一般在50-70%，最大超过200%），但其透水性较差，特别垂直向透水性更差，垂直向渗透系数一般在i×（10-6-10-8）cm/s 之间， 对地基固结排水不利，如采用堆载预压法对软土地基进行处理，其处理时间较长，且预压荷载应逐渐施加，确保每级荷载下地基的稳定性，若加载较快，软土将出现失稳和剪切破坏。

2.4 不均匀性：由于软土在沉积过程中环境的变化，多具有微层理构造，既在软土中夹有数量不等的薄层砂层、粉土等，这些夹层有利于软土的沉降固结，但粉土和砂土的沉降量要比软土沉降量小，会引起路基的不均匀性沉降。

3 换土垫层法

换土垫层适用于路基、涵洞、通道等浅基础的地基的软土处理，可提高地基承载力和减少地基的不均匀沉降。

3.1 换填材料

可视项目区条件、填料来源和性质，酌情采用人工碎石、天然河流冲积的中砂、粗砂、砾砂、角砾、卵石或混合料，也可采用弃方石料等，但应级配良好、不含植物残体、垃圾等杂物，粒径小于0.075mm 的部分不超过总重的9%，填料粒径以不大于50mm 为宜。 对于可全部挖除的软土，亦可采用素土、灰土、矿渣等材料全部换填压实处理。

3.2 垫层设计

鉴于垫层比软弱地基或软土有较大的变形模量和强度，基础底面的压应力通过垫层的扩散作用分布到较大的面积上，致使垫层底面处附加压应力减小。 设计垫层的厚度z 应根据其底面处地基修正后的容许承载力[fa]确定，并符合《公路桥涵地基与基础设计规范》﹝JTG D63-2007﹞下式要求：p0k+pgk≤γR[fa]

注：条形基础为长宽比等于或大于10 的矩形基础。

垫层底面处的附加压力Pok 与换填垫层的厚度和换填材料的压力扩散角有关，但垫层的厚度不宜小于0.5m，且不宜大于3m。

垫层顶面尺寸应为基础尺寸每边加宽不小于0.3m，其宽度应满足基底压力扩散的要求，可按下式或根据经验确定：

b1=b+2ztanθ

3.3 垫层的施工

垫层处理地基是首先采用的方法，也是公路工程涵洞通道构造物地基处理常用方法。 对于地下水位高，且其浅层地基土工程性质差的地质条件，设计垫层厚度3 米时基坑开挖及垫层施工困难，可考虑与复合地基处理方案比较。 对于土质软弱地基，设计的垫层可一次摊铺，其底部可酌情铺一层片石﹝若地下水位高于垫层顶面，应降水至垫层顶面下20 厘米﹞，摊铺后不作碾压，并在其顶面加铺一层土工格栅。 此后可分层填土碾压﹝填第一层土时，待静压出现弹黄变形应立即停止，并转入第二层填土，待静压不出现弹黄变形方可按正常压实要求进行路堤填筑施工﹞。

4 水泥粉喷桩复合地基

水泥粉喷桩复合地基适用于处理正常沉积的淤泥和淤泥质土，可较大幅度提高复合地基的承载力，减少地基的沉降变形量，特别是在新老路基的交接部位对新建路基进行处理时，可显著降低新建路基的沉降量，减少新路基的沉降差。

4.1 固化剂

水泥粉喷桩的固化剂宜选用强度等级为32.5 级以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺入比块状加固为7-12%，其他形式加固时水泥掺入比为15-20%， 若水泥掺入比低于5%时，水泥固化程度低，得不到应有的加固效果。

4.2 复合地基设计

水泥粉喷桩的复合地基在初步设计时可按下列公式进行估算，其复合地基承载力由单桩和桩间土共同承担，其中桩体的单桩承载力由桩体的立方体抗压强度平均值和桩周土的侧阻力特征值按下列二个公式综合确定，取二公式中的小值：Ra=up∑qsili+aqpAp和Ra=ηfcuAp， 其复合地基承载力特征值由以下公式确定：fspk=mRa/Ap+β（1-m）fsk。 在施工图设计阶段应对本地基进行工艺性试桩，其单桩承载力和复合于基承载力应通过现场静载荷试验确定，并根据试桩结果确定合适的桩距、桩长和布桩方式。

4.3 水泥粉喷桩复合地基施工

水泥粉喷桩的施工条件一般要保证项目区具有三通一平的条件，且场地地层的杂填土、生活垃圾、建筑垃圾等已被挖除并换填素土压实处理， 在施工前应进行工艺性试桩，数量不得小于2 根。

水泥粉喷桩的复搅工艺对单桩的承载力影响较大，我们在数个项目中无复搅的桩体，在开挖后其桩体竖向断面呈土与水泥土的薄层状构造，为不均匀桩体；若采用复搅后，其桩体明显较为均匀。 所以在复搅下沉时，也可采用喷粉的施工工艺，但必须确保全桩上下至少再复搅一次。

5 结述语

软土路基在公路工程的设计和施工过程是一个较为复杂的问题，因同一软土路基，可采用多种不同的方法进行处理，但考虑到工程造价、工期、施工条件和处理后的目的不一致，所以应根据各种情况选择一种较为合适的处理方法对路基进行处理。

［1］工程地质手册[M].4 版.中国建筑工业出版社.

［2］JTG D63-2007 公路桥涵地基与基础设计规范[S].人民交通出版社.

［3］JTG D30-2004 公路路基设计规范[S].人民交通出版社.

［4］JGJ79-2002 建筑地基处理技术规范[S].中国建筑工业出版社.