软土路基处理设计浅析

林枫，黄伟明

（温州市城建设计院，浙江温州 325000）

0 引言

我国地域辽阔，地质构造复杂，在人类活动、气候环境和自然环境的影响下，进一步加剧了工程地质的复杂性，因此在道路工程建设中会遇到各种类型的地质情况。软土地基作为道路设计较为常见的一种不良地质，处理不好会导致路基失稳、道路沉降等一系列问题，大大缩短道路使用寿命。为了解决软土路基对道路运营质量的影响，必须对软土路基性质、处理方法加以了解。

1 软土路基的基本特征及常见工程问题

1.1 基本特征

软土是滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土，成分比较复杂，通常是在流水环境中沉积而成的，有明显的地区差异性存在。一般情况下，软土路基主要有下面几个方面的特点。

（1）主要由粉土粒和黏土粒组构而成，具有孔隙大、含水量高等特点。一般软土路基的空隙比为1～2，含水量为35%～80%。

（2）具有良好的流动性。在剪应力的影响下，会有剪切变形的情况出现，降低抗剪强度，在完成固结沉降后，还会产生次固结沉降[1]。

（3）具有明显的结构性。当原状软土受到挤压和振动时，会对土体的絮状结构造成破坏，在静置时间不断增加的情况下，软土路基的强度会恢复。

（4）透水性差，压缩性高。由于软土的压缩模量在4 MPa以下，随着液限的增加，压缩性也会增加，而且由于软土的竖向渗透系数为10.5～10.9 cm/s,所以需要经过一个漫长的过程，自重作用下的土层才会达到完全固结的要求。

（5）抗剪切强度不高。我国软土路基的天然排水剪切强度在20 kPa以下，有效内摩擦角为20°～350°，在荷载的影响下，软土抗剪强度也会随着软土路基的排水固结而出现变化，固结速度越快，强度变化越明显。

1.2 常见工程问题

（1）地基承载力和稳定性问题

在道路荷载（静力和动力荷载）作用下，地基承载力不能满足要求时，地基会产生局部或整体剪切破坏，影响道路的正常使用，引起道路破坏或边坡失稳。

（2）沉降、水平位移及不均匀沉降问题

在荷载作用下（静力和动力荷载），地基产生变形。当道路沉降或水平位移，或不均匀沉降超过相应的允许值时，将会影响道路的正常使用，甚至可能引起破坏。道路沉降量较大时，不均匀沉降往往也比较大，不均匀沉降对道路的危害较大。

2 城市道路软土路基处理措施

2.1 软土路基浅层处理措施

2.1.1 换土垫层法

对于软基厚度较小的路段，挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰[2]。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量，常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。通常情况下，换土垫层法主要在开挖土方量比较大、基坑面积比较大的回填方工程中进行应用，一般在浅层软弱地基和低洼区填筑区域施工，处理深度为2～3 m，比较适用于素填土、浅层非饱和软弱土层、杂填土地基环境。

2.1.2 加筋垫层法

对于软基层地基设计使用铺垫材料的方法进行施工。铺垫材料法指的是使用多层或单层土工织物进行铺设，由于土工织物具有良好的抗拉强度、连续性、耐腐蚀性等方面的优点，通过使用铺垫材料的方法进行施工，可以降低路基的不均匀沉降，提高路基的承载力。一般会使用土工格栅、土工布作为铺垫材料，通过在软土路基的表面进行铺设，可以起到良好的排水、反滤、补强和隔离效果。在施工的过程中，会铺设加筋材料组成筋垫层，从而提高路基的承载能力，增加压力扩散角，适合各种类型的软土地基使用。

2.1.3 冲击压实法

冲击压实法指的是使用振动的、揉挤的、恒定重量的、冲击的压实设备进行施工，达到提升路基承载力的目的。这种施工方法具有影响深度大、生产效率高等方面的优点。一般在处理特殊地基时会使用到这种方法，可以有效降低路基的沉降。

2.1.4 轻质填料法

在处理软土路基时，常用的轻质填料处理法主要有粉煤灰处理、EPS处理和泡沫混凝土处理方法。

粉煤灰由于颗粒直径比较小，表面积大，很容易和软土拌合，而且由于粉煤灰属于工业废弃材料，对粉煤灰进行利用可以起到良好的环保效果，但需要注意粉煤灰层的包裹处理，避免出现污染物被淋滤下渗对地下水环境产生不利影响。

EPS材料又称聚苯乙烯板块，具有密度小、力学性能好等封面的优点，可以有效降低路堤的自身重量，降低路基的沉降量和压缩变形模量。在施工时，考虑到材料的耐化学性、抗风化性和耐冲击性差，需要将其埋入地下[3]。此外，由于材料自身的重量比较小，为了避免水的浮力将EPS路堤抬高，对路堤造成破坏，地表洪水泛滥的地区，不宜使用。

泡沫混凝土是使用气泡群、水、水泥等材料按照特定的比例进行混合得到的一种水泥类环保材料，具有自身重量轻、压缩性低、固化自立性、施工便利等方面的优点，作为轻质填料在高填方路段使用有不错的效果。

2.2 软土路基深层处理措施

2.2.1 排水固结法

对于冲填土地基和厚度比较大的饱和软土地基，设计使用排水固结法进行加固，通过对排水条件进行改善，对排水井进行垂直布置，使用加压抽气抽水的措施来提高土体的强度，达到加固地基的目的。使用这种方法不仅可以有效提高土体的承载力，而且可以有效降低沉降。通常真空预压、堆截预压、电渗排水法是比较常用的排水固结法。一般情况下，排水固结法主要适用于对饱和软弱土层进行处理，但是对于渗透性比较低的泥碳土来说要慎重使用。

2.2.2 深层搅拌法

水泥搅拌桩加固主要是利用加固土体的化学反应，然后使用机械设备将水泥喷入到需要处理的道路软土路基中，在浇筑的过程中，要不停地进行上下搅拌，使水泥和土出现水解化的反应，组成胶凝体，最后形成结构稳定的整体，有效地对土体的强度进行提高，达到路基所需承载力的基本要求。

根据多年经验，常规水泥搅拌存在以下几个问题。

（1）均匀性差：无法充分搅拌土体，导致桩身强度低。

（2）受力不合理：桩径自上而下完全相同，不能根据地基应力状态合理布置桩形，桩身强度得不到充分利用。

（3）浆液上冒：施工过程中，在土压力、孔隙水压力、喷浆压力以及搅拌叶片旋转力相互作用下，水泥浆沿钻杆上冒甚至冒出地面，无法就地搅拌，导致桩身上部水泥含量高及大量水泥浆的浪费。

对此，有关单位研发了钉形双向水泥土搅拌桩，因为其具有双向搅拌和可变桩形的特点，可避免常规搅拌桩存在的上述问题，具有良好的使用效果，大大拓展了水泥搅拌桩的使用范围。

2.2.3 薄壁筒桩

薄壁筒桩派生于沉管灌注桩技术，采用自动排土振动灌注而成，具有施工工艺简单、成桩速度快、质量易于控制等特点。薄壁筒桩属于大直径桩型，突破600 mm的限制，可充分发挥大直径桩的稳定性和强度；挤土效应小，避免自身的位移和对周边地基的形变；单桩竖向承载力较高，通过放置钢筋笼，可以大大提高水平极限承载力；从施工角度看，薄壁筒桩是连续灌注而成，在中高频率振动中起拔，桩的整体性和桩体混凝土质量较好，连续施工长度可达数十米。薄壁筒桩适用于软黏土、黏土、砂黏土、砂砾土及风化严重的岩层，其中特别适用于软黏土。

3 实际应用案例

3.1 案例介绍

温州某应急道路的总长度为2 355 m，设计速度为30 km/h，红线宽24～36 m，沿线有桥梁4座、箱涵1座，根据工期安排，需要在较短时间内完成工程建设，缩短路基处理的工期，因此在软基处理上采取浅层、深层联合处理。

3.2 道路软土地基的具体设计

本次路基处理主要集中于桥头接坡路段，填方小于等于3 m的采用搅拌桩处理；填方大于3 m路段采用φ500 mm搅拌桩+泡沫混凝土处理；两座桥涵构筑物距离较短，整体填土较高的路段采用φ1 000 mm薄壁筒桩+泡沫混凝土处理。

根据地质报告计算，水泥搅拌桩间距取1.1～1.5 m，桩长控制在8～15 m；薄壁筒桩间距2.5 m，桩长控制在19～32 m。

泡沫混凝土根据所处的层位分别给定参数：路面底面以下0～80 cm，湿容重6.5 kN/m，28 d抗压强度不小于0.8 MPa；路面底面80 cm以下，湿容重6 kN/m，28 d抗压强度不小于0.6 MPa；流动度为180±20 mm。

3.3 建成后质量检测

该工程于2013年2月建成通车，在一年多的运行后，经观测除单独采用搅拌桩处理段局部稍有沉降，其余高填路段、桥头均未见明显沉降出现，处理效果显著。

4 结语

在城市道路工程施工的过程中，为了保证道路的使用质量和使用年限，要求处理后道路的沉降尽量减少，且具有良好的稳定性和地面强度，特别对于路基工作区来说，在保证路基的稳定性、路面强度以及达到行车的基本要求等方面有着非常重要的意义，需要根据具体的施工条件选择良好的软土路基处理方法，进而达到良好的治理效果。在选择施工方法的时候，要进行环境因素、施工工期、工程造价等方面的对比，找出合理的路基处理措施。

[1]李朝阳.城市交通与道路规划[M].武汉:华中科技大学出版社,2009.

[2]沈建武.城市道路与交通（第二版）[M].武汉:武汉大学出版社,2006.

[3]夏晓敬.基于快速城市化的城市出入口道路交通特性分析[D].重庆：重庆交通大学，2010.