探究软基加固技术在市政道路施工中的应用

冯斌

（长沙市公共工程建设中心，湖南 长沙 410000）

0 引言

随着我国市政道路行业的快速发展，在施工过程中经常会遇到软土地基。与普通市政道路地基相比，软土地基含水量大，承载能力弱，在外力作用下收缩力强，内部疏松，内部空间大，软土地基更容易压缩。市政道路是城市建设中最重要的组成部分，市政道路的质量严重影响着城市的经济发展。作为市政道路的基础，地基有无可比拟的重要性，其质量直接影响市政道路的使用寿命。如果没有坚实的基础，即使路面牢固，也会出现问题。此外，地基条件的质量直接影响地基的类型和基础设计方案、工期的长短和工程投资的大小。若地基不能满足相关强度要求则需要对其进行人工加固，现阶段不良基土加固中仍然存在强度和稳定性不足、压缩和不均匀沉降、渗漏等问题。现阶段对不良基土加固的手段主要是通过人工更换、压实、排水、灌浆、加固和热学等手段对软土地基进行加固，以此加强地基的强度和稳定性，有效防止了地基在地震过程中的振动液化，消除区域土体的湿陷性、膨胀性和冻胀性。

1 软基的基本特征

软土地基是工程施工中非常常见的一种施工技术。软基一般含水量高，压缩性大。孔隙较大，剪切强度较低，流动性和结构明显。如果承受较大的荷载，则更易发生局部地基破坏，甚至更易发生地基整体滑动。在深基坑开挖阶段，会出现基坑支护失稳等问题。软基的高压缩性易引起地基的大沉降或不均匀沉降[1]。例如，如果路面的每个部分都存在较大的差异荷载，或者更复杂的形状会导致沉降不均匀，降低市政道路地基的高程，甚至会出现开裂、倾斜或损坏等情况。低渗透软基的固结速率慢，长时间内发生连续沉降，处于长期弱态，对加性地基的影响也有不利影响。如果将挤压、振动、搅拌等施工方法应用于高灵敏度的软基，则会破坏软基结构，降低其强度。软土地基的设计可以提高市政道路的可靠性和使用寿命，满足人们的要求。

2 软基的主要危害

（1）影响地基的承载能力。要保证地基的承载能力大于地上市政道路的载荷才能保证市政道路结构稳定，保证市政道路质量。如果发生地基承载能力下降的情况导致地上市政道路载荷高于地基最大承载能力，必然会导致剪力强度难以支撑上部结构的重力和荷载，给地基造成不可逆的剪切破坏。

（2）造成地基沉降。通过对以往案例的总结分析，造成地基沉降的原因有很多，最主要的还是受到外部载荷震动的影响，这些外部的震动引起可能会导致地基液化和不稳定，而软基这种情况下会产生更大的变形。针对软基的特性，加强软基的处理十分重要，软基的处理后，其稳定性和承载力得到提高，从而保证市政道路的正常使用，以及市政道路的使用寿命和质量[2]。

（3）地基贫瘠易引起土坡失稳。软基还会造成市政道路贯通不稳的问题。对于土质边坡失稳，意味着土质边坡的原始平衡没有得到充分保证。在局部冲击作用下，原有内部结构发生变化，导致突土边坡在一定范围内沿滑动面向外和向下移动，从而严重破坏了突土边坡整体结构的稳定性。通过相应的技术手段来改善地基的不均匀性问题，减少地基对土坡的影响。

（4）地下水比较丰富。软土地基由水、细粒土、砂土组成，因此，软土地基抗剪性很差，与正常地基完全无法比较。同时，软土地基硬化也非常慢。为保证市政道路在正常情况下的施工，施工时必须合理处理软土地基的含水量。地下水是导致地基和路面沉降的主要原因，常在地下水丰富的地段沉降。

3 软基加固技术

3.1 换填法

换填法简易可行，但仅限于不大于3m的浅层处理，抛石挤淤法施工简单，工期短，造价低，但抛石深度难控制，浅层加固法简易可行，但仅限于不大于0.5～2m的浅层处理。①如幅土地水深少于3.0m的软土，其软基体可作为排水量与敷设或固定表层相结合的首选方法；排水层厚度选择范围为30～80cm，一般其构造器为50cm，材料应选择为砾石或碎石透水；排水垫垫片的长度可延伸至路堤脚下外50～100cm。②如路堤高度低于2.0m，并有一段浅挖土，可采用排水管结合表层固定路面；排水层厚度值范围30～80cm，应选择砾石或碎石的通径特性，铺设50～100cm长的堤底框架。③在路堤高度较高的情况下，在深度小于3.0m的软土路面上，可完全更换地面层[3]。④在湖泊、河床上，以及不断积水的低洼地带，表层没有固体覆盖物，而软土具有流动地层和薄层，不小于30cm的颗粒含量不应超过20%。换填法如图1所示。

图1 换填法

3.2 强夯置换法

强夯置换法一般在深孔中实施，该方法可通过压实方法直接清除软土的缺点。采用密集打夯法直接清除饱和粘土时，特别是对泥质土，其处理效率不高。但是有了强大的捣固机，捣固机可以击穿软土，形成沟槽，在其中填满有好一块石头、碎石和其他粗糙的填料，形成一个土堆，并在彼此之间挤出软土形成高承载力的复合地基，即强夯实的方法。高夯施工机械一般有大型履带式起重机+龙门架+货锤、挖掘机。起重机可分为不同形状，其主要区别表现为吊杆的起重能力和长度。与其他方法不同的是，利用孔道将强夯引入深基坑，采用异型重锤实现孔内充填，并在超压深孔中进行强夯，高动能、保密性强，自上而下分层进行，使填土在孔内固结密实，桩周土通过水平强挤压加固。根据不同的工艺和土性，应使桩头得到扩大头、胎圈形状和盘形，以便于桩之间的紧密接合，有效地改善其摩擦，使软基获得更均匀的整体刚度，并提高处理后的变形模量。应根据现场试夯试验的结果，确定用夯土置换法固定的有效深度，夯实强度和土体性质是决定因素，有效强化深度两个关键因素，一般可处理软基底深度5～10m。大面积进行高夯工程，根据预先选定的设计参数，宜选择具代表性的地点，首先是打夯试验，检查高夯式除泥效率，并对以往设计参数进行反馈调整[4]。强夯置换如图2所示。

图2 强夯置换

3.3 重锤压实与振动压实

重锤压实法利用落锤自由落体的冲击力实现土壤压实，使土壤孔隙得到很好的压缩，土壤颗粒排列更加紧密。常见的夯实工具有石夯、木夯等，常用的夯实方式包括蛙式夯、内燃式夯、打夯机进行机械压实。夯实处理方法主要适用于小面积市政道路工程的回填处理，粘性土和非粘性土均可采用压实法进行处理。而振动压实法是通过将振动压实机械设备置于土壤表面，由设备进行快速振动让土壤颗粒产生位移，达到压实的目的。振动压实的同时也在进行碾压，所以说振动压实的效率可达到普通平压的1～2倍。尤其是在爆破渣、碎石土、杂填土等非粘性土时拥有较好的处理效果[5]。

3.4 水泥桩

目前，水泥土搅拌桩已成为一种成熟的加固软土地基的通用技术。近年来，在水泥土搅拌桩中插入H型钢或钢筋笼等加固材料，水泥土搅拌桩已发展成为刚性桩。又如钢筋水泥土桩成排布置，桩体相互搭接，形成SMW工法地下连续墙。作为散料桩的碎石桩在加入适量水泥或粉煤灰等粘结材料后，形成柔性CFG桩。采用CFG桩，得到了承载力较高的复合地基。当黏结材料达到一定比例时，可进一步提高CFG桩的刚度，可用于加固市政道路的支护。

在处理环境要求较高地段附近的软路面时，在使用之前，必须使用适当的环境检测手段。在混凝土桩的大型施工前，必须进行打桩工艺试验，数量不得少于2根。桩的形成试验应能为容量设计提供各种技术参数（机械钻井、提升、搅拌速度等）、水泥浆灌装量、组合比、水灰比等参数。按水泥固化剂液体溶液分为粉末喷涂法和湿法喷涂法，在处理含水率在30%～50%之间的软土时，一般采用湿法喷涂，湿度超过50%时，以粉末喷涂为主。一般湿法喷涂采用单向搅拌工艺，提高搅拌效率，只要采用双向搅拌技术。混凝土与软土应拌匀，采用深拌机理或粉末喷涂机理，保证水泥对土的强度[6]。水泥搅拌桩如图3所示。

图3 水泥搅拌桩

水泥粉煤灰碎石桩是常用的桩基施工技术，主要由振动模压桩铺设管和长螺杆钻孔在桩中混合压制材料组成。CFG桩复合段施工时，应根据实际工况选择适用的施工技术。水泥粉煤灰碎石桩对于碎石的基本尺寸为5～25mm；粉煤灰一般用在Ⅰ型或Ⅱ型袋内；岩屑分馏值范围应为2.5～10mm，炉料粉碎率应调节为0.25～0.33。当桩径为0.5m时，应将混合物与混凝土C15匹配；如果桩径为0.4m，则混合应符合C20与混凝土的比例。地下空间工程水泥粉煤灰碎石桩（CFG）如图4所示。

图4 地下空间工程水泥粉煤灰碎石桩(CFG)

3.5 预压变形处理技术

预压后，软土地基的大部分沉降在预压过程中完成，这样有效提高了地基的轻度。通常情况下粉土、粉土干土、人工填土等各种软基都可以通过此种预压加固技术进行软基的处理。一般包括真空预压和堆载顶压，其中真空预压位于堆载预压重建的基础上，重堆积和预加载。如果市政道路设计载荷低于超载，形成超载预压，此时要进行分级加载，以此防止地基在堆垛阶段破碎。若地基经过加固之后，上部载荷发生过载时，可以施加较低的荷载并使其与设计荷载相一致。预压荷载的持续时间不仅受土层厚度的影响，同样也受到预压载荷作用和综合渗透性的影响。在进行施工时，要格外注意监控土壤和土地沉降消散孔隙水压力，保持预压在合理的范围之内。而真空预压处理事通过将砂垫层铺设在地基软土层表面，并封膜覆盖后进行抽真空，在真空的环境下产生内部压力与大气压的差值，提取部分土壤含水量，实现市政道路地基的加固[7]。真空预压地基处理如图5所示。

图5 真空预压地基处理

4 选择软基加固处理方案要考虑的因素

要想得到更好的地基处理效果，合理选择基土加固处理方案是至关重要的条件。虽然对不良基土的加固处理方式有很多，但是这些方法并不是万能的，其有明显的优缺点，在不同情况下要慎重选用。除此之外，不同的项目在施工过程中对机械设备、材料的使用以及施工队伍的专业素质也有所不同，同样会导致对基土加固处理产生较大影响。通常情况下选择软基加固方案时要充分考虑以下5个方面因素。

（1）地质条件。各种物理、化学和机械土壤指标。

（2）结构条件、结构类型和规模。所需的安全性和重要性。

（3）环境和气象条件。噪声和振动：振动和噪声对周围居民或设施可能产生的影响；相邻结构情况：指相邻市政道路、桥台、桥墩和地下结构的情况，是否会对加固处理产生影响；地下埋藏物：包括地下电缆、水电管道等要明确其位置，在施工时进行合理避让。

（4）材料供应。尽量使用当地材料，降低运输成本。

（5）工程造价水平。作为衡量不良基土加固方案选取是否合理的重要标准，在进行地基加固处理的过程中，评选各类方案时，在满足相关技术要求的情况下，需要优先考虑经济合理的方案。

5 结语

地基是保障各类市政道路稳定的基本条件，良好的地基在延长市政道路使用寿命、降低地质灾害、减少市政道路潜在安全隐患方面有重要作用。由于道路建设的灵活性，方法多种多样，因此有必要使工程技术人员在选择加工方案时具有更好的知识和经验，以及在各种软基加工方法方面的经验；软土施工方案的选择也是一个系统的决策过程，涉及多种影响因素，每一种都有其自身的重要性。对软基进行加固处理时，需要认真考虑市政道路及周围环境的具体情况，经过专业论证之后选择正确的方案，保证市政道路的安全，促进中国市政道路业健康发展。