高速公路软弱地基处理方案浅谈
摘要：结合广州至河源高速公路建设期间线内软弱地基处理的具体办法,简述软弱地基处理设计的理论,说明各类方法的作用机理和适用范围，并提出了部分改进措施，提高了高速公路地基的承载力和强度，减少了路基的不均匀沉降。同时归纳总结了各类软弱地基处理的具体方案的施工细节和注意事项。
关键词：高速公路，地基处理，理论设计，承载力，处理方案
广州至河源高速公路是广州市网规划“五环十八射”中的“第六射”，位于广州市东北面，项目起于龙眼洞春岗立交，与华南三期对接，横穿萝岗、白云、增城、龙门永汉、沙迳、龙华、龙江、路溪、博罗公庄、显村、麻陂、石坝，终点与惠河高速相接，路线全长约145.34km。
广州至河源高速公路走廊区及其附近主体属于新构造相对隆起区，地貌构成上为九连山山脉西南段和罗浮山山脉的一部分，以低山丘陵区分布面积最大。盆地与河流洼地分布面积约占30%，其中往往有河流阶地、边滩、心滩和沙洲等堆积地貌以及剥蚀、溶蚀残丘发育。故本项目在实施阶段将面临在多种浅层及深层的软弱地基上填筑路基的现实问题。
随着广州至河源高速公路施工的全面铺开，在清除表层覆土后，逐渐揭露出很多软弱地层的问题，在完成触探、标贯、补堪等一系列摸清地质情况的基础工作后，为确保路基的安全和稳定，防止因抗剪强度不足产生局部或整体剪切破坏，造成塌方边坡和路基失稳;避免不均匀沉降引起路面开裂;避免水或温度的变化引起地基强度或变形的变化等一系列问题的产生，本人认为对这些地基问题必须认真对待和妥善处理，处理的恰当与否直接关系到工程质量、投资和进度。本文在查阅相关资料的基础上并结合工程实施过程中的具体问题全方位地对地基处理的办法进行总结和归纳。
1.换填法
当软弱土层的承载力和变形满足不了基础或路基设计的使用要求，土层厚度又不大时，宜将基础底面或路面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、高炉十渣、粉煤灰或其他性能稳定、无浸蚀性的材料，并用机械碾压、重锤夯实或平板振动法使填土达到设计要求的密实度。回填部分称为垫层。此方法根据土中附加应力分布规律让垫层直接承受上部较大的应力，软弱层承受较小的应力，以满足对地基的要求。
机械碾压法:使用于处理浅层非饱和软弱地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基、季节性冻土地基、素填土和杂填土地基。主要是基坑开挖面积大和回填土方量较大的工程。
重锤夯实法:适用于地下水位以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土以及分层填土地基。
平板振动法:适用于处理非饱和无粘性土或粘粒含量少、透水性好的杂填土地基。
2.深层密实法
2.1强夯法
将几十吨的重锤从几十米高处自由落下，对土进行强力夯击。强大的夯击能，使深层土液化和动力固结，土体密实，用以提高地基承载力和减少沉降，消除土的湿陷性、胀缩性和液化性。对厚度<6m的软弱土层常采用边夯边填碎石边挤淤的方法(强夯置换法)，在地基中形成深度为3m-6m、直径为2m左右的碎石柱体，与周围土体形成复合地基，提高地基承载力和减少沉降变形。
强夯法适用于碎石土、砂土、素填土、杂填土、低饱和的粉土、粘土、湿陷性黄土。强夯置换法适用于软粘土。
2.2挤密法
以振动、冲击或带套管等方法成孔，然后向孔中回填碎石、砾石、砂、石灰、杂填土、灰土、二灰等材料，形成碎石桩、砂桩、砂石桩、石灰桩、杂土桩、灰石桩、二灰桩等。在桩打人地基时对地基土产生竖向和横向挤压，使小颗粒填入大颗粒的空隙，土颗粒彼此紧靠，空隙减小。土体的压缩性减小和抗剪强度提高，柱体又具有较大的承载力和变形模量。桩与土体组合形成复合地基，提高承载力，减少沉降，消除或部分消除土的湿陷和液化。
砂桩、碎石桩适用于杂填土、松散砂土，对软土地基经实验证明有效后才可用。石灰桩适用于软弱粘性土和杂填土。杂土桩、石灰桩、二灰桩适用于地下水位以上深度为5m-10m的湿陷性黄土和人工填土。
2.3水泥粉煤灰碎石桩
水泥粉煤灰碎石桩是在碎石桩的基础上掺人适量的石屑、粉煤灰和少量的水泥拌和后制成的一种具有胶结强度的桩体，是处理软弱地基的一种新方法。该方法避免了碎石桩在周围软弱土体较弱时产生的膨胀变形破坏，而且地基的承载力也比碎石桩有大幅度的提高。
3.排水固结法
设置排水系统（水平排水垫层和竖向排水体构成)改善排水条件，同时增加固结压力(堆载加压法、真空法、降低地下水位法和电渗法)，使饱和的软粘土地基在荷载的作用下，空隙中的水被慢慢排除，空隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形，提高地基的承载力和稳定性，并使沉降提前完成。此法适用于处理厚度较大的饱和软粘土和冲填土地基，对于厚度较大的淤泥质土须在实验的基础上应用。
3.1排水系统（袋装沙井及塑料排水板）
袋装沙井及塑料排水板的处理方法是通过向天然地基内打入袋装沙井或塑料排水板形成竖向排水通道与地面水平排水砂垫层相连,组成排水系统,利用路堤自重进行堆载预压,促使地基土中孔隙水排出,超静孔隙水压力逐渐消散,孔隙比随之减小,在发生地基沉降的同时,相应的强度亦随之增长。塑料排水板应用于软基加固,国内已有很多工程实例和成功的经验。由于国产排水板价格低廉,是目前深层软基处理措施中费用最低的一种产品。
3.2增加固结压力
为达到该处理目的可使用堆载加压法、真空法、降低地下水位法和电渗法等施工工艺，以下重点介绍真空(堆载)预压法。
真空(堆载)预压法软基处理的基本原理是通过安装一定的抽真空设备和利用一定的密封材料在加固区土体范围内形成一个负压水头,同时加载增加了土体内部孔隙水力,使影响土体工程性质的气、液相体沿着最佳设计路径尽快排出,从而达到加固土体的目的(可简称为内压外吸法).
真空(堆载)预压法设计中不仅要考虑竖向排水的深度、平面布置方式、间距和砂垫层的厚度,而且要考虑抽真空排水体系滤管的平面布置方式、间距,同时还要计算抽真空设备的数量。
真空(堆载)预压法随着研究开发的不断深入,已获得了丰富的施工经验,并总结出了一套完整的施工工艺:①施工准备,清理场地,搭临;②铺设砂垫层,打设袋装砂井或排水板;③水平排水滤管的布设及安装;④铺、埋密封膜及布置密封膜保护设施;⑤真空设备的安装和真空试抽;⑥正常抽真空维护,高速公路路堤填筑(堆载);⑦工程验收.真空(堆载)预压法的施工工艺虽比成熟的堆载、超载预压法来说要复杂一些,但就施工工艺本身所动用的施工机械、施工设备和施工人员而言并不十分复杂,在真空(堆载)预压法施工过程中只要做到责任性强,施工细心,把握好每道工序的要点,施工质量完全能够满足设计要求。
4.化学加固法
4.1灌浆法
利用水泥浆液、粘土浆液或其他化学浆液，通过灌注压入、高压喷射和机械搅拌，使浆液和土颗粒胶结起来的地基处理方法。此法适用处理砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土。
该方法效果良好，特别是处理城市道路的软土地基，不但技术上可行，经济上合理，缩短了工期，而且极大地减少了对环境的污染。
4.2高压喷射注浆法
将带有特殊喷嘴的注浆管，通过钻孔置人要处理的土层的预定深度，然后将水泥浆液以高压冲切土体，在喷射浆液的同时，以一定速度旋转、提升，即形成水泥土圆柱体。若喷嘴提升而不旋转，则形成墙状固结体。加固后可以提高地基承载力，减少沉降，防止砂土液化、管涌和基坑隆起。此法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土等地基。当土中含有较多的大颗粒径的块石、坚硬粘性土、大量植物根茎或有过多有机质时，应根据现场实验结果确定其适用程度。对地下水流速度过大、浆液无法凝固、永久冻土以及对水泥有严重腐蚀的地基不适合采用此法。
4.3水泥土搅拌法
该法是用于加固饱和粘性土的一种新方法。利用水泥浆(水泥粉)或石灰浆(石灰粉)等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，在固化剂和软土间产生的物理和化学反应，使软土固结成具有整体性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基的强度和增大变形模量。此法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力低的粘性土地基，当处理泥炭质土或地下水具有侵蚀性时，宜通过实验来确定其适用程度。另外，此法不能用于含石块的杂填土等。
5.加筋法
5.1土工合成材料
此材料是一种新型的建筑材料，是有聚合物形成的纤维制品材料的总称，在地基土体内铺设土工合成材料兼起拉筋的作用。土工聚合物根据加工方法不同种类很多，常见的为以下几类:①有纺织土工织物，由相互正交的纤维组成，与通常的棉毛织品相似;②编织型土工织物，由单股或多股线带编织而成，与通常编织的毛衣相似;③无纺型土工织物，织物中纤维的排列不规则，与通常的毛毯相似;④土工膜在各种塑料、橡胶、土工纤维上喷涂防水材料制成的各种不透水膜;⑤土工格栅，由聚乙烯或聚丙烯板通过打孔，单向或双向拉伸扩孔制成孔格为lOmm-100mm的圆形、椭圆形、方形或长方形的格栅;⑥土工垫，将一块波浪状细土工聚合网片以一定的间隔和另一块平整的细网片熔接在一起形成的一种三维结构，通常由黑色聚乙烯制成，厚度为15mm-20mm。
土工织物具有良好的透水性、渗滤、加筋补强、隔离、防渗和防护作用。具有相同孔径的土工聚合物和砂的渗透性大致相同但比砂的孔隙率大的多，在发生渗流时细颗粒流向土工织物的滤层，部分通过土工聚合物，留下较粗的颗粒，在滤层前形成一定厚度的土层阻止土粒的继续流失，即土工织物和一定厚度的土层形成一个完整的反滤系统。土工织物具有一定的拉伸强度和变形特性，且能紧贴地基表面使上层的荷载均匀地分布在地层中，从而提高地基的承载力和强度，增加地基的稳定性。此法适用于沼泽地、泥炭地和软土地基。
5.2桩体
采用在软弱土层上设置树根桩、碎石桩、砂桩等形成复合土体，作用机理和适用范围同挤密法。
6.结束语
上述是按照地基处理的作用机理分类的常见地基处理方法，但每种处理方法又可能具有多种处理效果。如挤密碎石桩具有置换、挤密、排水、加筋的多种作用;石灰桩既挤密又吸水，吸水后又进一步挤密等反复作用，在各种挤密法中又存在置换作用。总之，在地基处理时要根据具体的土质、当地的施工条件，因地制宜，选择既经济又有效的处理方法。
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