水网地带软土路基的处理-职称论文发表

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水网地带软土路基的处理

李艳辉

【摘要】本文以京珠高速公路广东中山段路基现场施工为例，针对桥头高填土软路基在预压固结过程中产生路基滑移，并对桥头带来危害，分析原因及解决对策。

【关键词】高等公路 水网地带 软基施工

高等级公路建设是加快国民经济发展的 重要举措，由于该项目具有一次性投资较大、施工工期短、使用年限长、工程质量要求高的特点，为此确保路基和构筑物的安全稳定是关键。现结合京珠高速广东中山段(K55+100～K56+000) 900m路基施工，谈谈软土路基的处理方法。

1.设计软土路基处理

1.1路基沿途地质概况

京珠高速公路中山段地处珠江三角洲水网密布地区，由于距离珠江口较近，常年受潮夕影响水位变化大，地表水极为丰富。该段地形、地质成因复杂，干渠、鱼塘、河流多，四面环山且坡面植被茂盛，主线穿越80m宽、水深3m的鱼塘两座，20m宽、水深2m的小引涌河流一道，地基为山间稻田，水沟纵横交错，从地质勘探资料分析软土为第4系冲积层，从表到里分为五层，一层为耕土：灰褐色、湿可塑，厚度1m；二层为淤泥：灰黑色、粘性好、饱和流塑，厚度9～15m；三层为亚粘土：灰黄色、湿可塑，厚度0.5～4.0m；四层为粗沙：灰黄色，厚度2.0m；五层为亚沙土：灰黄灰褐色、湿可塑，厚度3～5m。该软土层天然含水率高、空隙比大、抗剪强度低、渗透系数小、地基承载力40KPa,属于高压缩性软土层，且路基沉降稳定期在300天以上。在这种软基条件下填筑高等级公路，不论是设计还是施工难度都是相当大的。

1.2地基处理措施

该路基填土为燕山第五代亚粘土，比重1.86g/cm3，特点是遇水极易变成稀泥。路基位于加宽段，路面宽度38～40m、高度9～10m、边坡坡度1︰2，为根本解决软土地基的承载力问题， 针对软土较深路堤又较高的特点，设计上采用了砂垫层、袋装砂井（砂井深度10～15m 梅花形布置间距1.2m）、填土预压排水和桥头粉喷桩（桩径￠500 425＃早强硅酸盐水泥 掺入量为50Kg/m 梅花形布置间距1.5m）固结软土的处理方法。

袋装砂井的施工方法和对软土的固结机理是通过震动钻孔机械，使钻杆按布孔位置钻入设计深度，再将￠70mm的袋装中粗砂放入钻杆中，然后边震动边提钻杆，使砂袋植于软基内。当路堤不断填筑时，软土路基受压土体中水分渗入袋装砂井并由路基下砂垫层排出，因土体中含水率降低、空隙比减小、软土层的流塑性减弱、密度增大，使软基固结，提高承载力。为加快地基固结、减少工后沉降，根据地质情况设计采用加高路堤2m超载预压施工, 如图14-1所示。

图14-1袋装砂井超载预压示意图

粉喷桩属于复合加固土桩类型，其机理是通过专用搅拌机械设备，将深层软弱粘性土搅松后，借助高压气体将水泥粉沿中心轴端喷嘴喷出，经高速旋转叶片搅拌水泥与软土固结成桩体，提高地基承载力。

其施工工艺流程：原地整平→钻机定位→钻机快速旋转下沉→缓慢上提并快速旋转喷粉→复拌→提杆移位。

它的最大优点是路基填土速度不受影响，能减少工后沉降，缩短固结期，提高边坡稳定性，但工程费用高，如图14-2所示。

图14-2粉喷桩超载预压示意图

2.施工中所遇到的问题

在具体施工过程中，由于路段地质的不同，发生沉降不同，如果不做认真仔细地分析，就会影响软基处理的实际效果。

2.1对于用袋装砂井处理软基而言，及时排除路基预压过程的积水是关键。在组织K55+429～550段路堤填筑时，因对路基沉降量和沉降速度预计不足，施工时沉降量达160cm,使预压积水大面积长期存留在砂垫层内（如图14-3所示），因水无法及时排出，软土中含水率较高，软基固结缓慢。对高填土路基，当土的粘结力抵抗不了上部荷载作用时，便开始出现路基滑移现象，积水此时又起到润滑 作用，特别是对桥头部位产生了严重影响，因整个软基的滑移，带动桥台及桥墩的位移，破坏道桥结构。

2.2对于粉喷桩，虽然能提高桥头软基的承载力，但其侧向承受能力低，容易失稳。

图14-3袋装砂井处理软基路基沉降示意图

比如在路桥处施工时为了保工期，经工程专家现场研究，确定在桥台背后8m及第一跨16m范围 布设粉喷桩，来提高软基承载和阻止路基向桥头的侧向推力，稳定桥台。然而在后期路基成型后，距桥台30m处路基横向裂纹发生滑移，使得第一跨桥墩后移12cm，并未起到预期效果。从实验技术资料分析（见表14-1），在无侧限情况下的正向

土样名称 土样

含水率（％） 水泥

加固料（％） 密度（g/cm3） 比重 7d 28d 90d

压缩系数 剪切kPa 无侧限kPa 无侧限kPa 无侧限kPa

淤泥 60 10 1.673 2.79 0.056 54.0 14.2 101 529 1085

15 1.685 2.81 0.024 111.0 15.8 165 1827 2129

20 1.708 2.83 0.014 213.0 21.6 194 3829 4534

64.1 10 1.685 2.79 0.066 49.4 10.1 100 331 595

15 1.690 2.81 0.022 92.4 18.0 228 1255 3200

20 1.727 2.83 0.017 145.0 33.1 272 3112 4860

67.6 10 1.648 2.79 0.070 54.9 8.5 91 295 1278

15 1.660 2.81 0.022 112.5 17.2 230 765 3630

20 1.693 2.83 0.010 160.0 34.5 631 1320 4310

注：15%为设计参入量。

承载值远远大于剪切值，随着路堤加高，桩顶荷载加大而压缩，当有侧限时桩体间软土挤向薄弱一侧，导致路基滑移。可见粉喷桩对小型构筑物如圆管涵、箱涵、小机通道无侧限（即构筑物两侧路基变化不大、又较对称的软基处理）使用合适，而对有侧限的如桥头软基较深、填土较高路堤不宜采用，以避免返工造成过高的经费损失（通常返工费用往往在百万元以上）。

3.几点建议

通过以上问题的成因以及相邻路段的做法，提出以下改进建议：

3.1地质勘探要细，设计要根据地质特点，研究分析路基施工工艺。

3.2对于软土层较薄，总沉降量小于350mm的路基段，宜采用砂垫层、填土预压法。

3.3对于软土层较浅，总沉降量小于350mm的路基段，宜采用换填法。

3.4对于路基较高、软土层较深的路基段，宜采用砂垫层、袋装砂井、预应力土工布和填土预压法。

3.5对于路基较高、软土层较深的桥头路桥连接处，宜采用台背布设 数排￠300 钢筋混凝土管桩、间距2m，并在距桥头30m范围内铺设两层预应力土工布（土工布强度不小于50KN/m,延伸率小于20％，施工预拉应力10kN/ m）,然后分层填筑粉煤灰 或其它轻质材料，以减轻路基荷载的作用，同时缓解侧 向推力，提高桥台及路基的稳定性。另外也可采用距桥头40m的范围内布设￠500 粉喷桩 梅花形布设间距1.5m的施工做法。

3.6对于圆管涵、箱涵、机通等构筑物处，宜采用粉喷桩、碎石垫层法。

3.7在组织施工时，必须充分考虑软基预压积水的排出。路堤回填前，在路堤两侧分别开挖一条纵向排水沟，与附近的沟渠相通。路基填筑过程中做好横坡及边坡排水防护。对于总沉降量小于350mm的路基段，砂垫层可不设预拱；对于总沉降量大于350mm的路基段砂垫层应提前设预拱，并保证沉降后中心弧线与砂垫层底端线高度不小于200mm。这样随着路基的填筑，预压水始终都可及时地排出路堤外，加快路基的固结稳定。但要注意路 基下中粗砂垫层的质量，要保证设计厚度、不间断，两边要有干砌片石挡砂层，同时不允许路基土阻挡外排水路。

3.8为了缩短工期又能保证路基稳定，宜采用薄层轮加法。根据工期要求，确定好每天需填筑的土方量，一此划分路基段，使每层间都有一定的间歇，预压水能够有时间排出，使地基得到固结。这种方法可充分利用每层填土后得地基增长强度，有效地组织连续施工，加大了预压荷载量，同时也加快了施工期内的沉降量，减少工后沉降，克服分级荷载法之间间隔过长的缺陷，加快施工进度。

3.9气压加载法：在砂井或砂垫层表面覆盖一层不透气层（可用30cm 厚的粘土），再用真空泵在砂垫层中抽气，使砂垫层与砂井中形成负压，迫使土体空隙中的水分由于压力差而流向砂井，并从砂垫层排出。与此同时，砂垫层内由于不断抽气维持负压，当在不透气层的下面作用0.09MPa的压力时，相当于堆放5.5m高的土，如压力不够，还可另加荷载。工期较常规堆载预压法缩短近1/2，目前在软基处理工程中被推广及应用。

3.10按路基施工规范要求控制路基填土速度，及时观测路基沉降量及横向位移量，当日沉降量小于15mm时可连续施工，当日量大雨15mm时应停止施工，待观测值趋向稳定后再行填筑，以免造成路基滑移。

3.11为减轻桥涵两端路基的工后沉降，可选择填筑路堤预压，让路基排水固结，待路基沉降基本稳定再开挖涵洞及桥头位置土方，进而施工桥涵。台背回填宜在完成台前防护工程及桥涵上部结构吊装后进行，同时特别注意结构物两端对称填筑施工。