浅议软土地基的处理

摘 要

就软土地基给公路工程带来的危害进行了分析，介绍了喷粉桩法在软土路基施工中的 运用，详细阐述了喷粉桩法的施工工艺、施工特点。

关键词

软土 软土地基施工 喷粉桩法

1 引言

在我国沿江、沿湖、沿海等处广泛分布着软土，而这些地区 一般又是经济发达地区，对公路交通需要迫切，尤其要发展高速 公路。因而在高路堤、大型桥梁，大量的涵洞、通道处软土都给它 们带来不同程度的危害。如路基的滑移，开裂，路面起伏不平， 桥涵通道等人工构造物处的跳车颠簸……而使这些地区的公路建 设者感到非常棘手，要花大量人力、物力、财力和时间，去进行 勘察、测试、设计、科研和施工。若处理不好将会带来极大的资源 浪费。

2 软土及软土地基

2.1 软土

软土是指滨海、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。具有天然含水量高、天 然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、 灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物 理力学性质相差较大等特点。

2.2 软土地基

我国公路行业规范对软土地基未作定义。日本高等级公路 设计规范将其定义为：主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松 软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。地下水 位高,其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。日本规 范还对软土地基做了分类，提出了类型概略判断标准。在给出软 土地基定义时指出：软土地基不能简单地只按地基条件确定，因填方形状及施工状况而异，有必 要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基 础上，判断是否应按软土地基处理。

3 软土地基在公路工程中造成的危害

软土地基的性质因地而异，因层而异，不可预见性大。在设 计、施工过程中，稍有疏忽就会出现质量事故，常见的事故有:

(1) 勘察设计不详细或不准确，导致对应该作软基处理的地段未作处理设计，此类工例不 少，世界银行贷款项目也存在此类现象。

(2) 已知是软土地基，但是未做好软土地基处理，造成路堤失稳或危及线外建筑物。工例有：汕头磊口大桥引道．由于高 填土引起线外土地隆起，民房受损．路基难以稳定，只好增加桥 梁长度，建成后一段时间，仍然出现锥坡不均匀下沉，又做了处 理，现已改建新桥。中山县附近的狮窖口桥，原设计是拱式桥 跨，台背填土较高．由于高填土的推力作用和地基严重下沉，使 桥台被推坏，拱体损伤，新路旁的老公路被挤移，将一条近10 m宽的水沟填塞，路外厂房和民房受损，迫不得已改变桥型(原拱 桥拆掉重建梁桥)，增大桥长，降低路堤。

（3） 虽然作了软土地基处理，但是措施不力，施工不当造成路堤失稳。珠海南屏桥引道，虽然 软土采用砂并结合分级加裁预压处理，路堤填土高度7m，南岸砂 井施工完成后，仅填土到2.5m高(第一级加载)时就发生破坏，北 岸在第三级填土完成时发生破坏。填土完成也发生破坏。经开 挖分析，原因是地质资料不准确，填土速度过快，后加的反压 护道又阻塞了砂垫层的排水通道。最后采取了挖深边沟排水(挖 边沟时，原路堤底有大量的水流出)，用袋装砂并(原先的砂并是 无袋砂并)和捕土工布进行修复。

（4） 堆料不当，未按规定分层填筑，填土过快，碾压不当，造成路堤失稳。新会虎坑、大洞 桥的引道，原设计对软基都作了袋装砂并结合砂垫层加固处理， 由于投资限制，大部分路段的处理被取消。在施工过程中，有几 处路堤发生滑塌现象，通车后整个路段不均匀沉降明显。主要原 因是堆料不当，未按规定分层填筑，也未作施工观测，填土过快，碾压不当。其填料采用开山石渣 土，其中合有大块石，运料没有做到均匀卸土，合理分层，而是 堆成厚层用强振碾压，使强度很低、灵敏度很高的软土地基受到 破坏。末作加固处理但按规定施工的路段，虽然后来沉降较大， 但没有发生破坏。

(5) 扰动“硬壳层”或填筑不当，使“硬壳层”遭受破坏，导致路堤失稳。软土地基上往往有 一层强度比软土高的土层，被称为“硬壳层”。“硬壳层”可以起 到承重和扩散应力作用，利用好“硬壳层”对于减少工程投资是 有意义的。有的地区甚至认为，有“硬壳层”存在的软土地基， 宁可不作软土地基特殊处理，充分利用“硬壳层”的扩散应力作 用，采取预压措施，以保持填筑路堤的稳定。但若对“硬壳层” 的勘察、利用工作做得不好，则达不到顶预想的效果。

（6） 由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用，引起桥台发生变位以至损 坏。在软土地基上的桥台，基础不论是用支承桩或是摩擦桩，由 于台背填土引起软土层发生较大的沉降，对桥台及桩基础产生纵 向推挤向河中方向和负摩擦力作用，轻则使桥台发生位移或下 沉，重则损坏桥台危及桥墩，这种现象尤以轻型桥台为甚。此类 现象出现不少给工程的进展和完工后的使用带来不利影响。主要 问题是：台背填土引起桥台向桥跨方向发生水平变位；先做桥 台，后做锥坡及台背填土；锥坡没有按设计图纸做足，台背填土 时把轻型桥台推坏；由于负摩擦力作用，引起桥台下沉。

4 喷粉桩法在软土路基施工中的应用

4.1 目前我国软土地基处理的现状

在我国高等级公路的软土地基处理中，常用的方法主要有 粉喷桩、砂垫层法、竖向排水法(袋装砂并、塑料排水板)、加铺 土工织物(土工布、土工格栅)、碎石桩、砂桩、深层搅拌、强夯 等。采用最多的是砂垫层+袋装砂井(或塑料排水板)土工布的处 理办法，可以得到比较经济且效果较佳的结果。

在软土地基上修筑公路和桥梁并不都会发生问题、只要设 计和施工措施得当，就可以保证路堤、桥梁的稳定和使用效果。 软土地基上路堤的设计与施工方案，应结合当地工程地质条件、 材料供应、投资环境、工期要求和环境保护等因素，按照因地制 宜、就地取材、分期修建、综合处治的原则进行充分论证，使设 计和施工方案达到技术上先进、经济上合理。

4.2 粉体搅拌桩在软土地基处理中的应用

4.2.1 粉体搅拌法

粉体搅拌法(简称粉喷法)，是用特制的设备和机具，将加固 剂粉体材料(水泥或石灰)通过压缩空气的传送，与地基土强行拌 和，使之产生充分的物理、化学反应后，形成一定强度的桩体 (简称粉喷桩)。这是一种改善土质，提高地基强度的软土地基加 固方法，可以广泛地适用于淤泥质土，杂填土， 软粘土等地基加固。

4.2.2 水泥加固土物理力学特性

物理性质。容量:水泥与土搅拌后，基容量变化不大，仅比 原土的容量增加5%；含水量:水泥加固土含水量略低于原土的含 水量，约减少3%一7%。

水泥土力学性质。 水泥加固土的抗压强度。一般为300一4000KPa，比天然软土加大几十 甚至几百倍，影响加固土抗压强度的因素较多，如与土类、含水 量、水泥掺入量、养护龄期以及外掺剂等因素有关：经试验，当 水泥掺入比a＜5%时，加固效果微弱，工程施工中一般采用 a=7—15%为宜； 当其它条件相同时，水泥加固土的强度随土的含水量增加而降低，当土样的含 水量为50%一80%时，含水量每降低10%，则水泥土的强度提高 30%一50%; 水泥加固土的强度随龄期增长而增长，早期强度增长较快，7d龄期强度可达28d龄 期强度的60％，一般情况下，龄期超过28d后，强度仍有明显增 加，3个月龄期强度可达到0.3—2.0MPa。

水泥加固土的抗拉强度。经试验，当水泥土的抗压强度在300 —4000kPa时，抗拉强度为抗压强度的15%

4.2.3 粉喷法加固软土地基的特点

粉喷法加固软土地基，是一项新的工艺，与其它软土加固方 法相比，具有较多突出之处；

原理科学、费用低廉。加固成本低。由于采用地基土自身作 为桩料，掺入少量固化剂，一般掺入15%左右的水泥，平均每米 不超过50kg水泥，每米材料成本费仅10元左右，比其它地基加固方法成本均低；桩身质量好。由于成桩粉体与土拌和，化学反应 充分，桩身强度相对较大；地基加固后无附加荷载，因为掺入的 固化剂含量较少，加固土的容重略大于地基土的容重，可将地基 土的附加荷载忽略不计。

干法施工。施工不需要水源，不需要排污，场地干净； 桩体强度高，与深层搅拌法相比较，在条件相同的情况下，粉喷 桩施工效果较好，因为深层搅拌法是湿法施工，而粉喷桩是干法 施工，是从地基土中吸取一定的水量，从而提高了地基的加固效 果；无侧向挤土问题

该工艺与打入桩或压入桩相比，由于成桩是将原土作为 主要桩料，在地基中几乎不增加体积，故不产生侧向挤土，所 以粉喷桩施工对临近环境无其它影响，甚至可以紧贴相临基 础施工， 该工艺可根据工程需要及地质条件，以不同的掺灰量控制不同的桩身强度，也可 以在同一地基中不同层位控制不同桩身强度，以满足工程上 的需要；该工艺平面桩位布置灵活，可以组成各种几何形状 的桩体，如单桩分开的桩式，桩体相切或搭接的墙壁式，以及 桩体构成网格状的块体式，井适用于各种工程，如建筑物地 基加固，边坡抗滑加固等，还可以加固地基中的某个部分，应 用广泛：粉喷桩施工专用机械主要由成桩钻机，空压机，供料 机三大件组成。设备简单，机身体积小，步履移动方便。

4.2.4 施工工艺

(1)施工程序。放桩位——钻机就位——调平——送风——钻至设计深度——送粉——提升搅拌——提升至地平——停粉— —复搅1／3桩长——提升至地平——停风——钻机移动——重 复循环。

(2)施工中注意事项。

①明确设计要求，了解地基的地质情况。

②开工前先打试验桩，根据不同的地质条件，合理选择钻机 的档位，确定喷粉机压力和喷粉量。

③严格控制钻孔深度，喷灰时间及停灰时间，确保粉喷桩桩 长，成桩应打入持力层50cm严禁在末钻至设计深度及未喷灰的 情况下钻机提升作业。

④定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度，对使用的 钻头必须随时检查，其钻头磨损量不得大于lcm。

⑤喷灰机必须配有水泥计量装置，施工中及时记录水泥的 瞬时喷入量和累计喷入量。若发现喷灰量不足应进行整桩复打， 复打的喷灰量仍不小于设计用量。若遇停电，机械故障等原因 中断喷粉，在恢复喷粉时，其重叠孔段长度应大于lm。

⑥桩身上部1/3桩长范围内，施工中应严格进行重复搅拌，使水泥和土充分拌和，提高 上部桩身强度，使之符合荷载的传递规律。

⑦为防止水泥飞扬造成污染，当钻头提升到地面以下0.5 m时，喷灰机应停止喷灰，并使钻机迅速换档下钻，上部0.5m范围 内用人工回填粘土并压实。

⑧施工中应认真填写原始记录。为保证机械设备完好及人 身安全，严禁违章操作。

工程建设机械2005.NO.9

路桥施工