姚 康 宁

(1.广州市市政园林工程管理中心，广东广州 510000;2.广州市隧道开发公司，广东广州 510130)

0 引言

在我国大部分滨海和滨河地区，由于填土材料缺乏，海砂和河砂作为当地丰富的自然资源最多的被用于道路路基填筑中。但天然砂类作为路基填筑材料，存在失水后易滑坍，不易压实，干稳定性差而浸水后强度不够的缺陷，如何在施工中对其控制是一大难点问题。此外，滨海和滨河地区属于河流的冲积平原，淤泥层深厚，是典型的软基地区。故将填砂路基和软基处理综合考虑是确定该类地区道路施工方案的关键，具有很重要的现实意义。本文结合广州市南沙区道路施工实例，从材料性能、施工工序、软基处理方案选择、工艺质量控制等方面阐述了填砂路基施工的方法和特点，为填砂路基的软基处理工艺选择提供了有益的经验。

1 填砂材料性能分析

广州市南沙区道路填筑主要采用珠江口细砂，多为黄(褐)色、灰白色，矿物成分主要为石英，磨圆程度好，级配差。天然状态下松散、无粘性、压缩性小、摩擦角大、透水性好。

1)无粘性:根据双电层和结合水的概念，当两个颗粒靠近两个颗粒的双电层互相重叠时，两个颗粒将共同吸引重叠区域的阳离子，由于砂料中缺少带电特征的灰土颗粒组，从而呈现无粘性状态。

2)压缩性小:砂料颗粒尺寸大，表面面积小，颗粒与水作用微弱，空隙比一般较少，因而压缩性小，承载力较高。

3)抗剪特性C=0，摩擦角φ较大，由于砂料无粘性，抗剪时表现为粘结力C=0。粒状土的摩擦性质涉及到颗粒之间的相对移动，由于砂料颗粒较灰土颗粒大，剪切时滑动摩擦力和咬合摩擦力较大，因而内摩擦角φ较大。

4)渗透系数大:砂料呈松散状，颗粒比表面小，在土粒和水界面上的相互作用力主要是毛细管张力;此外，颗粒空隙较大，因而与粘性土相比表现为较大的渗透系数。

5)砂的液化:饱和松砂受到震动时，原来稳定的结构遭到破坏，发生砂颗粒悬浮于水中成为类似液体的现象。砂液化对工程建筑物有极大的危害。

6)假粘性:砂中水大部分为毛细水的表面张力可将两颗粒拉紧形成所谓的假粘性，因此表现出湿砂可粘聚成团，泡水后即松散等现象。

2 填砂路基施工工序

对靠近水道、填砂量大的市政道路进行路基施工一般采用吹填砂的施工工艺，路基的施工工序为:清表清淤→围堰、设置排水通道→安装吹砂管→吹填砂→软基处理→剩余填砂至路基面标高→路基压实→包边封层土施工等后续工作。对远离水道、填砂量小的市政道路进行路基施工一般采用车载填砂的施工工艺，对应的路基施工工序为:清表清淤→运砂便道和排水边沟施工→车载填砂(一般采用水密法初步压实)→软基处理→剩余填砂至路基面标高→路基压实→包边封层土施工等后续工作。由上可知，软基处理和填砂施工是紧密相关的工序。对于地势平坦、水塘河沟较少的场地可先进行软基处理再大规模填砂，对于水塘河沟较多的场地则必须先填砂再进行软基处理，在某些工程中填砂和软基处理甚至是交叉进行的。因此，填砂施工和软基处理施工两者是相互影响的，只有同时严把两者的施工质量关才能提高路基施工的质量水平。

3 填砂路基的软基处理方法

软基，即软土地基，从广义上讲，就是强度低、压缩性高的软弱土层。在软土地基上修筑路基，若不加处理，往往会发生路基失稳或过量沉陷，导致路面破坏或不能正常使用。习惯上常把淤泥、淤泥质土、软粘性土总称为软土。当路堤经稳定验算或沉降计算不能满足设计要求时，必须对软土地基进行加固处理。加固的方法很多，常用的适用于填砂路基的方法有以下几种。

3.1 置换法

置换法又称换填法，是以优质土或石方置换软弱土或不良土，分层碾压或夯实。该方法包括抛石挤淤、换填片石、土工织物垫层法等，由于施工方便、不需要桩机等专用设备，置换法应用非常普遍。例如在软土分布范围广泛的广州市南沙区，一般都采用置换法修建机耕路，且抛石挤淤、换填片石和铺设土工格栅等多种置换法一起实施是比较常见的。置换法最大的缺点是只能对浅层软基进行处理，如抛石挤淤一般用于当泥沼及软土厚度小于3.0 m时，处理深厚软基时不经济也容易失稳。

3.2 排水固结法

通过在软土地基中设置的竖向排水体，改变原有地基的边界条件，增加孔隙水的排出途径，从而缩短软基的固结时间的软基处理方法。根据竖向排水体的不同，又分为袋装砂井法和塑料排水板法两种。排水固结法一般和堆载预压或超载预压联合使用，由于路基本身便采用砂料填筑，故填砂路基一般使用砂进行堆载预压或超载预压。该联合方案由于施工简单、工效高、费用省、对土层的扰动小、适应地基变形的性能好等优点在我国发展很快。

3.3 深层搅拌法

深层搅拌法又称加固土桩法，主要是以水泥、石灰等材料做固化剂的主剂，利用深层搅拌机械对原位软土进行强制搅拌，经过物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特性和水稳性的混合柱状体，从而提高软土地基承载能力，减少地基沉降。由于石灰对砂层和淤泥的加固效果比水泥差，一般填砂路基较多采用水泥作为固化剂的主剂，该种加固土桩即为水泥搅拌桩。按固化剂的形态可分为浆液固化剂和粉状固化剂，对水泥搅拌桩而言，采用水泥浆液做固化剂的被称为湿法施工的水泥搅拌桩;采用水泥粉做固化剂的称为干法施工的水泥搅拌桩，由于水泥粉通过管口喷射，这种搅拌桩又称水泥喷粉桩。深层搅拌法彻底改变了原软土的性质，形成的复合地基不仅强度高而且具有较强的防水功能，不仅应用于道路基础处理，甚至广泛应用于众多防水工程中。

3.4 真空预压法

真空预压法是在排水固结法基础上改进的软基处理方法，其做法是在原软土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及在软土地基中设置的竖向排水体(如袋装砂井、塑料排水板)抽气，使地下水位降低，同时在大气压力作用下加速地基固结。真空预压法与一般的排水固结法相比，加快了软基排水固结的速度、缩短了施工工期。但是真空预压区内土体产生指向预压区中心的侧向变形，加固区周围出现地面沉降、水平向位移以及地下水位的变化，在施工现场经常可以看见地面出现较大的裂缝。在建(构)筑物密集区和地下管线密集区不适用推广该方法。

3.5 高压旋喷注浆法

高压旋喷注浆法施工过程与湿法施工的水泥搅拌桩施工类似，系利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头，以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，同时钻杆一面以一定的速度(20 r/min)旋转，一面低速(15 cm/min～30 cm/min)徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固，形成具有一定强度(0.5 MPa～8.0 MPa)的圆柱固结体(即旋喷桩)，从而使地基得到加固。两者的区别是:水泥搅拌桩的水泥浆液只起到固化剂的作用，而高压旋喷桩的水泥浆液冲切、扰动、破坏土体，最后混合土粒时才起到固化剂的作用。一般来说，高压旋喷桩桩径稍大于水泥搅拌桩，所投入的机械设备比后者复杂，较高的造价使其应用远没有水泥搅拌桩广泛。但高压旋喷桩桩机较矮，其施工净空仅需3 m～4 m，适用于有架空线路限制的施工场地。

以上是几种常用的软基处理方法，对填砂路基而言，填砂施工和软基处理施工经常是交叉进行的，部分软基处理方法不适应砂料的特性因此很少用于填砂路基施工中。例如砂桩挤密法、强夯法，本文不予讨论。

4 软基处理方案比较

对填砂路基施工，较常用的软基处理方法比较如表1所示。

表1 常用软基处理方法比较表

5 建议

综上，填砂路基软基处理工艺的选择是影响路基施工进度和质量的关键因素。笔者建议道路不同位置的构筑物采用不同的软基处理工艺:

1)对于新建道路的一般路段(桥头路堤、涵洞除外)，当工期紧张时，推荐采用水泥搅拌桩复合地基方案，搅拌桩直径50 cm，水泥掺量55 kg/m～60 kg/m，搅拌桩桩顶设置30 cm厚的碎石垫层及一层土工格栅。道路边绿化带或人行道若可以推迟投入使用，可以考虑采用一般排水固结法方案。排水板(袋装砂井)间距为1.2 m，梅花形布置，要求排水板打穿软土进入砂层1 m，地面水平排水通道采用50 cm厚的中粗砂垫层，超载(仅车行道及中央绿化带超载)土方高度1 m。但一般排水固结法方案的堆载预压期一般都需要6个月，需要谨慎考虑使用。

2)对于桥头路堤及涵洞基础，由于路基工后沉降控制值较为严格，推荐采用加密的水泥搅拌桩复合地基方案。搅拌桩直径50 cm，水泥掺量55 kg/m～60 kg/m，搅拌桩桩顶设置30 cm厚的碎石垫层及一层土工格栅。桩距比一般路段加密(根据广州市南沙区道路修建经验，1.1 m～1.3 m为宜)。

3)对于不同软基处理工法的过渡段，为减小不同软基处理方法之间的沉降差，应采用设置高强土工格栅进行过渡处理。

［1］ 张永放.高速公路填砂路基压实施工技术的应用［J］.公路交通科技(应用技术版)，2008，44(8):77-79.

［2］ 刘 宇.高速公路填砂路基技术［J］.公路交通科技(应用技术版)，2008，45(9):108-110.

［3］ 王晓谋，袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［4］ 龚晓南.地基处理手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.