刘峰峰

(山西路桥第六工程有限公司,山西 太原 030600)

1 软土路基处理常用技术

1.1 换填法

换填法也称置换法,是最常用的软基处理方法之一,常应用于池塘、水田等浅层软土路基;施工便捷,无需专业特种设备。施工时将一定深度的软弱土挖除后分层换填为砂砾土等性能良好的路基材料,再分层碾压密实[2]。

1.2 抛石挤淤法

抛石挤淤法常应用于池塘存在积水、软土厚度较薄且积水不易排除的情况条件下。通过重型压路机碾压逐渐将淤泥挤出路基范围,形成石料和淤泥的结合体,既改善了路基土的性质及强度,又极大提高了路基整体性及稳定性[3]。

1.3 强夯法

强夯法是利用重锤在一定高度下落后产生的冲击动能将松散路基冲击压实的技术[4]。施工时重锤冲击作用下在路基上形成坑槽,将坑槽用碎石等性能良好的材料进行回填,通过补夯使路基密实稳定。

1.4 固结排水法

排水固结法是采用各种措施通过排除路基中的孔隙水达到固结效果的施工技术的统称,通常包含排水和预压两个系统,排水系统采用砂料或塑料排水板透水等材料通过在路基中设置水平及竖向排水层实现;预压系统通常采用重力加载、真空加载等方法[5]。排水固结法通过外部干预快速排除孔隙水,加速路基的固结和沉降。

1.5 加筋法

路基处理中采用的加筋法是在软土路基中分层设置土工织物,土工织物在路基内与土体共同形成了复合加筋体,增大了路基在荷载作用下的抗剪切变形能力,加筋法处理后路基工程特性与未处理的路基相比得到明显改善。

1.6 水泥搅拌桩

水泥搅拌桩是复合地基的一种,分为干法(喷粉)和湿法(喷浆)两种:通过水泥(固化剂)、黏土与水发生化学反应降低路基的含水量,经碳酸化反应后形成具有一定强度的桩柱,同时水泥搅拌桩对原状路基进行了挤密,改善了土体的承载力,同时具有换填法和挤密法的处理效果[6]。

除水泥搅拌桩外,公路工程中常采用的复合地基还有CFG桩、高压旋喷桩、管桩等。

1.7 常用路基处理技术的适用情况

常用路基处理技术的适用情况如表1所示。

表1 常用路基处理技术的适用情况

2 工程概况

晋侯高速公路,整体式路基宽度27.0 m,其中,土路肩2×0.75 m,右侧硬路肩2×3.0 m,包含2×0.5 m路缘带,行车道2×2×3.75 m,左侧路缘带2×0.75 m,中央分隔带宽度3.0 m,设计线为路基中心线,设计标高为中央分隔带边缘处路面标高。

项目区域年平均温度为21～22 ℃,雨量充沛,年平均雨量达到1 688.3 mm,区域内水系较发育,池塘分布较为广泛。各层地基土工程体征如表2所示。

表2 各层地基土工程体征

3 地质情况分析

本项目特殊地质路基主要为软弱土地基。

项目区域内大面积分布有软弱土层流塑状淤泥、淤泥质土。软弱土以软塑状或流塑状黄褐色、灰黄色粉质黏土及粉土为主,具有大孔隙比、高含水量、高压缩性、低强度、土质不均匀特点,工程扰动后承载力易急剧降低,不利于路基稳定,该层软土承载力特征值为80 kPa,属于工程建设地基土不稳定软土层。未固结填土及高触变、高压缩性流塑状的淤泥质土,容易引起地基过大沉降和不均匀沉降,该土层在振动荷载或地震作用下可能会产生滑移现象。在较低剪应力作用下可能产生剪切变形而破坏地基稳定性。不均匀土质易使地基产生不均匀沉降等不良地质现象。

根据本次勘察结果及其它有关规程规范,通过土工试验取得本项目中软土路基各地层的工程特性指标如表3所示。

表3 各地层的工程特性指标

4 软土路基处理控制标准

4.1 沉降控制标准

路基主固结沉降采用分层总和法计算,总沉降采用沉降系数与主固结沉降计算。高速公路地基容许工后沉降量应满足要求,如表4所示。

表4 桥涵及一般路段容许工后沉降单位:cm

4.2 稳定性控制标准

施工期稳定验算,稳定安全系数采用固结应力法(直接快剪指标)计算,其稳定安全系数应不小于1.10;采用改进总强度法(静力触探、十字板指标)计算,其稳定安全系数应不小于1.20;营运期长期稳定安全系数大于1.25。

5 软土路基处理方案

针对本项目存在的不良地质情况,对各种处理技术进行方案比选,经技术及经济效益分析最终确定采用水泥搅拌桩(喷浆)工艺进行处理,以保证路基满足沉降、稳定性及承载力满足要求,具体处理方案如下。

结合项目特点,水泥搅拌桩布置范围为:横向对路基全断面进行处理并扩展至坡脚外2 m,水泥搅拌桩按正三角布置,桩间距为1.0 m(桥头段、挡墙基地)、1.3 m(涵洞基础、挡墙基础)、1.5 m(一般路段),桩径为50 cm。

水泥搅拌桩所用水泥为42.5R级及以上的普通硅酸盐水泥,水灰比为0.45～0.55,水泥掺和量为15%～20%,按各处理段落适当调整。桩顶面设置50 cm厚碎石垫层,垫层应分层铺设,第一层垫层厚度为25 cm,第二层厚度为25 cm,碎石采用级配碎石,最大粒径应小于40 mm,级配如表5所示。

表5 级配碎石垫层级配组成表

桩顶铺设一层反滤土工布,采用SNG-PP-300-3型聚丙烯针刺非织造土工布,单位面积质量为300 g/m2,厚度2.4 mm,幅宽3.5 m。纵横向断裂强度不小于9.5 kN/m,纵横向断裂伸长率不超过50%,垂直渗透系数不小于5×10-2cm/s,纵横向撕破强度0.25 kN,CBR顶破强度不小于1.5 kN。

6 施工技术要点

6.1 试桩

为确保桩体强度达到预定效果,施工前应进行成桩工艺和成桩强度试验,每个处理路段工艺性成桩试验的根数为5根。试验的要求按照《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》执行。

施工时应根据设计要求选择合宜的施工机械,以保证桩体质量。水泥搅拌桩施工中采用少量多次喷浆的方法,采用“四喷四搅”的方法施工,施工中应严格控制喷浆量及搅拌下沉速度,保证桩体质量。钻机下沉、提升速度宜控制在0.4～0.8 m/min。成桩28 d后,应随机抽取桩数的1%～2%进行钻桩取芯,取芯位置宜在2/5处,进行室内无侧限抗压强度试验。水泥搅拌桩强度指标如表6所示。

表6 水泥搅拌桩强度指标

6.2 质量控制

(1)按设计高程对场地进行整平,为机械施工提供工作面。按照平面孔位布置进行放样,对各个空位中心做好标记。

(2)施工前应根据土质进行室内配合比试验,确定最佳配合比。备好的浆液应保证不离析,存储时间不得超过2 h。

(3)钻孔时由道路中线向两侧路肩按照隔桩跳孔方式间隔钻孔。钻机就位,待冷却水正常循环后方可启动搅拌钻机,钻孔速率根据地层土情况通过电机进行控制,搅拌机下沉过程中采用灰浆泵喷入水泥浆,一边喷浆一边旋转下沉,钻孔过程中利用空压机喷出压缩空气,直至钻孔至设计深度。达到设计深度后控制搅拌机反向旋转,一边反向旋转一边缓慢提升。项目钻孔技术参数如表7所示。

表7 本项目钻孔技术参数

7 沉降监测

软土路基在外荷载作用下变形包括瞬时沉降、次固结沉降以及固结沉降。为评定路基处理方案是否取得了良好的效果,确保路基工后沉降处于容许范围内,施工过程中必须按规范要求进行严格的沉降监测。

本项目施工时按照每200 m间距设置一处监测断面的原则设置沉降监测断面,每个监测断面上分别在道路中线、两侧土路肩位置设置一处监测点。沉降点采用50 cm宽正方形钢板及Φ20 mm的测杆制作而成,杆焊接在钢板中心位置。为保证变形监测结果准确,确保监测工作不受外界因素干扰,沉降板应埋设稳定,随着路基填筑高度的增加逐段接长测杆。以断面K5+600为例,路基沉降监测结果见图1,各典型断面沉降量及沉降速率如表8所示。

图1 路基沉降监测结果

表8 各典型断面沉降量及沉降速率

由表8可知,随着监测时间的延长,路基累计沉降量变化趋于平缓,表明路基沉降速率逐渐减小;断面K5+600路基中间累计沉降量最大为205 mm,且随着填土高度的增大,沉降量及沉降速率也逐渐变大。通过对监测数据进行分析,经水泥搅拌桩对软土路基进行处理后,路基稳定性良好,路基沉降速率逐渐变缓,表明该处理措施取得了良好的工程效果。

8 结 语

综上,主要研究了公路软土路基处理技术,通过对软土地基处理措施的适用性进行分析,结合晋侯高速公路软土路基处理工程实例,采用水泥搅拌桩(喷浆)工艺处理,并进行了路基沉降监测。监测结果表明:通过采用该处理措施,随着监测时间的延长,路基沉降变化趋于稳定,以断面K5+600为例,其路基中间累计沉降量最大为205 mm。上述监测结果表明:水泥搅拌桩(喷浆)技术可以改善软土路基的沉降,有助于路基的稳定性。