1、引言
廣東地處祖國南大門改革開放的前沿，自1989年我省第一條廣佛高速公路通車以來，目前廣東省高速公路通車里程已逾700km，“九五”計劃通畫達1100km.而高速公路的建設不可避免地要涉及到對軟土基處理。對設計人員來說，要做到恰當地選用軟土地基處理方法，則必須對所要處理的軟土地基的特征、物理力學性質有全面、熟悉的掌握。筆者結合近幾年來參加高速公路軟土地基勘察和設計的體會，結合有關資料，淺談珠江三角洲高速公路軟土特征及常見處理方法。
2、軟土的概念
軟土一般是指天然含水量大、壓縮性高、承載力低的一種軟塑狀態(tài)的粘性土。它一般是在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，經生物、化學作用形成的。但含水量多少才謂之高、承載力多少才謂之低，目前尚沒有一個統(tǒng)一標準。比如，日本采用標準貫入擊數、無側限抗壓強度、荷蘭式貫入指數等三項指標來劃分軟土。德國則用“很容易搓捏的土”來劃分軟土。在國內，鐵道部建議以天然含水量接近或大于液限、孔隙比大于1、壓縮模量小于4000kPa、標準貫入擊數小于2擊，靜力觸探結入阻力小于700kPa、不排水強度小于25kPa等6項指標來劃分軟土；建設部頒《軟土地區(qū)工程地質勘察規(guī)范》（JGJ83-91）規(guī)定，凡符合外觀以灰色為主的細粘土、天然含水量大于等液限、天然孔隙比大于等于1等3項指標來劃分軟土；交通部《公路土載試驗規(guī)范》（JTJ051-85）則以天然含水量、孔隙比、壓縮系數、飽和度和內摩擦角等5項指標來劃分軟土。從上述部門的規(guī)定或規(guī)范可以看出建設部頒規(guī)范比較簡單，使用起來不方便。為了有個統(tǒng)一簡便的判別標準，交通部最近頒布《公路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范》（JTJ017-96），在總結經驗的基礎上，軟土的劃分標準采用天然含水量大于等于35%或液限、天然孔隙比大于等于1.0、十字板剪切強度小于35kPa等3項指標。凡符合以上3項指標的粘性土均為軟土。珠江三角洲地區(qū)軟土一般指淤泥、淤泥質土。淤泥和淤泥質土。淤泥和淤泥質土的定量劃分指標為：當土的天然孔隙比大于1.5時，為淤泥；天然孔隙比1小于等于e小于等于1.5時為淤泥質土。
3、軟土的成因和性質
3.1、軟土的成因
珠江三角洲地區(qū)為典型的平原地貌，其間偶有個別殘丘點綴。它地勢平坦開闊，區(qū)內河渠縱橫交錯，水網密布，大小河流蜿蜒曲折，河水受潮水頂托明顯。由于河流沖積和海潮的進退作用，在該區(qū)廣泛沉積了厚層的海陸交互相軟土。該區(qū)軟土層一般惡化有薄層粉細砂層。砂層厚薄不一。層次有多有少，具有一定水平層理。軟土為淤泥和淤泥質土，一般分布于地表硬殼層之下，大部分地區(qū)分布一層軟土，局部分布有兩層軟土，其下臥層多為砂層，少數為粘土層。軟土層平均厚度4-6m，局部厚逾15m，基底為第三系紅色巖系軟質巖。軟土的主要礦物為粘土礦物的高嶺土和伊利石。由于粘土堆礦物具有較強的親水性和表面活動性。同時高嶺土和伊利石礦物多為片狀，沉積時多呈片堆組構，形成土的絮狀結構。
3.1、軟土的性質
珠江三角洲軟土一般具有下列性質：
（1）較高的含水量。根據佛開高速公路軟土資料統(tǒng)計，淤泥質土的天然含水量平均值48%，淤泥的天然含水量平均值76%，少數100%以上，因此土體一般均呈流塑狀。
（2）天然孔隙比大。據佛開高速公路軟土統(tǒng)計資料，淤泥質土的天然孔隙比=1.25，淤泥的天然孔隙比=1.8，少數大于2.0
（3）壓縮性高。軟土的天然孔隙比大決定了壓縮性必然高。據佛開高速公路軟土統(tǒng)計資料，淤泥的壓縮系數=1.34MPa-1，淤泥質土的壓縮系數=0.73MPa-1，均屬高壓縮性土。據有關資料，佛開高速公路填土后，路基沉降量1m左右。
（4）凝聚力小。淤泥質土快剪凝聚力平均值12.4kPa，淤泥快剪凝聚力平均值9.1kPa.因此土體抵抗剪切變形能力差。在施工中經常遇到路堤填土到一定高度出現(xiàn)滑塌，從而造成路堤失穩(wěn)。
（5）固結系數小。據佛開高速公路軟土統(tǒng)計資料，固結系數一般在4.0*1/1000平方厘米/s左右，這就意味著土體完成固結沉降所需的時間較長，這對施工工期影響較大。
4、軟土處理方法
軟土地基的處理方法較多，目前珠江三角洲高速公路軟土地基的常見處理方法主要有以下幾種。
4.1、堆載預壓法
該法是在工程建設之前用大于或等于設計荷載的填土荷載，促使地基提前固結沉降以提高地基的強度。當強度指標達到設計要求數值后，缺陷去荷載，修筑公路路面。經過堆壓預處理后，地基一般不會再產生大的固結沉降。堆載物一般用填土或砂石等散粒材料。施工填筑時采用分層分級施加荷載，從而控制加荷速率、避免地基發(fā)生破壞，達到地基強度慢慢提高的效果。該法施工簡單，不需要特殊的施工機械和材料，但軟土的排水固結時間較長，因此工期一般較長。公路工程上常先期對路基進行堆載預壓，再利用修筑橋梁的時間使其慢慢固結。如施工時間允許，可單位使用；如工期緊，可結合其它方法一起使用。佛開高速公路在軟土厚度大于13m時，均采用超載預壓，以減少固結沉降，超載預壓高分0.3m和0.6m兩級。
4.2、反壓護道法
該法是指在公路主路堤兩側，填筑一定寬度和高度的護道，以期達到路堤穩(wěn)定的一種方法，它主要是起抗滑的平衡作用，使得抗滑彎矩能克服滑動彎矩。其設計一般采用“費蘭紐斯法”找出最危險的圓弧，再用分條法進行穩(wěn)定驗算。反壓護道的寬度一般是滑動弧終點達到哪里就壓到哪里。其高度一般為路堤填土高度的1/3-1/2.這種方法處理軟土地基，對解決路基穩(wěn)定是有效的。該法不需控制填土速率，可以機械化快速完成路基填筑，但利用該法處理地基，土方量大、占用土地多，且沉降期長。珠江三角洲地區(qū)土地資源有限，公路建設要盡量少占土地。因此，在公路工程中，該法一般不大面積使用，多數是
[1][2]下一頁
[NextPage]
在橋臺高填土寺段局部少量使用。如佛開高速公路潭州大橋、張槎跨線橋等橋梁工程橋臺前幾十m小范圍內使用該法。采用音級形式，邊坡1：2，最寬為18m，高2.0-2.5m.
4.3、袋裝砂井排水法
袋裝砂井排水法是在普通砂井的基礎上發(fā)展起來的一種軟土地基處理方法，它是普通砂井的發(fā)展和提高。相對于普通砂井，此法用砂量少、施工方便、快捷。它的布置一般采用梅花形。理論和實踐表明，袋裝砂井的間距是影響固結速率最重要的因素之一。在附加荷載一定的條件下，井距愈小，固結愈快，井距愈大，固結愈慢。所以，在用袋裝砂井處理軟土地基時，原則上采用“細而密”的方案。由于施工機械的影響，井距也不宜太小。井距太小，易使砂井周圍的土受到擾動，地基土強度受到一定程度的削弱，并增加一定數量的沉降，而且還會使土固結系數降低，一般袋裝砂井的間距以1.0-1.5m為宜。當然具體工程要根據軟土的特征和施工期限的要求，計算確定。目前，袋裝砂井排水法在公路工程中應用得最廣泛的一種方法。這種方法一般不單獨使用，往往結合砂墊層、土工布、堆載預壓或其它方法一起使用，效果更好。廣佛高速公路大部分軟土地段采用袋裝砂井排水法結合超載預壓，砂井間距1.0-1.5m.通過3個斷面現(xiàn)場觀測，預壓4個月，主固結沉降量已基本完成，通車后的沉降量僅0.8-2.6cm.這說明用袋裝砂井排水處理軟土地基效果較好。對于砂源豐富的地區(qū)，使用袋裝砂井法處理軟土地基，易于保證質量，費用也較低。
4.4、塑料排水板法
該法與袋裝砂井的作用原理相同，設計方法也基本相同，只是所用材料不一樣而已。目前國內廠家生產的多為寬10mm，厚4mm的帶狀有橫槽的塑料板，其外包有土工布。塑料排水板的施工文教袋裝砂井基本相同。與袋裝砂井比較，塑料排水板具有施工速度較快，效率高，施工機械輕便，對軟土地基的擾動較小，可工廠化生產，抗折能力較強等優(yōu)點。根據沈大高速公路軟土地基處理資料，塑料排水板相對于袋裝砂井可節(jié)約16%的費用。因此近年來在軟土地基中得到廣泛應用。但由于國內廠家一哄而上，造成塑料排水板產品供過于求，產品質量不能保證，影響了其對軟土地基處理的效果，使其發(fā)展受到了一定限制。該法可單獨使用，但一般是結合砂墊層或其它方法一起使用。佛開高速公路大部分軟土地段采用塑料排板法進行處理，其平面布置呈正三角形，間距1.0-1.5m，長度根據軟土厚度具體確定，一般以打穿軟土層為原則，樁長5-17m.
4.5、噴粉樁法
噴粉樁法的正式名稱為粉體深層噴粉攪拌法，是膠結法處理軟土地基的一種。它利用水泥或石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，就地在軟土中利用壓縮空氣噴射石灰或水泥干粉，與軟土強行攪拌，利用固化劑與軟土之間所產生的一系列物理-化學反應，使軟土固結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的地基，以達到提高地基承載力、減少地基沉降量的目的。其地基應視為復合地基，樁土共同承擔應力。它具有施工速度快，設備輕便，便于移動，方法容易掌握，處理深度較大等優(yōu)點，具工后沉降較小，排水固結時間短，尤其可較好地解決橋頭跳車現(xiàn)象。八十年代末該法在廣州經濟開發(fā)區(qū)試用，取得了較好效果。之后在高速公路軟土地基處理中推廣應用。佛開高速公路部分路段采用了這種方法。噴粉樁徑一般用60cm，樁間距1.5-2.5m，深度一般穿透軟土地基，當軟土厚度大時，樁長控制在15m以內。用該法處理軟土地基，大大縮短了軟土地基處理時間，為佛開高速公路的早日通車創(chuàng)造了條件。通過對噴粉樁進行抽芯、抗壓及靜載試驗，表明噴粉樁復合地基設計、施工質量是令人滿意的。
5、結語
各種地基處理方法都有它的適用范圍、局限性和優(yōu)缺點。加之具體工程情況復雜、工程地質條件千變萬化、各個工程間地基條件差別很大，具體工程對地基的要求也不同。而且機具材料等條件也會因工作部門不同、地區(qū)不同而有較大的差別。因此，對每一個工程都要進行具體細致分析，應從地基條件、處理要求、工程費用以及材料、機具來源等各方面進行綜合考慮，以確定合適的地基處理方法。在確定地基處理方法時，可根據工程具體情況，對幾種地基處理方法進行技術、經濟以及施工進度等比較。通過比較分析可以采用一種地基處理方法時，還要由兩種或兩種以上的地基處理方法組成的綜合處理方案。同時在確定地基處理方法時，還要注意節(jié)約能源。注意環(huán)境保護，避免因為地基處理對地面水和地下水產生污染，振動噪音對周圍環(huán)境產生不良影響等。
要做好軟土地基的處理，首先要搞好前期勘察設計工作。根據軟土特征和物理力學指標，通過比較分析，選取合適的軟土地基處理方法。筆者在此想強調的是在做好前期地質工作的同時，要注意做好施工地質工作。在前期地質工作中，由于種勘察技術水平及其局限性，期望在勘察階段完全查明軟土的地質特征是十分困難的，加之經濟、時間的因素，勘察階段是不可能布置太大的工作量。公路有關規(guī)范規(guī)定軟土路基路段每km一般布置2-4個勘探點，這只能保證基本上查明軟土特征，而要完全查明軟土特征，就應相應地做好施工地質工作。國內部分高速公路在規(guī)模施工前先期修筑試驗段，也正是體現(xiàn)這種思想。另外，軟土地基處理在施工過程中和施工后需做好監(jiān)測工作。因為軟土地基處理方法和加固效果并不是施工結合后就能全部發(fā)揮。一般來說，施工完成后還需要經過一段時間才能逐步體現(xiàn)和加固地基的要求。另一方面，地基處理大都是隱蔽工程，很難直接檢驗其加固效果。通過監(jiān)測既可檢查地基的處理效果，又可總結經驗，供以后的工作借鑒使用。
上一頁[1][2]