软土地基的加固处理探讨
2015-04-14
1、前言
近年来，随着中国经济建设的飞速发展，高等级道路的建设需求也不断增大。但由于不同地质条件成的特殊性。沿线道路路基下经常存在深厚的软土层。在软土地基上修建道路时，若对地基处理不当，有可能因为地基差异沉降过而影响道路的正常使用功能。软土地基的处理质量直接影响到路基的承载力与变形，也是保证路建成后安全、高效运营的关键，因此，探索和改进软土地基处理工艺，进而选择最适用的软土地基处理方法。具有重要的社会效益和经济价值。
本文以某工程为例，阐述低位高真空分层预压击密法在深厚软弱土层路基处理工程中的应用情况和效果。
2、工程特点分析
本工程，拟建道路为东二区内主要道路，其中道路的K3+521～K3+700、K4+125～K4+670和K4+763～K5+000段软弱淤泥层深厚，总长度约961m，地基处理宽度64m，总面积约62000m2。
拟建道路路基主要土层自上而下分述如下：①1淤泥：流塑，为河底、鱼塘浮泥。层厚0.40～0.5m。压缩性极高，工程性能差。①2素填土：松软，成分以粘性土为主。该土层拟建道路沿线除河道、鱼塘外均有分布。层厚0.9~2.0m。压缩性高，工程性能较差。②1粉质粘土：可塑，层厚1.0m。压缩性中等，工程性能一般。②2淤泥质粉质粘土：流塑，含少量有机质（有机质含量在4.86%）及腐质物，局部夹有粉土薄层。层厚4.8~10.8m，该层压缩性高，工程性能差。以下是②3粉质粘土。
主要需要进行地基处理的土层为②2淤泥质粉质粘土层，该层土含水量高、压缩性高、承载力很低。
地基处理的主要目标为：①承载力达到110kPa；②表层回弹模量达到30MPa；③工后沉降不大于20cm。
3、地基处理方法比选
3.1粉喷桩
粉喷桩是加固饱和软粘土地基的一种成熟方法，它利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化剂（粉体状）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基[1]。
该方法在江苏省的市政道路工程中应用较广泛，在学院路深厚软弱土层分布的路段也适用，但该方法工程造价较高，且因为施工过程中向土体中增加了水泥等添加剂，对地下水质有影响。
3.2低位高真空分层预压击密法
低位高真空分层预压击密法是一种专利工法，其分为两个阶段，第一阶段为低位预压，通过在土体中设置竖向排水通道、在表层设置水平向排水通道，对软弱土层进行预压，加速深厚软弱土层的排水固结，从而消除深层软弱淤泥层的大部分沉降；第二阶段为高真空击密，通过设置真空管进一步对软弱土层强制排水，并结合强夯击密在路基表层形成一定厚度的硬壳层。
该方法在保证工程质量的前提下，工程总造价较粉喷桩节省约30%；因施工过程中无需向土体中增加添加剂，施工过程环保。
经过各方面的对比后选定在该工程的深厚软弱土层路段采用低位高真空分层预压击密法进行软地基处理。
4、低位高真空分层预压击密法主要施工步骤
低位预压阶段：清淤清表后回填素填土至要求的标高，回填40cm砂垫层作为水平排水垫层，插设塑料排水板，塑料排水板插设到②2淤泥质粉质粘土层底部，间距1.0m，正方形布置，在砂垫层上铺设土工布和真空膜形成密封系统，进行低位预压，稳压后在预压区充水1.0m。
高真空击密阶段：低位预压卸载后，回填1m厚的道渣后进行高真空击密，真空管深管间距3.5m×4.5m，浅管间距3.5m×4.5m，深浅管交叉布置，击密点间距3.0m×4.5m，击密能量1200~1600kN•m，1遍高真空击密后进行一遍满夯，能量800kN•m。
5、低位高真空分层预压击密法地基处理效果
5.1处理前后场地对比
处理前场地内积水严重、设备难以进场，处理后从管线开挖断面来看，处理效果明显。
5.2静力触探试验
在地基处理施工过程中，为及时了解处理前后②2层的强度提高情况，进行了静力触探试验进行监测对比。
经过对比，经过低位预压处理后，②2淤泥质粉质粘土层的Ps值有明显提高，其中K4+845处②2层的Ps值由0.33MPa提高至0.52MPa，提高幅度59%，K4+945处②2层的Ps值由0.22MPa提高至0.38MPa，提高幅度71%。从Ps曲线可明显看出，经过处理后深层的软弱土层强度有所提高，在表层约2m的范围内存在一层硬壳层，硬壳层的作用对于道路这种局部应力集中的使用对象很重要，可以增加地基的回弹模量，减薄结构层厚度或增加结构层的使用寿命。
5.3沉降计算和观测
选择代表性点位进行使用期间沉降计算，采用分层总和法进行计算，主要压缩层为②2层，沉降经验系数取1.3。
在地基处理过程中，为了了解软弱土层的压缩情况并根据沉降情况作为停止预压的判别标准，进行了沉降观测。
当沉降稳定后停止预压，判别标准为最后5天每天的沉降值均不超过2mm。
施工荷载包括回填土方荷载以及低位预压荷载和覆水荷载，预压荷载与覆水荷载约95kPa，相当于约5m厚的填土荷载，大于施工后使用期间新增加的回填土方以及车辆的使用荷载之和，属于超载预压，施工期间完成了软弱淤泥层的大部分沉降。
5.4第三方检测
地基处理结束后，为进一步检验地基处理效果，由第三方检测单位进行了载荷板试验和回弹模量检测。检测点位由检测单位确定。
载荷板试验采用1m2的正方形承压板，对K4+325处的试验点进行分析，P-S曲线见图8，取s=0.01b（s为累积沉降量，b为载荷板宽度或直径）即5mm沉降所对应的荷载为承载力特征值，但其值不应大于最大加载量的1/2，处理后道路的承载力特征值为160kPa，满足设计要求。
回弹模量试验采用路面回弹弯沉测定仪，各点的回弹模量均大于要求的30MPa，区K4+763～K5+000段为例。
6、结束
该工程软弱淤泥层深厚路段经过低位高真空击密法处理后，承载力和回弹模量均达到了设计要求；从静力触探曲线来看，软弱淤泥层的强度有较大幅度的提高。
低位高真空分层预压击密法未向土体中增加化学添加剂，即避免了对地下水的污染，又节省了资源，避免了环境污染和资源浪费，节省了工程总造价。
通过以上的分析，对于存在深厚软弱淤泥层的道路处理，低位高真空分层预压击密法在总工程质量、工程造价和环境保护方面都具有明显的优势。
