公路工程软土路基加固技术研究
2016-01-25
1公路工程软土路基的特性
软弱土基是指路基持力层中含有淤泥、淤泥质土、部分冲填土和杂填土以及其他高压缩性土。软土具有整体强度低、压缩性大以及渗透性差的特点，如果不采取任何处理措施，一般难以承受荷载作用，软土路基的具体工程特性如下：
软土路基土质具有含水量较高、孔隙比较大的特点。由于软土成分主要由粘土粒组以及粉土粒组组成,而且内不含有少量的有机质。软土含水量一般在35~80%左右，空隙比介于1~2之间；软土路基土具有较强的结构性，软土土体絮状结构受到扰动以后容易破坏,导致土体强度显著降低，甚至流动失稳。因此在高灵敏土基上进行路基处理时，应尽可能的避免土体扰动。软土扰动后，随着时间的延长强度会逐步恢复，但难以恢复至原来水平；软土路基土质压缩性高，透水性能差。软土的压缩系数一般在0.5-1.5 MPa-1之间,随着液限的增大，其压缩性也逐步提高。
由于软土含水量较高，因此软土渗透性小,其竖向渗透系数在10-6~10-8cm/s左右,因此土层难以在短时间内靠自重或荷载作用下达到完全固结；软土抗剪强度较低，土体具有明显的流变性，根据相关试验结果，软土天然不排水抗剪强度值变化范围在5-25kPa,有效内摩擦角20~350。在持续荷载的作用下，软土路基够排水固结可以使抗剪强度发生显著变化，排水固结速度越快,软土强度提高越大。软土承受剪应力作用下，会缓慢产生剪切变形,导致抗剪强度的降低。大量工程实测数据表明，软土土中孔隙水压力消散后，路基基础仍会继续沉降。
2公路软土路基的危害
公路路基作为一项重要的结构层，主要承受着路面传递的大量交通荷载，是路面的基础结构，直接关系到路面的稳定性。为了保证路面的正常使用，路基必须具有足够的强度与稳定性。公路软土路基土质松软，含水量大，结构承载力较低，无法满足设计要求的承载力，必须进行妥善的加固处理，否则会造成路基强度低、施工结束后沉降过大以及路基下沉等问题，导致路面唧浆，开裂或者塌陷，影响路面的使用功能。公路软土路基的主要危害有：
（1）造成路基强度以及稳定性不足。由于软土路基的特点，因此，其抗剪强度远远不能够满足路面交通荷载的要求，如果不进行加固处理，软土路基很容易产生整体或者部分剪切变形破坏，从而导致路基坍塌，失稳变形以及桥台破坏等路面问题。
（2）沉降量过大。由于软土土质松软，含水率以及空隙比较大，因此在交通荷载的作用下，软土路基会产生较大的沉降变形，从而影响公路的正常运行，当沉降量过大时，容易造成不均匀沉降，进而导致路面产生开裂，塌陷等一系列病害，造成路面的损坏。
3建筑工程软土路基处理方法
软土路基对建筑工程极其不利，由于其承载立即变形不能满足设计要求，通常需要采取加固处理。软土路基处理必须结合工程实际情况，综合考虑材料来源，施工机具以及施工条件等确定处理方案。根据路基处理的作用机理，可以分为以下几种形式：
3.1表层软土路基处理方法
（1）化学加固法。化学加固法主要适用于处理湿陷性黄土路基。通过将水玻璃或者烧碱等化学浆液灌入黄土之中，使其与土颗粒胶结起来形成强度较高且难溶于水的加固体，与没有加固路基土形成复合路基，以达到改善路基土的物理以及力学性质，提高路基承载力，减小沉降量的目的。
（2）换土垫层法。换土垫层法通过将基础浅层的软弱土层挖去，回填力学性能较好，强度较高的砂石材料等，并分层碾压或夯至密实的路基处理方法。根据回填材料可以分为砂垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层以及矿渣垫层等。通过换土垫层法可以有效提高持力层的路基承载力，通过以抗剪强度较高的建筑材料置换基础浅层的软弱土，可避免提高路基强度，避免破坏。换土垫层法可以减少路基沉降量，由于换填的砂垫层或其它垫层，对荷载应力加以扩散，可以有效减少下卧层土体的沉降量。换土垫层也可以起到，加快软弱土层的排水固结，改善土体抗液化的性能。垫层的厚度先拟定一厚度，需要满足以下条件：
3.2深层软土路基处理方法
（1）排水固结法。排水固结法适用于处理厚度较大的饱和软土和冲填土路基，通过布置垂直排水井，改良路基排水条件，并采用加压抽气抽水渗电等措施，加速土基排水固结以及提高整体强度，从而达到提高土基承载力，降低路基沉降的目的。排水固结法一般有堆载预压法，真空预压以及电渗排水法，排水固结法需要有预压的荷载以及时间条件。根据理论研究表明，粘性土固结所需时间与排水距离平方成正比，因此，增加土层排水途径，缩小排水距离，可以有效加速土层固结。
（2）振密挤密法。通过挤密或振动使深层土密实，砂桩是利用打桩机在松散的砂性土或人工填土中冲击或振动成孔并灌填砂料后形成的桩体。在成桩过程中，由于以周围砂性土产生了挤密作用，或同时产生了挤密或振密作用，从而提高了周围土体的密度，改善了路基的承载性能和整体稳定性，减少了路基的沉降量，消除或部分消除湿陷性或液化性。挤密砂桩最初主要用于挤密砂土路基，随着高效能专用机具的出现，又逐渐用于可液化粉土路基的加固。近年来，通过与预压法联合使用，在软弱粘性土路基上取得了良好的效果，成为一种用途极为广泛的路基处理方法。振密挤密施工作业如下图所示：
（3）强夯法。强夯法是通过强夯设备产生的强大的夯击能，对路基进行强力夯实，使地基土产生动力固结，从而使路基土密实，提高路基承载力的深层软土路基处理方法。强夯法具有施工工艺简单，施工作业速度较快、造价低、适用范围广、路基处理效果好的特点。强夯法适用于处理碎石土、砂土以及低饱和度的粉土与粘性土，而且对于湿陷性黄土路基的加固处理效果较好。
（4）深层搅拌法。深层搅拌加固的基本原理是基于水泥等固化剂加固土的物理化学反应过程，通过机械设备将固化剂喷入待处理的软土路基内，并不断上下搅拌均匀，促使水泥与土发生水解水化反应并形成凝胶体，最终形成一种稳定的结构整体，从而提高了土体的整体强度，满足路基使用承载力的要求，减小路基的变形。
（5）振冲置换法。振冲置换法通过采用振冲方法，将砂石材料置换部分软土路基，或者在其中掺入部分水泥，使填料形成的桩体与土组成复合路基，从而提高持力层承载力，减小沉降量的方法。振冲置换法适用于处理砂类土和粉性土，以及粘粒含量较小的粘性土，不是与处理淤泥土。
（6）碎石桩以及CFG桩。碎石的桩身由碎石填充，通过置换软土层从而加固路基。碎石桩通过是荷载应力重新分布，承载了主要的荷载，由于碎石桩在荷载作用下，容易产生径向变形，如果周围粘土强度过低，碎石桩就难以提供径向支持力，导致加固效果降低。因此，碎石桩加固地基适用于土基天然抗剪强度大于20kPa的情况。
CFG桩作用原理与碎石桩类似，换填材料由碎石换为水泥粉煤灰碎石，通过水泥粉煤灰碎石，形成一种具有较强粘结力的桩体，从而与桩间土层与一起形成复合土基，由于复合地基可以起到垫层作用，从而将上部荷载加以扩散，使应力分布更加均匀，提高路基的承载力强度降低沉降量。CFG桩可以有效的提高土体抗剪强度，从而提高路基稳定性。
结语
软土路基对于公路工程具有非常不利的影响，如果不进行加固处理，容易导致路基强度失稳，造成路面开裂或者塌陷等一些列病害，严重影响了公路工程施工质量。因此，在公路工程施工过程中，应根据不同软土路基的特点，在确保加固效果可以满足路基的承载力要求的基础上，结合施工现场的实际情况，综合选择软基处理的材料与方式，科学合理的制定方案，对于确保软土路基加固的有效完成，保证公路工程施工质量具有重要的意义。
