公路软土地基处理方法及施工特性(2001.09.03)

武卫星 陈超敏

摘要：简要分析软土地基的特征与成因类型，就当前国内外公路软土地基设计和施工的情况系统地介绍公路软土地基处理的方法以及各种方法的施工要点。

1 软土的定义与成因类型

软土地基通常情况下指地基承载力达不到其上面的建筑物要求，或虽在建筑物施工时能达到要求，但在后期使用过程中由于地基本身的原因或其他原因使地基失稳，造成构造物的不良地基。对软土的定义特征与成因类型目前还没有统一的标准，不同的专业技术部门的解释也不尽相同。

铁路工程设计技术手册《桥梁地基和基础》中对软土的解释为：软土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的饱和软弱粘性土。

人民交通出版社《铁路工程地质手册》中对软土的特征解释为：软土含有大量亲水的胶体颗粒，具有海绵状结构，因此，其空隙比大、含水量高、透水性小、抗剪强度低、压缩性大。

中国建筑工业出版社《工程地质手册》对软土的解释为：软土是指天然含水量高、压缩性高、承载能力低的一种软塑状态的粘性土，如淤泥、淤泥质土以及其他高压缩性饱和粘性土和粉土等。

《岩土工程勘察规范》中规定天然空隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭土等，其压缩系数大于0.5Mpa-1 ，不排水搞剪强度小于30kPa。

《海口工程技术规范》（1982）中软土定义为：淤泥、淤泥质土以及天然强度低、压缩性高、透水性小的一般性粘土。

文献[1]中对软土定义为：滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、空隙比大、压缩性高和抗剪度低的细粒土。

《公路工程名词术语》（JTJ002-87）对软土定义为：软土主要是由天然含 水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。

由此可见国内铁路、建筑、港口、公路部门对软土的定义都不尽相同，其实目前国内外对软土的定义没有统一的标准。有的把软弱土层的简称，有的把软土视为整个软弱土层的简称，有的把软土视为软弱土基的简称。其实无论软土还是软土地基，它的软硬都是相对的，在工程设计和施工时，不要拘泥于它们的定义，只要路堤 或其他荷载在土基上有可能出现有害过大的变形与强度不足的问题，都应认真进行沉降、稳定验算。凡不满足设计指标均进行处理，决不能仅凭土名来确定是否需要进行处治。

在工程实践中，人们对软土的含义已基本取得代识，对软土地基的鉴别通常按照天然含水量、相对含水量、天然空隙比、渗透系数、压缩系数和十安板剪切强度等指标综合鉴定，见表1所列。

特征或指标名称 天然含水量/% 相对含水量 天然空隙比 渗透系数/cm\\·s-1 压缩系数/MPa-1 十字板剪切强充/kpa

指标值 ≥35 ≥1.0 ≥1.0 ＜10-6 ＞10-1 ＜35

2 公路软土地基处理

软土地基由于土颗粒细、空隙比大、含水量大、空隙中的水不易排出，所以，在这类地基上修建公路的主要问题是，地基强度低、受荷后变形大，容易引起路堤下陷，从而造成路基失稳，因此必须进行处理。根据文献[1]的规定进行稳定和沉降计算，当稳定安全系数和工后沉降大于表2、表3中的数值时，需进行软基处治。

下面就目前国内外常用的几种公路软土地基处理方法的特点及使用条件作简要介绍。

2．1 抛石挤淤法

通常用于淤泥厚度小于3m、呈流动状态、排水困难、料源充足的情况。抛石顺序宜沿道路中线向前抛填，然后逐渐向两侧扩展，以便将淤泥向两边挤出。当抛石抛出软土面后，应用较小的块(碎)石垫平，并用碾压设备反复碾压至设计压实度，然后在其上铺设反滤层，再填土至设计高程。

2．2 置换填土法

通常用于软土地基分布范围较小，软土厚度在2m以内，路堤高度较低的情况。具体办法可将软土层全部挖除，然后采用砂、碎石、块石、卵石、片石等渗水性较好的材料或强度较高的粘土进行填筑，以提高地基的承载力。

2．3铺设砂垫层

主要原理是利用砂垫层良好的透水性特点，在软土地基顶面铺设排水砂层，以增加排水面，使软土地基在填土荷载的作用下，加速排水固结，从而提高地基强度，满足稳定的要求。虽然排水砂层对于基底应力的分布和沉降量的大小无显著影响，但可加速沉降的发展，缩短固结过程。砂垫层主要使用于路堤高度小于极限高度的2．O倍以内，软土层不厚或虽厚但有良好排水条件，且砂源丰富，工期不紧的情况；砂垫层厚度一般为O．6一．1．O m，宽度应超出其上填土0．5一1．O m，具体视路堤高度和软土层厚度及压缩性而定。

2.4 砂桩法、袋装砂井法和塑料板法

砂桩、袋装砂井和塑料板都是排水预压法竖向排水通道材料，三者排水机理相同，固结理论和设计方法也基本相同，都是通过预压荷载，使被加固土体中的空隙水排出，有效应力增加，土中空隙体积减小，密度加大，土体强度得到提高，从而达到减少地基工后沉降和提高地基承载力的目的。

(1)砂桩处理法是在软土地基中先钻成一定直径的孔眼，然后灌以粗砂或中砂，利用上部荷载作用加速软土排水固结的方法。砂桩的成桩方法可采用冲击成桩法或振动成桩法，砂桩的排列形式一般采用倒三角形或正方形，其中以三角形排列较紧凑有效，桩径一船采用20一30 cm，枚距为桩径的8—10倍，常用的是—4m，砂桩顶部铺设40一50 cm砂垫层构成排水系统，在路堤荷载的作用下加速排水固结，从而提高地基强度，保证路堤稳定。

(2)袋装砂井是事先把砂装入长条形透水性好的编织袋内，然后用专门的机具设备打入软土地基内以代替普通大直径的砂井。袋装砂井的直径小、材料消耗小、工程造价低、施工速度快、设备轻型，适应在软弱地基上施工。一般情况，当泥沼或软土层厚度超过5m，且路堤高度的自重静压超过天然地基承载力很多，特别是地基土水平位移较大时，经常采用这种方法。

(3)塑料板排水法是一种利用塑料排水板作为竖向排水材料，通过排水预压达到提高地基承载力的一种先进加固软土地基的方法。塑料排水板由于具有性能好、质量可靠、施工方便、工效高、工程费用低、对土的扰动小、可用轻型机械在软土上施工等优点，迅速在国内得到推广，大有代替砂桩和袋装砂井趋势。

塑料排水板排水预压固结法一般用于泥炭饱和淤泥地段或土基松软地下水位较高的地段，其主要施工工艺流程为：清理整平场地 铺设排水砂垫层一插设塑料排水板一加载预压一卸载。2，5 加固土桩法和碎石桩法

(1)加固土桩是用某种专用机械将软土地基的局部范围(某一深度、某一直径)内的软土桩体用生石灰、水泥、粉煤灰等加固材料改良、加固而形成，与桩间软土形成复合地基，从而降低土中的含水量，提高地基强度，减少沉降量。其施工有拌和桩法、粉喷桩法等。 加固剂可采用水泥等固化剂，也可采用多种固化材料的混合物；加固材料的剂量应通过室内试验按技术、经济性优化选用。加

固土桩的直径、设置深度及间距均应经稳定沉降验算确定。一般情况桩径采用O．5m，桩长最大12m，一般为9m，桩距O．75一1．5m。施工前须进行成桩试验(一般不少于5根)，以便取得成桩经验及各种技术参数。其主要施工工艺流程为：设备定位—)预搅下沉—)钻杆提升(喷搅)一复拌。

(2)碎石桩是利用产生水平振动的管状设备(振动打桩机、柴油打桩机、近端装有活瓣钢桩靴的桩管)，以高压水流边振边冲在软弱粘性地基中成孔，然后在孔内分批填入碎石加以振密制桩，并与周围粘性主形成复合地基。本方法与排水固结法相比，具有加固周期短、快速连续加载等优点。其主要施工工艺流程为：清理整平场地一机具定位 桩管沉入 加料压密 拔管 机具移位。

2.6 土工织物法

在软土、沼泽地区、地基湿软、地下水位较高情况下可采用垫隔、覆盖土工布法加固地基，可使荷载均匀分布；提高路基刚度、利于排水，高填方路堤适当分层垫隔，效果更好。在铺设土工聚合物时，应在路堤两侧预留足够的锚固长度，并回折覆盖在压实的填料上面。土工布连接采用搭接法时，搭接长度大于30 cm；采用缝接法时，缝接宽度不小于5cm；采用粘接法时，粘接宽度不小于5cm，粘接强度不低于土工合成材料的抗拉强度。

2，7反压护道法

反压护道法的原理是在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道，以平衡路堤下的淤泥或泥炭向路堤两侧的胀力，从而保证路堤的稳定。由于设置反压护道会增大路堤沉降，而且会多用土地，因此常采用借地还耕的办法，反压护道修建后，可在其顶面耕种作物，也可利用反压护道作道路辅助设施。反压护道的高度宜为路堤的1／2，宽度应通过稳定计算确定，且应满足路堤工后沉降的要求。

由于反压护道占地较大，因此一般不宜大面积使用，仅在桥台高填土地段局部少量使用。

2．8特殊材料法

在实际工程的设计和施工中，可采用轻质材料(即所谓的轻质路堤)或强度高、变形小、老化慢的土工合成材料(即所谓的加筋路堤)等特殊材料作路堤，以减轻路堤自重、减少沉降、并增大稳定安全系数，从而满足工程需要。此方法通常和其他软土地基处理方法综合使用效果更佳。

2．9 综合(组合)处治法

在实际工程中，由于一种处治措施的效果和作用是有局限性的，而遇到的情况往往比较复杂，可能既要解决变形问题，又要解决强度问题，就势必需要采用两种及其以上的措施加以综合处治。

3 结束语

(1)公路软土地基的设计和施工的方法很多，在实际工程中，应根据地质资料，结合水文气象资料、工期等因素，采用不同的技术措施进行沉降设计和稳定验算，经技术经济论证，选择最佳的计施工方寞。

(2)软土地基上公路路堤的设计与施工质量在很大程度上取决于地质资料的真实性和代表性，因此在设计和施工之前，须要认真钻探，并用十字板、静力触探仪进行现场测试，室内试验尽可能采用自动化程度高的试验手段，从而取得有代表性的地层资料。

(3)在进行高速公路、一级公路和二级公路软土地基的设计和施工时，应结合工程修筑试验王程和进行必要的沉降和稳定观测，以验证设计方案的合理性和指导施工，从而保证工程质量。

(4)软土地基的处治方法很多，但有些方法并不适合在公路上应用。如真空预压，就不如用路堤自重预压经济；电渗法、井点法费用较高，未在公路上使用过；纯石灰桩不但争议大，而且也不如石灰加固桩经济；强夯碎石桩因其处治的桩深难以预测，故很少使用等。

参考文献

l JTJol7—96公路软土地基路堤设计与施工技术规范，北京：人民交通出版社，1996

2 JTJOl3—95公路路基设计规范，北京：人民交通出版社，1995

3 塑料板排水法加固软基工程实例集．北京：人民交通出版社，1999

4 JTJ219—87港口工程技术规范．北京：人民交通出版社，1987

5 曾国熙，地基处理手册，北京6中国建筑工业出版社，