高速公路軟基鑒別處治及檢測(cè)方法
2011-12-16 來源：中國(guó)百科網(wǎng)
一、概述
軟土主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質(zhì)所組成的土。對(duì)淤泥的解釋是，在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積并含有機(jī)質(zhì)的細(xì)粒土，其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.5；當(dāng)天然孔隙比小于1.5而大于1.0時(shí)稱為淤泥質(zhì)土。對(duì)于泥碳的解釋是，喜水植物遺體在缺氧條件下，經(jīng)緩慢分解而形成的泥沼覆蓋層。其特點(diǎn)是持水性大，密度較小。
二、軟土的組成和狀態(tài)特征
軟土泛指淤泥及淤泥質(zhì)土，是第四紀(jì)后期于沿海地區(qū)的濱海相、瀉湖相、三角洲相和溺谷相，內(nèi)陸平原或山區(qū)的湖相和沖擊洪積沼澤相等靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經(jīng)生物化學(xué)作用形成的飽和軟粘性土。軟土的組成和狀態(tài)特征是由其生成環(huán)境決定的。由于它形成于上述水流不通暢、飽和缺氧的靜水盆地，這類土主要由粘粒和粉粒等細(xì)小顆粒組成。淤泥的粘粒含量較高，一般達(dá)30％～60％。粘粒的粘土礦物成分以水云母和蒙德石為主，含大量的有機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)含量一般達(dá)5％～15％，最大達(dá)17％～25％。這些粘土礦物和有機(jī)質(zhì)顆粒表面帶有大量負(fù)電荷，與水分子作用非常強(qiáng)烈，因而在其顆粒外圍形成很厚的結(jié)合水膜，且在沉積過程中由于粒間靜電荷引力和分子引力作用，形成絮狀和蜂窩狀結(jié)構(gòu)。所以，軟土含大量的結(jié)合水，并由于存在一定強(qiáng)度的粒間連結(jié)而具有顯著的結(jié)構(gòu)性。
由于軟土的生成環(huán)境及粒度、礦物組成和結(jié)構(gòu)特征，結(jié)構(gòu)性顯著且處于形成初期，呈飽和狀態(tài)，這都使軟土在其自重作用下難于壓密，而且來不及壓密。因此，不僅使之必然具有高孔隙性和高含水量，而且使淤泥一般呈欠壓密狀態(tài)，以致其孔隙比和天然含水量隨埋藏深度很小變化，因而土質(zhì)特別松軟。淤泥質(zhì)土一般則呈稍欠壓密或正常壓密狀態(tài)，其強(qiáng)度有所增大。
淤泥和淤泥質(zhì)土一般呈軟塑狀態(tài)，但當(dāng)其結(jié)構(gòu)一經(jīng)擾動(dòng)破壞，就會(huì)使其強(qiáng)度劇烈降低甚至呈流動(dòng)狀態(tài)。因此，淤泥和淤泥質(zhì)土的稠度實(shí)際上通常處于潛流狀態(tài)。
三、軟土的物理力學(xué)特性
1、高含水量和高孔隙性
軟土的天然含水量一般為50％～70％，最大甚至超過200％。液限一般為40％～60％，天然含水量隨液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1～2之間，最大達(dá)3～4。其飽和度一般大于95％，因而天然含水量與其天然孔隙比呈直線變化關(guān)系。軟土的如此高含水量和高孔隙性特征是決定其壓縮性和抗剪強(qiáng)度的重要因素。
2、滲透性弱
軟土的滲透系數(shù)一般在i×10-4～i×10-8cm/s之間，而大部分濱海相和三角洲相軟土地區(qū)，由于該土層中夾有數(shù)量不等的薄層或極薄層粉、細(xì)砂、粉土等，故在水平方向的滲透性較垂直方向要大得多。
由于該類土滲透系數(shù)小、含水量大且飽和狀態(tài)，這不但延緩其土體的固結(jié)過程，而且在加荷初期，常易出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，對(duì)地基強(qiáng)度有顯著影響。
3、壓縮性高
軟土均屬高壓縮性土，其壓縮系數(shù)a0.1～0.2一般為0.7～1.5MPa-1,最大達(dá)4.5MPa－1（例如渤海海淤），它隨著土的液限和天然含水量的增大而增高。由于土質(zhì)本身的因素而言，該類土的建筑荷載作用下的變形有如下特征：
（1）變形大而不均勻
（2）變形穩(wěn)定歷時(shí)長(zhǎng)
4、抗剪強(qiáng)度低
軟土的抗剪強(qiáng)度小且與加荷速度及排水固結(jié)條件密切相關(guān)，不排水三軸快剪所得抗剪強(qiáng)度值很小，且與其側(cè)壓力大小無(wú)關(guān)。排水條件下的抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)程度的增加而增大。
5、較顯著的觸變性和蠕變形。
四、軟土的鑒別
1、建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)《軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘查規(guī)范》（JGJ83-91）規(guī)定凡符合以下三項(xiàng)特征即為軟土：
（1）外觀以灰色為主的細(xì)粒土；
（2）天然含水量大于或等于液限；
（3）天然孔隙比大于或等于1.01。
2、交通部標(biāo)準(zhǔn)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ017-96）中規(guī)定軟土鑒別見表
（1）天然含水量的測(cè)定
天然含水量是土的基本物理性指標(biāo)之一，它反映的土的狀態(tài)，含水量的變化將使得土的稠度、飽和程度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨之而變化，其測(cè)定可采用公路土工試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定試驗(yàn)方法測(cè)定，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與35％、液限進(jìn)行比較。
（2）天然孔隙比
孔隙比，是土中孔隙體積與土粒體積之比，天然狀態(tài)下土的孔隙比稱之為天然孔隙比，是一個(gè)重要的物理性指標(biāo)，可用來評(píng)價(jià)天然土層的密實(shí)程度。其測(cè)定方法可測(cè)定土粒比重、土的干密度、土的天然密度、土的含水量等指標(biāo)通過計(jì)算而得。
（3）十字板剪切強(qiáng)度
十字板剪切試驗(yàn)是原位測(cè)試技術(shù)中一種發(fā)展較早、技術(shù)比較成熟得方法。試驗(yàn)時(shí)將十字板頭插入土中，以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速率對(duì)側(cè)頭施加扭力，直到將土剪損，測(cè)出十字板旋轉(zhuǎn)時(shí)所形成的圓柱體表面處土的抵抗扭矩，從而可算出土對(duì)十字板的不排水抗剪強(qiáng)度。
五、軟基處理的常用材料質(zhì)量要求
1、砂礫料
用作墊層的砂礫料應(yīng)具有良好的透水性，不含有機(jī)質(zhì)、粘土塊和其它有害物質(zhì)。砂礫的最大粒徑不得大于53mm，含泥量不得大于5％。
2、砂及砂袋
袋裝砂井所用砂，應(yīng)采用滲水率較高的中、粗砂、大于0.5mm的砂料含量應(yīng)占總重量的50％以上，含泥量應(yīng)小于3％，滲透系數(shù)應(yīng)大于5×10－2mm/s，砂袋采用聚丙烯、聚乙烯、聚酯等編制布制作，應(yīng)具有足夠的抗拉強(qiáng)度，使能夠承受袋內(nèi)砂自重及彎曲所產(chǎn)生的拉力，具有較好的抗老化性能和耐環(huán)境水腐蝕性能，其抗?jié)B系數(shù)應(yīng)不小于所用砂的滲透系數(shù)。
3、碎石
碎石由巖石和礫石軋制而成，應(yīng)潔凈、干燥，并具有足夠的強(qiáng)度和耐磨耗性，其顆粒形狀應(yīng)具有棱角，不得摻有軟質(zhì)石和其它雜質(zhì)，粒徑宜為20～50mm，含泥量不應(yīng)大于10％。
4、土工合成材料
土工合成材料的選用應(yīng)符合《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。應(yīng)具有足夠的抗拉強(qiáng)度，對(duì)土工織物，還應(yīng)具有較高的刺破強(qiáng)度和握持強(qiáng)度等。土工合成材料試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法應(yīng)符合《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》和《公路土工合成試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定。
5、塑料排水板
塑料排水板是由芯體和包圍芯體的合成纖維透水膜構(gòu)成的復(fù)合體，應(yīng)具有較好的耐腐蝕性和足夠的柔度，其性能指標(biāo)應(yīng)符合《塑料排水板施工規(guī)程》的規(guī)定。
6、片石
拋石擠淤應(yīng)采用不易風(fēng)化的片石，其尺寸應(yīng)小于300mm。
7、水泥
水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)符合圖紙要求，嚴(yán)禁使用過期、受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥。所用水泥指標(biāo)還應(yīng)符合水泥相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
8、石灰
石灰應(yīng)符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》表4.2.2所規(guī)定的Ⅲ級(jí)以上的要求。按《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。
9、粉煤灰
粉煤灰應(yīng)符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定。
10、材料的采購(gòu)和保管
用于軟土地基處理的塑料排水板、土工合成材料、砂袋及石灰、水泥、砂等材料，都必須按施工圖紙和規(guī)范的要求的質(zhì)量指標(biāo)采購(gòu)進(jìn)購(gòu)、堆放，嚴(yán)禁材料被污染或混合堆放，過期產(chǎn)品嚴(yán)禁使用。塑料排水板、土工合成材料和砂袋等材料應(yīng)貯存在不被日光直接照射和被雨水淋泡處，應(yīng)根據(jù)工程進(jìn)度和日用量按日取用。
六、高速公路軟基處理常用方法
1、淺層軟基處理技術(shù)
（1）墊層法
通常用于路基填方較低的地段，要求在使用中軟基的沉降值不影響設(shè)計(jì)預(yù)期目的。設(shè)置墊層時(shí)，可以根據(jù)具體情況采用不同的材料，常用的材料有砂或砂礫及灰土，也可用土工格柵、片石擠淤、砂礫墊層綜合使用處理。
（2）換填法
在高速公路施工中遇到含水量較高，軟弱層較淺，且易于挖除不適宜材料時(shí)，一般采取挖除換填法，包括受壓沉降較大，甚至出現(xiàn)變形的軟基和泥沼地帶。處理這種地基，開挖前要做好排水防護(hù)工作，將開挖出的不適宜材料運(yùn)走或做處理，然后按要求分層回填，回填材料可視具體情況用砂、砂礫、灰土或其他適宜材料。
（3）排擠法
當(dāng)高速公路經(jīng)過水溏、魚池和較深的流動(dòng)性強(qiáng)的淤泥地段時(shí)，常遇到含水量高、淤泥壓縮性大、淤泥質(zhì)粘土軟基以及水下軟基等，對(duì)這類軟基可采用排擠法來處理。排擠法又可分為兩種：一種是拋石排擠，另一種是爆炸排擠。
（4）表層排水法
對(duì)土質(zhì)較好因含水量過大而導(dǎo)致的軟土地基，在填土之前，地表面開挖溝槽，排除地表水，同時(shí)降低地基表層部分的含水率，以保障施工機(jī)械通行。為了發(fā)揮開挖出的溝槽在施工中達(dá)到盲溝的效果，應(yīng)回填透水性好的砂礫或碎石。
（5）添加劑法
對(duì)于表層為粘性土?xí)r，在表層粘性土內(nèi)摻人添加劑，改善地基的壓縮性能和強(qiáng)度特性，以保施工機(jī)械的行駛。同時(shí)也可達(dá)到提高填土穩(wěn)定及固結(jié)的效果。添加材料通常使用的是生石灰、熟石灰和水泥。石灰類添加材料通過現(xiàn)場(chǎng)拌和或廠拌，除了降低土壤含水量、產(chǎn)生團(tuán)粒效果外，對(duì)被固結(jié)的土隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生化學(xué)性固結(jié)，使粘土成分發(fā)生質(zhì)的變化，從而促進(jìn)土體穩(wěn)定。
2、深層軟基處理技術(shù)
（1）袋裝砂井法
袋裝砂井排水固結(jié)措施，其施工簡(jiǎn)便，費(fèi)用較低，加固效果較好。施工時(shí)將袋裝砂放入套管井內(nèi)，填塞密實(shí)，逐節(jié)拔出套管，頂面鋪設(shè)水平砂墊層或排水砂溝。軟基中的水分在上部路基填土載荷的作用下，通過砂與水平砂墊層或縱橫相連通的排水砂溝相通，形成排水通道，使軟基中的水分排走，從而達(dá)到排水固結(jié)軟基的目的。
（2）擠密砂樁法
采用類似沉管灌注樁的機(jī)械和方法，通過沖擊和振動(dòng)，把砂擠入土中而形成的。擠密砂樁的主要作用是將地基擠實(shí)排水固結(jié)，從而提高地基的整體抗剪強(qiáng)度與承載力，減少地基的沉降量和不均勻沉降。這種方法一般能較好地適用于砂性土，不適用于飽和的軟粘土地基處理。擠密砂樁用砂標(biāo)準(zhǔn)要求與袋裝砂井的砂基本相同，不同的是擠密砂樁也可使用砂和角礫的混合料，含泥量不得大于5％。
（3）振沖碎石樁法
碎石樁是一種與周圍土共同組成復(fù)合地基的樁體。碎石樁處理軟基過程就是用振沖器產(chǎn)生水平向振動(dòng)，在高壓水流作用下邊振邊沖，在軟弱地基中成孔，再在孔內(nèi)分批填入碎石料，這時(shí)振沖器邊振動(dòng)邊上拔，使得碎石料振擠密實(shí)。碎石樁樁體是一種散粒體的粗顆粒料，它具有良好的排水通道，有利于地基土的排水固結(jié)。在軟基處理中，特別是具有高填土橋頭等過渡路段，為了減少地基土的變形，提高地基土的承載力，增強(qiáng)地基土的抗滑穩(wěn)定能力，采用碎石樁加固處理是較理想的方法之一。
（4）粉噴樁
粉噴樁是利用粉體噴射攪拌機(jī)械在鉆成孔后，借助壓縮空氣，將水泥粉等固體材料以霧狀噴入需加固的軟土中，經(jīng)原位攪拌、壓縮并吸收水分，產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)，形成整體性強(qiáng)、水穩(wěn)定性好、強(qiáng)度較高的樁體，與樁間土一起形成復(fù)合地基，從而提高路基強(qiáng)度。其特點(diǎn)是強(qiáng)度形成快、預(yù)壓時(shí)間短、地基沉降量小。粉噴樁加固軟基主要適用于高含水量、高壓縮性的淤泥、淤泥質(zhì)粘土及橋頭軟基的處理。有關(guān)試驗(yàn)表明，一般含水量大于35％ 的軟基宜選用粉噴樁。
（5）塑料排水板
塑料排水板是一種能夠加速軟土地基排水固結(jié)的垂直排水材料。當(dāng)它在機(jī)械力作用下被插入軟土地基后，能以較低的進(jìn)水阻力聚集從周圍土體中排出的孔隙水，并沿垂直排水通道排出，使土體固結(jié)，從而提高地基的承載力。塑料排水板具有良好的力學(xué)性能、足夠的縱向通水能力、較強(qiáng)的濾膜滲透性和隔土性。
（6）加筋土工布
加筋土工布一般被鋪設(shè)在路堤底部，以調(diào)整上部荷載對(duì)地基的應(yīng)力分布。通過加筋土工布的縱橫向抗拉力，來提高地基的局部抗剪強(qiáng)度和整體抗滑穩(wěn)定性，并減少地基的側(cè)向擠出量，一般適用于強(qiáng)度不均勻的軟基地段、路基高填土、填挖結(jié)合處或橋頭填土的軟基處理。加筋土工布的材料不僅強(qiáng)度要符合設(shè)計(jì)要求，而且斷裂時(shí)的應(yīng)變，在填料為砂礫、土石混合料時(shí)還須滿足一定的頂破強(qiáng)度，施工中加筋土工布應(yīng)拉平緊貼下承層，其重疊、縫合和錨固應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。
（7）鋼渣樁法
鋼渣樁法處理軟基是利用工業(yè)廢料的轉(zhuǎn)爐鋼渣作為加固材料，灌入事先形成的樁孔中，經(jīng)振動(dòng)密實(shí)、吸水固結(jié)而形成的樁體，加固機(jī)理是轉(zhuǎn)爐鋼渣吸收軟基中的水分，樁體膨脹形成與周圍土體擠密的主體，與地基形成整體受力結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)爐鋼渣氧化鈣含量40％以上，其主要成分與水泥接近，具有高堿性和高活性，篩分后可作低標(biāo)號(hào)水泥使用，因此鋼渣樁具有較高的樁體強(qiáng)度。
（8）混凝土樁
低強(qiáng)度混凝土樁是近年來發(fā)展起來的一種新型樁，以低強(qiáng)度混凝土樁為豎向增強(qiáng)體所形成的復(fù)合地基一般稱為低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基。由于采用低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基方法可有效提高地基承載力，減小地基沉降，能處理粘性土、粉砂土及淤泥質(zhì)土等各種土性地基，適用的基礎(chǔ)形式也多樣，近年來在一般民用住宅、高層建筑、堆場(chǎng)等土木工程地基處理中得到了廣泛的應(yīng)用。
（9）深層攪拌
利用水泥或石灰等其它材料作為固化劑的主劑，通過特別的深層攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理一化學(xué)反應(yīng)，形成堅(jiān)硬拌和柱體，與原土層一起起到復(fù)合地基的作用。其優(yōu)點(diǎn)是：能有效減少總沉降量、地基加固后無(wú)附加荷載、能適用于高含水量地基等；但造價(jià)較高且施工質(zhì)量難以檢測(cè)，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)具體情況具體分析，根據(jù)不同的地質(zhì)條件和荷載條件調(diào)整配合比、置換率、樁長(zhǎng)等，以滿足承載力及沉降的要求。
七、軟基檢測(cè)
換填質(zhì)量檢測(cè)包括：分層施工質(zhì)量檢查和工程質(zhì)量驗(yàn)收，主要是檢驗(yàn)墊層是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。墊層的分層施工質(zhì)量檢測(cè)可采用環(huán)刀壓入、灌砂法等。換填結(jié)束后，可按工程的要求進(jìn)行工程質(zhì)量驗(yàn)收，驗(yàn)收方式可通過荷載試驗(yàn)或者靜力觸探試驗(yàn)等。
樁體質(zhì)量檢測(cè)方法主要有載荷試驗(yàn)、靜（動(dòng)）力觸探試驗(yàn)以及波速試驗(yàn)等，載荷試驗(yàn)主要檢驗(yàn)復(fù)合地基的承載能力，靜（動(dòng)）力觸探試驗(yàn)主要檢驗(yàn)樁間土的加固效果，波速法主要是通過測(cè)定地基處理前后基地中波速的變化來判斷處理的效果。靜力觸探主要功能是評(píng)價(jià)地基處理前后土的容許承載力，但不適用于大塊碎石類地層和基巖。動(dòng)力觸探是一種較為粗略的定性方法。
強(qiáng)夯等表層處理的檢測(cè)方法分為原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)。原位測(cè)試可采用靜（動(dòng)）力觸探、旁壓試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)以及平板載荷試驗(yàn)等等，質(zhì)量檢驗(yàn)的數(shù)量應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地條件和公路等級(jí)確定。
深層攪拌法的質(zhì)量檢測(cè)方法包括取樣檢驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)、開挖檢驗(yàn)等多種檢測(cè)手段。在施工期間應(yīng)及時(shí)檢查施工記錄，確保工程質(zhì)量。
另外，在地基處理施工以及運(yùn)營(yíng)過程中進(jìn)行變形觀測(cè)也是常用的質(zhì)量監(jiān)控及檢測(cè)手段。觀測(cè)內(nèi)容包括：孔隙水壓力觀測(cè)、沉降觀測(cè)、側(cè)向位移觀測(cè)等，在施工期間可根據(jù)觀測(cè)結(jié)果控制施工進(jìn)度。在實(shí)際工程中，各種檢測(cè)手段往往是綜合運(yùn)用的，一種地基處理方法也有多種檢測(cè)手段，在選取檢測(cè)方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件確定。
八、結(jié)語(yǔ)
軟基處理一直是公路建設(shè)中的技術(shù)難題，地形的復(fù)雜多樣決定了不同的地質(zhì)狀況應(yīng)采用不同的軟基處理方法，即使相同的地質(zhì)情況，采用不同的軟基處理方法也會(huì)有不同的效果，在高速公路軟基鑒別、處治及檢測(cè)問題上常涉及建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位及試驗(yàn)檢測(cè)單位，涉及到資金投入、施工方法、工程變更等一系列的領(lǐng)域，有關(guān)單位應(yīng)協(xié)調(diào)處理、認(rèn)真對(duì)待軟基問題，綜合各種技術(shù)處理措施，才能真正處理好高速公路軟基問題。隨著科技的進(jìn)步，在科研人員、技術(shù)人員、施工人員等相關(guān)人員的共同努力下，新的技術(shù)將不斷涌現(xiàn)，將不斷地推動(dòng)高速公路建設(shè)技術(shù)向前推進(jìn)。
