市政道路工程軟土地基處理技術研究

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市政道路工程軟土地基處理技術研究:談市政道路工程中軟土地基處理技術

1 前言

在市政道路工程建設中,采用的強夯法又名動力固結法或動力壓實法,這種方法是反復將重錘(10~40t)提到高處使其自由落下(落距一般為lO~4Om)給地基以沖擊和振動,從而提高地基的強度并降低其壓縮性,還能改善其抗震動液化的能力和消除土的濕陷性。它實用于多種土性地基,如碎石土、砂土、低飽和度的粉土、濕陷性

黃土、雜填土和素填土等,具有效果明顯、經濟易行、設備簡單、節約三材等優點。但對于飽和軟黏土,由于其含水量高、滲透性差,當受到強烈沖擊時,不能迅速排水,因而孔隙水壓力上升快,消散慢,使坑周土體強度降低,因此,一般認為軟黏土地基不宜采用強夯法處理加固。但近年來強夯加固軟土地基理論和實踐發展很快,積累了不少經驗,在很多工程中取得了良好的效果,其中有強夯結合袋裝砂井綜合處理法、強夯置換法處理軟土地基等新措施,本文就工程實例探討了強夯結合袋裝砂井在處理飽和軟黏土的應用情況。

2 工程概況

2.1 地質概況

該區地貌屬于江河口沖積平原,局部分布少量殘丘。地下水為孔隙潛水,與河水互為補給,水位1.0~3.0 m,受潮汐影響。地層自上而下為:①人工填土,色雜、松散一稍密,厚度1.0~2.Om;②海陸交互相沉積層(軟土層),為淤泥,淤泥質粉質黏土,夾淤泥質細砂,灰黑色,飽和,流塑,松散,該層層底埋深3~15 m左右;③沖積層,雜色,花斑狀粉質黏土,可塑,灰黑色淤泥質粉質黏土,飽和、流塑及灰黑色中砂層,飽和、松散一稍密,厚約0~8 m;④殘積層,為黃一灰黃色砂質黏性土、硬塑為主,為花崗巖殘積土,厚約0 ~6 m。

2.2 軟土層物理力學指標

天然含水量wo=73.2% ,液性指數lL =1.66,塑性指數lp=24.8,孔隙比eo=2、0.3,壓縮系數a=2.247 Mpa-1,豎直向固結系數Cv =0.792×10-3 cm2/s,水平向固結系數Ch=5.019×10-3 cm2/s,內摩擦角ψ=6.4ο,凝聚力c=6.2kPa,容許承載力[QO] =40 kPa。

根據估算,在不作軟基處理情況下路基極限填土高=1.86 m左右。

2.3 質量、工期要求

由于該地區軟土屬高含水量、低強度、高壓塑性的超軟弱黏土,根據路基軟基穩定控制、工后沉降控制、路面結構的基底強度要求必須對軟基采取處理。而道路的施工期只有8個月,軟基的實際預壓時間只有5個月左右。所以采用的軟基處理方案需滿足該工程特點要求。

3 設計

3.1 方案論證

常用的軟土路基處理方法有清淤換填、袋裝砂井(插塑板)、強夯法、真空預壓、碎石樁、攪拌樁、CFG樁等多種。

袋裝砂井(插塑板)加預壓排水固結方法需預壓,一般固結的時間較長(180~360 d),工后沉降較大;同時本工程所處的位置距江邊非常近,受潮汐影響水位變化大,由于微薄砂層的存在,與附近河水水力聯系密切,排水固結效果不甚明顯。特別是有些地段地層上部分布雜填土(如原已填魚塘地段),地基采用此方法處理困難。對橋頭路堤,由于填土相對較高,工后沉降要求不大于0.1 m,可采用復合地基處理。對于軟土厚度小于15 m的橋頭路基采用水泥攪拌樁,大于15 m的地段采用CFG樁處理。該處理方法效果好,亦不需預壓,但工程造價較高,不能廣泛采用。袋裝砂井(插塑板)加強夯法:它通過設置豎向排水體系(袋裝砂井),并結合靜荷載(填土堆載)和動荷載(強夯夯擊能),使得地基土在較短時間內完成大部分固結沉降,減少工后沉降并迅速提高承載力;此外,還可通過對地基的預震作用,有效地消除砂土液化、基坑開挖涌砂現象;有利于地下管線的開挖埋設。

本工程中,我們通過對不同處理方法的對比,并結合周邊已建工程的實例及效果,對于軟土埋深小于8 m的地段,我們采用動力固結(強夯加袋裝砂井)作為一般軟土路基的處理方法之一。對于上部分布雜填土軟基,則單純采用強夯法處理。

3.2 作用原理

強夯法加固非飽和土的過程,就是土中的氣相被擠出的過程。而對飽和土,傳統的固結理論認為,在快速加荷條件下,孔隙水無法瞬間排出,所以是不可壓縮的,但無法解釋飽和土在強夯后產生的明顯較大沉降。L·梅耶動力固結理論認為:

(1)強夯中土的滲透系數是隨時間變化的;

(2)強夯中飽和土孔隙水具有壓縮性;

(3)強夯中飽和土有局部液化現象;

(4)強夯中飽和土有觸變現象。

所以在重復夯擊作用下土體中產生裂紋,土中部分吸附水變成自由水.隨著孔隙水壓力的消散,土的抗剪強度和變形模量不斷增長。單純的強夯由于豎向裂縫的產生并非規則的和連續貫通的,因而在孔隙水和氣體排除過程中并非很暢通 ,這就造成在施工過程中孔隙水壓力消散緩慢,從而影響到加固的效果和施工進度,效果不佳。采用排水固結法結合強夯,當土體受到沖擊荷載時,土中孔隙水壓力增加,孔隙水可滲透到袋裝砂井中,沿袋裝砂井直接排到地表,這樣縮短了排水距離,加速了孔隙水壓力的消散過程和地基沉降的發展,而達到加固的目的。

 3.3 設計參數

到目前為止,強夯法還沒有一套成熟和完善的理論和設計計算方法,只能通過試夯的方法確定施工參數。試夯區面積不應小于20 m×40 m,對不同地質條件,至少進行一處試夯,通過試夯確定施工參數,如夯錘重量、夯錘落距、單點總夯擊能、夯點距離、間歇時間、夯擊遍數及有效加固深度等。

4 強夯法處理飽和軟黏土應用中幾個問題的探討

(1)動力固結理論未完全成熟。土體的沉降主要是動力固結、側向變形、上部一部分土體發生超固結等組成。目前強夯法的施工沉降主要靠試夯得出,如何根據理論計算也是今后待解決的問題。

(2)軟黏土地基強夯必須關注如何降低孔隙水壓和增大有效深度。然而兩者有所矛盾,增加加固深度,要求增加能量,而增加能量,按常規工藝會增大孔壓。當前軟黏土地基強夯處理效果不佳的原因有三個方面:一是由于夯擊能量不足,有效加固深度不夠,下部土體未完成固結沉降;二是由于強夯使上部軟黏土結構性破壞,不僅降低了強度,還大幅度降低了滲透性;三是當前規定的強夯工藝不適應軟黏土地基強夯特點,導致地基中孔隙水壓力居高不下而形成“橡皮土”。針對上述原因,采取了適應強夯加固的有效排水系統,采用了適應軟黏土地基的“先輕后重、逐級加能、少擊多遍、逐層加固” 的夯擊方式,確立了以不破壞土體宏觀結構為原則的收錘標準,形成了能夠有效抑制孔壓上升,加速孔壓消散,防止土體液化,增強強夯效果,降低能耗的一整套強夯新工藝。

(3)強夯法宜用于軟基處理要求施工期短缺少預壓時間、或者缺少預壓荷載、軟土層較淺、寬大場地排水不易等情況,特別是在上覆雜填土或大塊石的地基。對于一般在正常條件下處理的軟基,強夯法由于同樣需要結合砂井及墊層,所以處理費用比普通填土預壓措施要貴,但它比復合地基便宜,施工也方便

市政道路工程軟土地基處理技術研究:市政道路工程中軟土地基處理技術探討

摘要：采取何種軟土地基處理方法，應對施工場地條件、地層地質情況等進行綜合分析，根據軟土處理的目的、范圍及指標要求，通過技術、經濟比較及環境影響評價后合理選用。本文探討了市政道路工程中軟土地基處理技術。

關鍵詞：市政；道路工程；軟土地基；處理技術

道路建設施工中軟土地基問題是一個難以避免的話題。在施工過程中必須要處理好軟土地基這一問題，增強公路的使用性能。就市政工程而言，由于工期緊、施工場地狹窄，同時還要維持既有道路交通正常運營等原因，軟基處理較公路具有更高的要求。

一、軟土的概念

軟土是指濱海、湖沼、谷地，河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結系數小、固結時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物理力學性能相差較大等特點。

二、軟土路基變形特點

軟土路基的變形特點主要有三大特點：變形量大、壓縮穩定所需要的時間長、側向變形大。變形量大：軟弱土體多為淤泥或淤質土，其自身的含水量大，水份不易自流出來。壓縮穩定所需要的時間長：軟土主要以粘粒為主，盡管孔隙比較大，但單個孔隙較細。孔隙水很難流動。透水性較低，飽和土體受荷載作用后，水不能盡快排除，變形也只能慢慢進行，其變形要經過數年甚至數十年。側向變形：比一般土體要大，而且側向變形與豎向變形之比在相同條件下比一般土體要大。

三、市政道路工程中軟土地基處理技術

1、 表層排水法

表層排水法運用于含水量過大的軟土地基,進行填土之前需要在地層表面開挖溝槽,將地表水完全排除。這樣既可以降低地基表層部分的含水率, 也能保證施工機械順利進行。施工中需要采用透水性好的砂礫或碎石,以保證開挖出的溝槽在施工中達到盲溝的效果。

2、 強夯法

強夯法指的是為提高軟弱地基的承載力，用重錘自一定高度下落夯擊土層使地基迅速固結的方法。稱動力固結法，利用起吊設備，將10 ～ 25 噸的重錘提升至10～ 25 米高處使其自由下落，依靠強大的夯擊能和沖擊土與雜填土地基。強夯法由于具有加固效果好、適用土類廣、設備簡單、施工方便、節省勞力、施工期短、節約材料、施工文明和施工費用低等優點，很快傳遍到世界各地。一般認為強夯法目前除了對厚層淤泥質土和淤泥不適用外，對某些類型的軟土強夯效果還是比較好的。從土的性質分析，軟土強夯效果決定于地基土的含水量、粒徑級配及孔隙比的大小。

3、砂墊層法

砂墊層法適用于地基上部軟土層極薄且含水量較多時,具體做法：在軟土地基上敷墊0.5m～1.2m厚的砂墊層,以達到固結軟土層的效果,幫助砂墊層發揮上部排水層的作用。另外,砂墊層也能作為填土內的地下排水層, 對填土內的水位起到降低的作用。填土及地基處理施工能夠為施工機械創造優越的通行條件。在砂墊層施工過程中需要安放樣板。自卸汽車與推土機聯合操作是攤鋪作業的常用形式, 使用過程中最好保持均勻一致。當填料為透水性較差的粉土時, 如果坡腳附近的砂墊層被土覆蓋,就會對側向排水造成阻礙,因而需要妥善處理砂墊層的端部。

4、加載法

加載法就是通過增加荷載來促進軟土地基沉降，從而增加地基強度，并避免以后的有關構造物會發生有害沉降。其促進地基固結沉降一般都是采取增加總壓的方法，從而有效地降低土中的間隙水壓，以此來增大有效應力。當采用填土加載法的過程中一定要注意確保地基處于穩定狀態。

5、置換法

置換法就是常用優質土來替換軟弱土，以此來保持填土的穩定，并減少其沉降量。此方法通常采用強制置換和人工挖掘置換的方式進行，其中人工挖掘置換的可靠性更高。其置換材料應當采用粗粒土，這是由于粗粒土能夠保證其地面即使受到水浸也基本不會降低其承載力，當然對于置換的粗粒土要進行充分壓實。

6、 拋石擠淤法

拋石擠淤法主要用于一些常年積水的低洼地帶，這些路面的排水施工比較困難，其表土層的厚度較薄，且呈現出流動的狀態，還包括一些片石可以沉到底部的泥沼以及厚度小于3m 的軟土路段。在該方法中所拋投的片石，其粒徑最好不要小于30cm，即使包含粒徑小于30cm 的也不能超過總含量的20%，在具體的施工過程中要先從路堤的中部開始，先向前拋投，然后在依次往兩側展開，從而將淤泥從兩側擠出，在此基礎上再用重型壓路機反復碾壓直至壓實，上面再鋪設一層反濾層，最后填土碾壓，這種加固方法所取得的效果也是很明顯的。

7、排水固結法

該方法適用于飽和粘土，有機質粘土的地基處理。排水固結法的排水系統由水平排水砂墊層和豎向排水體構成，主要起到改變地基原有排水邊界條件，縮短地基孔隙水的排水距離，加速軟土地基固結過程的作用。當軟土層較薄且靠近地表或土的滲透性較好，施工期較長時，可以在地面鋪設砂墊層而不設置豎向排水體。水平砂墊層厚度一般為50cm，采用中砂或粗砂，有機質含量不大于1%，不得含有粗塊和其他雜物，含泥量不得超過5%。水平砂墊層寬出路基兩側各1m，并確保排水暢通。豎向排水常選用袋裝砂井或塑料排水板。塑料排水板法的施工機具主要是插板機。豎向排水與水平砂墊層應連通，施工前應先鋪30cm厚砂墊層，3%～4%橫坡，然后施工豎向排水體，具體工藝如下：清場地、挖排水溝鋪下層砂墊層穩壓放樣機具就位塑料排水板穿靴插入套管拔出套管割斷排水板檢查并記錄板位情況機具移位鋪設上層砂墊層。對塑料排水板（袋裝砂井）處理軟土路基，地基固結較好，狀態正常，它既有排水固結的作用，又能起擠密地基作用，且施工設備簡單。塑料排水板與袋裝砂井比較，塑料排水板具有插板機械輕，效率高，對土擾動小，造價低等優點。采用本方法只是填土速率受限，高等級道路采用臨時路面過渡，待沉降穩定后再做永久路面。

四、軟土地基的處理及應用時的影響因素

1、地基狀況

（1）土質條件的影響。粘性土：采用的處理方法務必對地基的擾動達到最小。常采用壓實法。砂性土：由于粘性土受擾動后，土體強度嚴重降低，因此應采用振動壓實法或擠實砂樁法對可能發生液化現象的砂性土進行處理。

（2）地基構成情況。對于軟土層比較厚的前提下，應采用其他的方法來配合表層處理法。在軟土層厚度比較淺時進行的簡單表層處理叫表層處理法。開挖換填法主要適用與重要的構造物的基礎。

2、公路等級要求的道路性質

（1）根據公路等級，對于設計公路等級較低時，可先鋪簡易公路路面，等待地基沉降結束后，再鋪常規的公路路面從而節約資金。相反公路等級較高時，平整度要求也越高，同時需要采取更有效的軟地基處理措施。

（2）公路道路的形狀。對于低填方的路堤易出現局部破壞宜用換填法；高填方路堤穩定性不足，宜采用重壓法。

3、道路施工的周邊環境

（1）軟地基施工方法的選擇應深思熟慮，主要是因為公路施工中對周邊環境造成一定的影響。

（2）在施工過程中，在路堤高度較高且地基特別軟弱的情況下，周圍地基可能會常發生大的沉降或隆起，所以應多方面考慮來減少總沉降量和控制剪切變形量。

綜上所述，市政道路施工中軟土地基的處理方法有很多，而只有正確地選擇和運用好軟土地基的處理方法，才能在計劃營運期內真正確保道路路況的良好以及行車的速度和運行安全。因此在市政道路的施工的過程中，施工方應當該根據當地的工程和地質情況，選擇合理的方法，從而做到投資少、回報高、可靠性高，而且只有這樣才能夠有效地處理好軟土地基。

市政道路工程軟土地基處理技術研究:市政道路工程中軟土地基的處理技術

摘要:軟土地基在市政道路工程中比較常見，對軟土地基的有效處理不但能夠提高公路路基的穩定性，也能提高路基的承載力。目前軟土地基的處理技術很多，本文將介紹一些常見的地基處理技術，并對具體的處理方法進行探討。

關健詞：市政道路；軟土地基；處理技術

隨著城市化進程的不斷加速，市政工程日益增加，在市政道路工程中，軟土地基是一種比較常見的地基類型。對于軟土地基的處理也成為道路工程的重點和難點。由于市政道路工程工期緊、施工場地通常又比較狹窄，有時還需要維持既有道路的正常交通。雖然處理軟土地基的技術和方法很多，但是如何在的市政道路工程中選擇合適、合理的處理技術非常關鍵。本文將要論述的重點問題就是軟處路基的幾種常見處理技術，并對具體的技術方法進行探討。

1市政道路工程中軟土地基的特點和破壞

1.1軟土地基的特點

軟土地基通常指物理特性大部分是飽和的，含有機質，天然水的含量大于液限，且孔隙率和壓縮率較大的細粒土。軟土地基通常具有以下幾種特點：

1.1.1含水量高：由于軟土地基的主要成分是粘土粒和粉土粒，其中含有少量的有機質。粘土粒中的主要礦物質為蒙脫石、高嶺石和伊利石。此類礦物顆粒細小，能夠與周圍的水相互作用，使水被吸附于土粒表面，在沉積以后形成各種軟弱土層。

1.1.2透水性較差：如果地基中的有機質含量較大，土中便容易產生氣泡，進而將土層中的滲流通道堵塞，使其滲透性降低。因此在同樣的荷載作用下，軟土地基比其它地基的沉降時間要長。

1.1.3壓縮性高：通常在正常狀態下的軟土層處于固結狀態，只有少部分屬于超固結狀態。在地基處于超固結狀態時，如果壓縮應力不能超過原來的固結壓力時，地基的沉降往往很小。

1.1.4流變性較強：在荷載作用下，軟土在剪應力的作用下，會產生緩慢的剪切變形，進而導致抗剪強度的消弱，在地基固結沉降完成之后，還有可能產生繼續固結現象。

1.2軟土地基的工程破壞

在市政道路工程中，對于軟土地基的處理非常必要。由于地基的抗剪力強度較差，比較容易引起路堤側向整體滑動，邊坡的外側土體便會隆起。造成結構的穩定性降低，使構造物與路堤銜接處產生差異沉降，進而引起跳車等質量問題；另外，地下水位長期過高，容易導致路面受到水的侵害產生坑槽、裂縫、沉陷等破壞。

2粉噴樁復合地基處理技術

2.1粉噴樁技術

在市政道路工程中粉噴樁復合地基加固技術應用比較廣泛。粉噴樁技術主要通過攪拌樁機對軟土地基進行深層攪拌，并沿深度將水泥或者石灰粉等固化劑邊攪拌、邊噴射到土體中，使其與軟土地基進行強制攪拌，從而形成水泥土樁。在粉噴樁技術中，使用的固化劑為干粉，這種干粉能夠充分吸收軟土中的水分，使土體的強度得到有效提高，這種技術對含水量較高的軟土地基處理效果比較顯著；另外，粉噴樁所使用的固化劑較少，對于地表的影響也較小，不容易出現地表隆起等現象。

2.2粉噴樁技術流程

粉噴樁施工工藝比較簡單，容易操作，施工之前需要對場地進行清理，將低洼處填平，之后便可施工。粉噴樁施工工藝流程主要包括：2.2.1樁機就位：對粉噴樁的定位進行精確測量，將樁機設置平穩，保證安裝牢固，就位時樁機的水平位置要嚴格控制，從而預防樁徑傾斜。

2.2.2攪拌下沉：攪拌下沉時，必須保證鉆桿的垂直度和鉆進的速度。

2.2.3鉆頭反轉噴粉：鉆頭下鉆到設計深度時，反轉噴粉，邊噴粉、邊提升，提升的速度和噴射的壓力是控制的重點。當提升到距地面30cm處時應該停噴。

2.2.4復攪：需要進行復攪時，同樣要注意復攪速度，時同控制好復攪的深度和時間。

2.2.5關閉樁機：當復攪操作完成并提升到地面之后，便可關閉樁機、移動位置，準備下一樁點的作業。

3強夯法地基處理技術

強夯法對軟土地基的處理能夠有效提高地基的承載力。強夯法是指利用重錘夯擊土層，使軟土層迅速達到固結目標。強夯法通常利用起吊設備，將具有一定重量的重錘提升到一定高度，然后使其下落，利用重錘強大的沖擊力將土層夯實。強夯法通常用于砂性土、非飽和粘性土以及雜填土的路基工程中。強夯法具有良好的加固效果，且適用的土類較廣。這種方法采用的設備比較簡單、施工也比較方便，可以有效減少施工費用、縮短工期。所以在一些市政道路工程中應用也較為廣泛。目前，通過施工經驗來看，強夯法除了不適用于厚層淤泥質和淤泥土層外，對于其它類型的軟土應用效果均比較明顯。另外，強夯法的處理效果，通常會受到地基土的含水量以及土粒的孔隙比影響。

4擠淤法地基處理技術

拋石擠淤法適用于常年積水的洼地。由于洼地等軟土地基的排水施工比較困難，且表面土通常為流動狀態，采用片石擠淤的方法，能夠使片石沉在淤積層的底部。采用拋石擠淤法處理軟土地基時，片石的粒徑應該大于30cm。施工時，應該先從路堤的中部開始，先向前突進，然后再逐漸向兩側展開，進而將淤泥從兩側排擠出，在片石拋出水面以后，需要采用重型的壓路機進行碾壓直至密實，并在上面鋪設一層反濾層，最后進行填土壓實。如果需要可先將原來的淤泥層挖除一定深度，留有一定的淤泥層，再進行拋石擠淤施工。這種方法最好進行一年的自然碾壓，使其沉降穩固，然后再進行路面施工。

5墊層換土法地基處理技術

對于路堤不高，土層較薄且兩面的排水能力較強的軟土地基，可以采用墊層施工技術和置換填土的處理技術。此類施工技術能夠在填土與基底土層之間形成一個排水層。當軟土地基受到負載作用時，能夠迅速將軟土地基中的孔隙水排除路基以外，從而加快了軟土的固結速度，使其壓縮性降低，承受力提高。墊層法是一種淺層的地基處理技術，這種技術包括加筋碎石墊層技術、換土加筋墊層技術以及換土墊層法。墊層法通常是采用機械或者人工將路基中的軟土挖除，并換填上強度較高的砂礫、卵石或者粘性土等材料。在市政道路工程中，如果換填的深度超過1米，則應該每隔0.5米設置一層土工布或者土工布格柵，使墊層換填法的效果更加明顯。采用墊層法處理的軟土地基，可有效的將上部荷載傳遞并擴散到下承層，從而使上層路基的承載力達到要求，不但可以有效減少路基的沉降量，也提高了地基的固結速度和強度，同時，還可以提高路基的排水能力，防止了凍脹問題的發生，使路基的不均勻沉降得到有效控制。

6排水固結法地基處理技術

排水固結技術通常應用在有機質粘土地基、飽和粘土地基的施工處理中。排水固結技術的排水系統通常由豎向排水體和水平排水砂墊層組成，這種技術能夠加速軟土地基的固結進程，縮短地基孔隙水的排水距離，進而改變了原來地基的排水邊界條件。當土層的滲透性能較好或者軟土的厚度較低且接近地表時，只需要在地面鋪設一層砂墊層即可，可以不設置豎向排水結構。砂墊層的厚度通常在50cm左右，可采用粗砂或者中砂來作為墊層材料，水平的砂墊層應該比路基兩邊寬出1m以上，并且保證排水的通暢；對于豎向排水結構，可采用塑料排水板或者袋裝的砂井。水平砂墊層與豎向排水結構應該相互連通，施工前需要先鋪設一層厚砂墊層，并設好橫坡，然后再進行豎向排水體的施工。

7結論

在市政道路工程中，路基工程是其中的關鍵環節。目前對軟弱土地基的處理方法也比較多。尤其是近年來，工程技術的不斷發展，也帶動了軟土地基處理技術的不斷提升。但是在處理軟土地基時，我們一定要結合工程實際，采用具有針對性的、科學、有效的技術方法來加以施用。進而保證整個市政道路工程的順利進行。

市政道路工程軟土地基處理技術研究:淺談市政道路工程中軟土地基處理技術

【摘要】隨著經濟的發展，市政道路建設日新月異。在道路工程建設中，強夯法作為軟弱地基處理方法之一被廣泛采用，本文是作者結合工程實踐，對該市政道路工程軟弱地基強夯法處理應用的相關問題，進行了簡要的闡述和分析。

【關鍵詞】市政工程；道路；強夯法；軟基處理；動力固結

1 前言

在市政道路工程建設中，采用的強夯法又名動力固結法或動力壓實法，這種方法是反復將重錘(10～40t)提到高處使其自由落下(落距一般為lO～4Om)給地基以沖擊和振動，從而提高地基的強度并降低其壓縮性，還能改善其抗震動液化的能力和消除土的濕陷性。它實用于多種土性地基，如碎石土、砂土、低飽和度的粉土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等，具有效果明顯、經濟易行、設備簡單、節約三材等優點。但對于飽和軟黏土，由于其含水量高、滲透性差，當受到強烈沖擊時，不能迅速排水，因而孔隙水壓力上升快，消散慢，使坑周土體強度降低，因此，一般認為軟黏土地基不宜采用強夯法處理加固。但近年來強夯加固軟土地基理論和實踐發展很快，積累了不少經驗，在很多工程中取得了良好的效果，其中有強夯結合袋裝砂井綜合處理法、強夯置換法處理軟土地基等新措施，本文就工程實例探討了強夯結合袋裝砂井在處理飽和軟黏土的應用情況。

2 工程概況

2.1 地質概況

該區地貌屬于江河口沖積平原，局部分布少量殘丘。地下水為孔隙潛水，與河水互為補給，水位1．0～3．0 m，受潮汐影響。地層自上而下為：①人工填土，色雜、松散一稍密，厚度1．0～2．Om；②海陸交互相沉積層(軟土層)，為淤泥，淤泥質粉質黏土，夾淤泥質細砂，灰黑色，飽和，流塑，松散，該層層底埋深3～15 m左右；③沖積層，雜色，花斑狀粉質黏土，可塑，灰黑色淤泥質粉質黏土，飽和、流塑及灰黑色中砂層，飽和、松散一稍密，厚約0～8 m；④殘積層，為黃一灰黃色砂質黏性土、硬塑為主，為花崗巖殘積土，厚約0 ～6 m。

2.2 軟土層物理力學指標

天然含水量wo=73．2％ ，液性指數lL =1．66，塑性指數lp=24．8，孔隙比eo=2、0.3，壓縮系數a=2．247 Mpa-1，豎直向固結系數Cv =0．792×10-3 cm2／s，水平向固結系數Ch=5．019×10-3 cm2／s，內摩擦角ψ=6．4ο，凝聚力c=6．2kPa，容許承載力[QO] =40 kPa。

根據估算，在不作軟基處理情況下路基極限填土高=1．86 m左右。

2.3 質量、工期要求

由于該地區軟土屬高含水量、低強度、高壓塑性的超軟弱黏土，根據路基軟基穩定控制、工后沉降控制、路面結構的基底強度要求必須對軟基采取處理。而道路的施工期只有8個月，軟基的實際預壓時間只有5個月左右。所以采用的軟基處理方案需滿足該工程特點要求。

3 設計

3.1 方案論證

常用的軟土路基處理方法有清淤換填、袋裝砂井(插塑板)、強夯法、真空預壓、碎石樁、攪拌樁、CFG樁等多種。

袋裝砂井(插塑板)加預壓排水固結方法需預壓，一般固結的時間較長(180～360 d)，工后沉降較大；同時本工程所處的位置距江邊非常近，受潮汐影響水位變化大，由于微薄砂層的存在，與附近河水水力聯系密切，排水固結效果不甚明顯。特別是有些地段地層上部分布雜填土(如原已填魚塘地段)，地基采用此方法處理困難。對橋頭路堤，由于填土相對較高，工后沉降要求不大于0．1 m，可采用復合地基處理。對于軟土厚度小于15 m的橋頭路基采用水泥攪拌樁，大于15 m的地段采用CFG樁處理。該處理方法效果好，亦不需預壓，但工程造價較高，不能廣泛采用。袋裝砂井(插塑板)加強夯法：它通過設置豎向排水體系(袋裝砂井)，并結合靜荷載(填土堆載)和動荷載(強夯夯擊能)，使得地基土在較短時間內完成大部分固結沉降，減少工后沉降并迅速提高承載力；此外，還可通過對地基的預震作用，有效地消除砂土液化、基坑開挖涌砂現象；有利于地下管線的開挖埋設。

本工程中，我們通過對不同處理方法的對比，并結合周邊已建工程的實例及效果，對于軟土埋深小于8 m的地段，我們采用動力固結(強夯加袋裝砂井)作為一般軟土路基的處理方法之一。對于上部分布雜填土軟基，則單純采用強夯法處理。

3.2 作用原理

強夯法加固非飽和土的過程，就是土中的氣相被擠出的過程。而對飽和土，傳統的固結理論認為，在快速加荷條件下，孔隙水無法瞬間排出，所以是不可壓縮的，但無法解釋飽和土在強夯后產生的明顯較大沉降。L?梅耶動力固結理論認為：

3.2.1 強夯中土的滲透系數是隨時間變化的；

3.2.2 強夯中飽和土孔隙水具有壓縮性；

3.2.3 強夯中飽和土有局部液化現象；

3.2.4 強夯中飽和土有觸變現象。

所以在重復夯擊作用下土體中產生裂紋，土中部分吸附水變成自由水．隨著孔隙水壓力的消散，土的抗剪強度和變形模量不斷增長。單純的強夯由于豎向裂縫的產生并非規則的和連續貫通的，因而在孔隙水和氣體排除過程中并非很暢通，這就造成在施工過程中孔隙水壓力消散緩慢，從而影響到加固的效果和施工進度，效果不佳。采用排水固結法結合強夯，當土體受到沖擊荷載時，土中孔隙水壓力增加，孔隙水可滲透到袋裝砂井中，沿袋裝砂井直接排到地表，這樣縮短了排水距離，加速了孔隙水壓力的消散過程和地基沉降的發展，而達到加固的目的。

3.3 設計參數

到目前為止，強夯法還沒有一套成熟和完善的理論和設計計算方法，只能通過試夯的方法確定施工參數。試夯區面積不應小于20 m×40 m，對不同地質條件，至少進行一處試夯，通過試夯確定施工參數，如夯錘重量、夯錘落距、單點總夯擊能、夯點距離、間歇時間、夯擊遍數及有效加固深度等。

4 效果檢測

測試應在孔隙水壓力消散后進行，一般應在強夯結束一定時間后進行檢驗。試驗點應分別取在夯點及夯點間，常用的方法有靜力觸探和動力觸探、荷載試驗、波速試驗等。

從圖2可以看出，孔隙水壓力一般在一個星期內基本消散完畢，設置的排水措施使其達到原設計參數條件要求，起到了不錯的效果。避免了由于孔隙水壓力消散慢，導致土體液化出現“橡皮土”的現象。

從圖(3)可以看出，本工程的加固深度一般在I2 m以內，但處理效果明顯的只在表層8 in以內，主要是由于現場沒有高能量的強夯設備，夯擊

能量參數沒達到4 000 kN?m設計要求，所以有效加固深度沒有達到設計預計效果。根據現場的實際情況，及時對設計措施進行了調整，對軟土分布深度在8 m以上的地段采取了復合地基、真空預壓等其他處理措施。

由表2看出，強夯處理能短時間內完成加固深度內的沉降，有效減少后期沉降的影響。

5 強夯法處理飽和軟黏土應用中幾個問題的探討

5.1 動力固結理論未完全成熟。土體的沉降主要是動力固結、側向變形、上部一部分土體發生超固結等組成。目前強夯法的施工沉降主要靠試夯得出，如何根據理論計算也是今后待解決的問題。

5.2 軟黏土地基強夯必須關注如何降低孔隙水壓和增大有效深度。然而兩者有所矛盾，增加加固深度，要求增加能量，而增加能量，按常規工藝會增大孔壓。當前軟黏土地基強夯處理效果不佳的原因有三個方面：一是由于夯擊能量不足，有效加固深度不夠，下部土體未完成固結沉降；二是由于強夯使上部軟黏土結構性破壞，不僅降低了強度，還大幅度降低了滲透性；三是當前規定的強夯工藝不適應軟黏土地基強夯特點，導致地基中孔隙水壓力居高不下而形成“橡皮土”。針對上述原因，采取了適應強夯加固的有效排水系統，采用了適應軟黏土地基的“先輕后重、逐級加能、少擊多遍、逐層加固” 的夯擊方式，確立了以不破壞土體宏觀結構為原則的收錘標準，形成了能夠有效抑制孔壓上升，加速孔壓消散，防止土體液化，增強強夯效果，降低能耗的一整套強夯新工藝。

5.3 強夯法宜用于軟基處理要求施工期短缺少預壓時間、或者缺少預壓荷載、軟土層較淺、寬大場地排水不易等情況，特別是在上覆雜填土或大塊石的地基。對于一般在正常條件下處理的軟基，強夯法由于同樣需要結合砂井及墊層，所以處理費用比普通填土預壓措施要貴，但它比復合地基便宜，施工也方便。