刘新国
中铁武汉勘察设计研究院有限公司 湖北 武汉 430074
【摘 要】软土地基是影响路基工程稳定性关键因素，许多道路病害是由软土地基原因引起的，软土地基处理是路基工程重要的工程技术。目前软土地基处理的方法有很多，需根据软土地基地质特征选取不同的处理方式，或多种处理方法共同作用。软土路基是影响工程质量和安全的重要因素之一。本文从软土地基处理的常用方法入手，详细介绍了各种处理方法的适用性、优缺点，为路基软土地基处理设计提供了一定参考价值。
【关键词】路基、软土地基、处理、方法、特点
一、软土地基特性
软土地基主要由黏土和粉土等细微颗粒含量多的松软土，孔隙大有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成，多数含有一定的有机物质。软土地基天然含水量在40%～70%之间，有的大于70%，孔隙比﹥1.0，天然容量在15～18KN/m3之间。其特点具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质差异较大。软土地基承载力低、强度增长缓慢，加载后已变形且不均匀，变形速率大且稳定时间长，软土地基处理不当会引起路基不均匀沉降、位移、失稳、倾斜、塌陷等多种病害。
二、软土地基处理常用方法
路基的稳定性对于铁路安全运营起着关键性的作用，软土地基又是影响路基稳定性的关键因素。软土地基处理的好坏直接影响到路基的稳定性和承载能力。目前，路基软土地基处理常用的方法有换填垫层法、深层密实法、排水固结法、化学加固法、加固路基法、其他加固方法等几大类。选择软土地基处理的方法应根据软土、淤泥的物理学性质、埋层深度、路堤高度、材料场地情况、道路等级等因素选择相应的处理措施。同时还要综合考虑处理材料获取难易程度、现场施做难易程度、施工进度要求、施工成本等多种因素。
1 换填垫层法
主要加固方法：换填、抛石挤淤、垫层等。
换填法：当软弱土层厚度不很大（3m以内）时，将路基面以下处理范围内的软弱土层挖除，换填强度较高、稳定性能好、无侵蚀性的材料(通常是渗水性好的中粗砂、砂砾、碎石等)。通过换填渗水性材料(砂砾或碎石等)，可以降低压缩性，提高承载力，提高抗剪强度，减少沉降量，改善动力特性，加速土层的排水固结。从而增强地基承载力，降低地基加载后沉降量和不均匀性，满足路基对地基的要求。换填法的经济实用深度为2～3m，适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。换填法常采用机械化作业，施工效率高。其工程造价主要取决于换填材料获取成本。
垫层法：当路堤高度小于极限高度的2倍，软土层较薄，填筑材料比较困难，或雨季施工时，采用砂砾(砂)垫层，在填土与基底之间设一排水面，从而使地基在受到填土荷载后，迅速地将地基土中的孔隙水排出，加快固结速度，提高地基的承载力，减少沉降，防止地基局部剪切变形。要注意控制填土速度，所用的材料为含泥量不大于5%的洁净中粗砂，或最大粒径小于5cm的天然级配砂砾。垫层法根据材料的不同可分为砂(砾石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层。垫层法常与其他软土地基加固方法共同使用，加快排水固结速度，增加施工效率。
抛石挤淤：当软土或沼泽土位于水下，更换土施工困难，且厚度小于3m，表层无硬壳、基底含水量超过液限、路堤自重可以挤出的软土之上，排水比较困难时，采用抛片石(直径一般不小于30cm)挤淤的方法。从中部开始抛石，逐渐向两边延伸，挤出淤泥，提高地基强度。抛石挤淤法施工方便快捷、工艺简单、不用抽水、不用挖淤、施工迅速，特别适用于软弱地基表面存在大量积水无法排除，大型施工机械无法进入的区域。对施工区域附近石料丰富，运输距离较短的情况，采用抛石挤淤法进行软基处理，可以有效节约施工成本，缩短工期。
2 深层密实法
主要加固方法：强夯法、挤密法、CFG桩密实处理法、爆破挤密法。
深层密实法是指用夯击，振动和爆破方法，对松软地基土进行密实化处理，与浅层加固处理相比，对地基土的密实化处理深度大，加固深度可达到30米。深层密实法使地基中土体密实、固结，并利用加入的具有高抗剪强度的桩体材料置换部分软弱土体中的三相(气相、液相与固相)部分，形成复合地基，达到提高抗剪强度的目的。
强夯法：将8～30吨(最重200吨)的重锤，提升至8～20米（最高40米）的高度后自由落下，对土进行夯击加固(大吨位锤的夯击处理)。对于砂土地基及含水量在一定范围内的软弱粘性土地基，可采用强夯法。它的基本原理是：土层在巨大的冲击能作用下，土中产生很大的压力和冲击波，致使土体局部压缩，夯击点周围一定深度内产生裂隙良好的排水通道，使土中的孔隙水(气)顺利排出，土体迅速固结。经强夯加固后的地基，其压缩性可降低200%～1000%；强度提高200%～500%(粘土可提高100%～300%；粉质粘土可提高400%；砂和泥炭土可提高200%～400%)。从理论上讲，在最佳夯击能作用下，地基土中出现的孔隙水压力达到土的自重压力，这样的夯击能称最佳夯击能。因此可根据孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。在砂性土中，孔隙水压力增长及消散过程仅为几分钟，因此孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加，可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数关系来确定最佳夯击能。
强夯法主要适用于加固各种填土、湿陷性黄土、碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘土、软土以及工业、生活圾圾等地基，尤其是对非饱和土加固效果显著。对于饱和土地基加固效果的好坏，关键在于排水；对于饱的粘性土或淤泥质土，由于渗透性差，土体内水排出困难，加固效果就差。
强夯法明显提高地基承载力、压缩模量，软基处理效果好。工效高，施工速度快，节省加固材料，工程造价低。但是施工噪音和振动较大，不宜在人口密集的城市内使用。强夯施工前，应查明地基处理范围内的地下构筑物和各类地下管线的位置及标高等，并采取必要的措施，以免因强夯施工造成破坏。当强夯施工所产生的振动，对邻近建筑物和设备产生有害影响时，应采取防振或隔振措施。
挤密法：通过冲击、振动或带套管等方法成孔后，再向孔内填入砂、石、灰土等材料并振实，形成密实度大，强度高的桩体的一种处理方法。按填入材料的不同，可分为砂桩、土桩、石灰桩等。由挤密法形成的桩称为挤密桩，属于柔性桩类。挤密法属于复合地基的一种，当软土层较厚，换填处理比较困难，地基土属于非饱和粘性土或砂土时，采用挤密砂桩或碎石桩加固法，可以使地基土密实，容重增加，孔隙比减少，防止砂土在地震或受震动时液化，提高地基土的抗剪强度和水平抵抗力，减少固结沉降，使地基变均匀，起到置换、挤密、排水作用，防止地基产生滑动破坏，提前完成沉降，减少沉降差。挤密砂桩、碎石桩加固法适用范围广，软基处理效果好，对周边环境影响小，施工速度较快，但施工费用较高。
CFG桩密实处理法：在碎石桩的基础上，掺入适量的粉煤灰及少量的水泥，加水拌和制成的一种具有一定胶结强度的桩体-称为。水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG桩)。是近年来发展起来的一种用来处理软土地基的新的地基处理方法，不仅使工业固体废料--粉煤灰得到有效利用，而且处理效果也不错。
爆破挤密法：将炸药埋放在地面深处，引爆后产生的高速压力波使得土的疏松结构液化，形成密实结构，达到地加固基土的目的。
3 排水固结法
主要加固方法：堆载预压法、砂井法、袋装砂井、真空预压法、电渗排水法、降水预压法、塑料排水板法。
排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井(袋装砂井或塑料排水带)等竖向排水体，然后根据建筑物本身重量进行加载，或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。排水固结法适用于处理各类淤泥、淤泥质粘土及冲填等饱和粘性土地基。软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐扩散，土的有效应力增加，并使沉降提前完成或提高沉降速度。
预压处理：分为超载预压、等载预压和欠载预压等，其施工工艺简单，但工期较长，超载预压的时间一般为6个月，通常与排水处理地基相结合使用。
袋装砂井：对于软土厚度大、路堤稳定、填土高的软土路基，采用袋装砂井，可增加软土竖直方向的排水能力，缩短水平方向的排水距离，加速软土的强度。砂袋灌入砂后，砂井可采用锤击法或振动法施工。它的施工工艺复杂，费用相对较高，所用的时间较长，可采用矩形或梅花形布桩。
塑料排水板：排水原理与袋装砂井相同，由于是工厂制作，它的质量稳定、重量轻、运输保管方便，施工工艺比较简单，投入劳力少，费用相对较低，并且渗滤吸水性好，具有一定的强度和延伸率，对土的扰动小，预压时间较长，在工程中得到广泛应用，但对于提高土层的抗剪能力不如袋装砂井。
降水预压法：即用水泵抽出地基地下水来降低地下水位，减少孔隙水压力，使有效应力增大，促进地基加固。降水预压法特别适用于饱和粉土及饱和细砂地基。
电渗排水法：即通过电渗作用可逐渐排出土中水。在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。
降水预压法和电渗排水法目前应用还比较少。
排水固结法是软土地基处理的成熟和经济措施，在软土地基处理中经常使用，常与轻质路堤、加筋路堤、反压护道等配合使用。采用塑料排水板时，设计计算中排水板的长度一般先要拟定最大值，由计算结果决定要求的实际值。当计算的排水体长度接近其下透水层时，取用时宜达到透水层，以充分发挥其作用。采用袋装砂井时，为方便施工及保证施工质量，其长度不宜太大；若根据计算确实需要很长的砂井时，可考虑用塑料排水板或类似的复合排水体代替。
排水固结法在大面积软土地基处理中经常使用，常与轻质路堤、加筋路堤、反压护道等配合使用。排水固结法适用于处理饱和和软弱土层，但对渗透性极低的泥炭土要慎重对待。排水固结法一般会进行堆载预压，其施工工期比较长。
4 化学加固法
主要加固方法：硅化法、粉喷桩、旋喷桩、注浆、水泥土搅拌法。
通过在软土地基中加入水泥或其它化学材料，进行软土地基处理的方法称为化学加固法。水泥或其它化学材料注入土体后，与土体发生化学反应，吸收和挤出土中部分水与空气形成具有较高承载力的复合地基。适用于处理砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土，也可以在处理裂隙岩体及已有构筑物地基加强中。
硅化法：用水玻璃为主的混合溶液对软土进行化学加固的方法称为硅化法，借助于电的作用进行加固称为电硅化法。它的特点是加固作用快，工期短，但造价较高，不适用于渗透系数太小的土。
旋喷桩：旋喷桩可分为粉体喷射桩、高压喷射注浆法等。对于强度低、压缩性高、排水性能较差的软土，采用灰土桩(水泥土桩、石灰土桩、二灰土桩等)与地基组成复合地基，大部分荷载由桩体承受，从而提高地基承载力，减少工后沉降。它的施工工艺比较复杂，需要配置专门的旋喷设备。利用粉喷桩施工造价较高，处理效果可靠，适用土层范围广。
水泥土搅拌法：水泥土搅拌法是以能固化的水泥浆为加固材料。通过专用的水泥浆搅拌施工机械，用压浆机压入加固土质中，并凭借钻头的叶片旋转，使水泥浆与原位软土搅拌得到充分混合。从而使软土硬结而形成具有态体性、水稳性和强度较大的地基土，以达到加固地基的目的的处理方法。水泥土搅拌法加固后的地基强度高，不需预压，可根据土的性质及设计要求，合理选择加料及配方；施工时不需要高压设备，安全可靠；无污染与振动，对环境影响不大，宜于城市施工；加快沉降速率，适用土层范围广，但施工造价较高。
5 加固路基法
主要加固方法：加筋土路基、土工聚合物、土钉墙、土层锚杆、土钉、树根桩法、柴(木)梢排法。
通过在路基中埋入高强度、大韧性的土工聚合物、拉筋、受力杆件或柴(木)梢排等方法加强路基的自身强度，增加抵抗地基变形沉降的能力。适用于软弱岩体、土体中的路堤与路堑。
加筋路基法（土工布或土工格栅法）：对于沉降量不大的路堤，高路堤填土适当采用土工布垫隔，限制了软基和路基的侧向位移，增加了侧向约束，从而降低应力水平，加强了路基刚度与稳定性，提高了路基的水平横向排水，使荷载均布。采用土工布覆盖摊铺，既提高路基刚度，也使边坡受到维护，有利于排水，增加地基稳定性。
桩架支挡法（柴木梢排）：用柴木梢扎排，铺于路基底面，以扩大其承载作用，保持路基稳定，适用于交通量不大，且柴木梢丰富的地区，高等级公路中不宜采用。
6 其它加固方法
除了上述软土路基处理方法外，比较常用的还有桩基、沉井、侧向约束法、反压护道法。桩基与沉井常用于在软土地基中建设重要构筑物(桥梁、大型涵洞等)的基础中，根据软弱土层的厚度其下承层土质情况，桩基设计可分为柱桩与摩擦桩两种。常用的桩基有钻孔桩、挖孔桩、管桩、木桩。
反压护道法：当软土和沼泽较厚，路堤高度不超过极限高度的2倍时，路堤两侧填筑适当厚度和宽度的护道，在护道附加荷载的作用下，保持地基的平衡，增加抗滑力矩，防止路堤的滑动破坏。施工时，护道尽量与路堤同时填筑，且压实度要达到90%以上。它的特点是施工工艺简单、费用较低，但施工用地增大。侧向约束与反压护道的加固机理均是限制软弱土体向旁挤出，以增加路堤的抗剪能力。侧向约束法适合软土层厚度较小，软土体面积较大的软土地基的加固。反压护道法适合软土体分布面狭窄而软土体厚度较大的软土地基的处理。
三、结语
路基中的软土地基地质特征受地理、气候、水文等影响不尽相同，软土地基处理方式多种多样，处理后要求工后沉降满足设计要求，并具有较高地强度和良好地稳定性。尤其是路基工作区，对保证路基稳定性、满足行车要求极为重要。每一种软土路基处理方法均有其针对性、适用范围以及局限性，必须根据具体条件选择符合设计要求的软土路基处理方法，才能取得理想的处治效果。对能达到处理效果的方法进行使用阶段技术可靠性、施工难易程度、工程造价、工期、对周围环境影响等方面的综合评比，确定最合理的软土路基处理方案，并不在于技术的先进与否。
【参考文献】
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