1、引言
廣東地處祖國(guó)南大門改革開放的前沿，自1989年我省第一條廣佛高速公路通車以來，目前廣東省高速公路通車?yán)锍桃延?00km，“九五”計(jì)劃通畫達(dá)1100km.而高速公路的建設(shè)不可避免地要涉及到對(duì)軟土基處理。對(duì)設(shè)計(jì)人員來說，要做到恰當(dāng)?shù)剡x用軟土地基處理方法，則必須對(duì)所要處理的軟土地基的特征、物理力學(xué)性質(zhì)有全面、熟悉的掌握。筆者結(jié)合近幾年來參加高速公路軟土地基勘察和設(shè)計(jì)的體會(huì)，結(jié)合有關(guān)資料，淺談珠江三角洲高速公路軟土特征及常見處理方法。
2、軟土的概念
軟土一般是指天然含水量大、壓縮性高、承載力低的一種軟塑狀態(tài)的粘性土。它一般是在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物、化學(xué)作用形成的。但含水量多少才謂之高、承載力多少才謂之低，目前尚沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。比如，日本采用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、荷蘭式貫入指數(shù)等三項(xiàng)指標(biāo)來劃分軟土。德國(guó)則用“很容易搓捏的土”來劃分軟土。在國(guó)內(nèi)，鐵道部建議以天然含水量接近或大于液限、孔隙比大于1、壓縮模量小于4000kPa、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)小于2擊，靜力觸探結(jié)入阻力小于700kPa、不排水強(qiáng)度小于25kPa等6項(xiàng)指標(biāo)來劃分軟土；建設(shè)部頒《軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JGJ83-91）規(guī)定，凡符合外觀以灰色為主的細(xì)粘土、天然含水量大于等液限、天然孔隙比大于等于1等3項(xiàng)指標(biāo)來劃分軟土；交通部《公路土載試驗(yàn)規(guī)范》（JTJ051-85）則以天然含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)、飽和度和內(nèi)摩擦角等5項(xiàng)指標(biāo)來劃分軟土。從上述部門的規(guī)定或規(guī)范可以看出建設(shè)部頒規(guī)范比較簡(jiǎn)單，使用起來不方便。為了有個(gè)統(tǒng)一簡(jiǎn)便的判別標(biāo)準(zhǔn)，交通部最近頒布《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ017-96），在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，軟土的劃分標(biāo)準(zhǔn)采用天然含水量大于等于35%或液限、天然孔隙比大于等于1.0、十字板剪切強(qiáng)度小于35kPa等3項(xiàng)指標(biāo)。凡符合以上3項(xiàng)指標(biāo)的粘性土均為軟土。珠江三角洲地區(qū)軟土一般指淤泥、淤泥質(zhì)土。淤泥和淤泥質(zhì)土。淤泥和淤泥質(zhì)土的定量劃分指標(biāo)為：當(dāng)土的天然孔隙比大于1.5時(shí)，為淤泥；天然孔隙比1小于等于e小于等于1.5時(shí)為淤泥質(zhì)土。
3、軟土的成因和性質(zhì)
3.1、軟土的成因
珠江三角洲地區(qū)為典型的平原地貌，其間偶有個(gè)別殘丘點(diǎn)綴。它地勢(shì)平坦開闊，區(qū)內(nèi)河渠縱橫交錯(cuò)，水網(wǎng)密布，大小河流蜿蜒曲折，河水受潮水頂托明顯。由于河流沖積和海潮的進(jìn)退作用，在該區(qū)廣泛沉積了厚層的海陸交互相軟土。該區(qū)軟土層一般惡化有薄層粉細(xì)砂層。砂層厚薄不一。層次有多有少，具有一定水平層理。軟土為淤泥和淤泥質(zhì)土，一般分布于地表硬殼層之下，大部分地區(qū)分布一層軟土，局部分布有兩層軟土，其下臥層多為砂層，少數(shù)為粘土層。軟土層平均厚度4-6m，局部厚逾15m，基底為第三系紅色巖系軟質(zhì)巖。軟土的主要礦物為粘土礦物的高嶺土和伊利石。由于粘土堆礦物具有較強(qiáng)的親水性和表面活動(dòng)性。同時(shí)高嶺土和伊利石礦物多為片狀，沉積時(shí)多呈片堆組構(gòu)，形成土的絮狀結(jié)構(gòu)。
3.1、軟土的性質(zhì)
珠江三角洲軟土一般具有下列性質(zhì)：
（1）較高的含水量。根據(jù)佛開高速公路軟土資料統(tǒng)計(jì)，淤泥質(zhì)土的天然含水量平均值48%，淤泥的天然含水量平均值76%，少數(shù)100%以上，因此土體一般均呈流塑狀。
（2）天然孔隙比大。據(jù)佛開高速公路軟土統(tǒng)計(jì)資料，淤泥質(zhì)土的天然孔隙比=1.25，淤泥的天然孔隙比=1.8，少數(shù)大于2.0
（3）壓縮性高。軟土的天然孔隙比大決定了壓縮性必然高。據(jù)佛開高速公路軟土統(tǒng)計(jì)資料，淤泥的壓縮系數(shù)=1.34MPa-1，淤泥質(zhì)土的壓縮系數(shù)=0.73MPa-1，均屬高壓縮性土。據(jù)有關(guān)資料，佛開高速公路填土后，路基沉降量1m左右。
（4）凝聚力小。淤泥質(zhì)土快剪凝聚力平均值12.4kPa，淤泥快剪凝聚力平均值9.1kPa.因此土體抵抗剪切變形能力差。在施工中經(jīng)常遇到路堤填土到一定高度出現(xiàn)滑塌，從而造成路堤失穩(wěn)。
（5）固結(jié)系數(shù)小。據(jù)佛開高速公路軟土統(tǒng)計(jì)資料，固結(jié)系數(shù)一般在4.0*1/1000平方厘米/s左右，這就意味著土體完成固結(jié)沉降所需的時(shí)間較長(zhǎng)，這對(duì)施工工期影響較大。
4、軟土處理方法
軟土地基的處理方法較多，目前珠江三角洲高速公路軟土地基的常見處理方法主要有以下幾種。
4.1、堆載預(yù)壓法
該法是在工程建設(shè)之前用大于或等于設(shè)計(jì)荷載的填土荷載，促使地基提前固結(jié)沉降以提高地基的強(qiáng)度。當(dāng)強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求數(shù)值后，缺陷去荷載，修筑公路路面。經(jīng)過堆壓預(yù)處理后，地基一般不會(huì)再產(chǎn)生大的固結(jié)沉降。堆載物一般用填土或砂石等散粒材料。施工填筑時(shí)采用分層分級(jí)施加荷載，從而控制加荷速率、避免地基發(fā)生破壞，達(dá)到地基強(qiáng)度慢慢提高的效果。該法施工簡(jiǎn)單，不需要特殊的施工機(jī)械和材料，但軟土的排水固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，因此工期一般較長(zhǎng)。公路工程上常先期對(duì)路基進(jìn)行堆載預(yù)壓，再利用修筑橋梁的時(shí)間使其慢慢固結(jié)。如施工時(shí)間允許，可單位使用；如工期緊，可結(jié)合其它方法一起使用。佛開高速公路在軟土厚度大于13m時(shí)，均采用超載預(yù)壓，以減少固結(jié)沉降，超載預(yù)壓高分0.3m和0.6m兩級(jí)。
4.2、反壓護(hù)道法
該法是指在公路主路堤兩側(cè)，填筑一定寬度和高度的護(hù)道，以期達(dá)到路堤穩(wěn)定的一種方法，它主要是起抗滑的平衡作用，使得抗滑彎矩能克服滑動(dòng)彎矩。其設(shè)計(jì)一般采用“費(fèi)蘭紐斯法”找出最危險(xiǎn)的圓弧，再用分條法進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。反壓護(hù)道的寬度一般是滑動(dòng)弧終點(diǎn)達(dá)到哪里就壓到哪里。其高度一般為路堤填土高度的1/3-1/2.這種方法處理軟土地基，對(duì)解決路基穩(wěn)定是有效的。該法不需控制填土速率，可以機(jī)械化快速完成路基填筑，但利用該法處理地基，土方量大、占用土地多，且沉降期長(zhǎng)。珠江三角洲地區(qū)土地資源有限，公路建設(shè)要盡量少占土地。因此，在公路工程中，該法一般不大面積使用，多數(shù)是
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在橋臺(tái)高填土寺段局部少量使用。如佛開高速公路潭州大橋、張槎跨線橋等橋梁工程橋臺(tái)前幾十m小范圍內(nèi)使用該法。采用音級(jí)形式，邊坡1：2，最寬為18m，高2.0-2.5m.
4.3、袋裝砂井排水法
袋裝砂井排水法是在普通砂井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種軟土地基處理方法，它是普通砂井的發(fā)展和提高。相對(duì)于普通砂井，此法用砂量少、施工方便、快捷。它的布置一般采用梅花形。理論和實(shí)踐表明，袋裝砂井的間距是影響固結(jié)速率最重要的因素之一。在附加荷載一定的條件下，井距愈小，固結(jié)愈快，井距愈大，固結(jié)愈慢。所以，在用袋裝砂井處理軟土地基時(shí)，原則上采用“細(xì)而密”的方案。由于施工機(jī)械的影響，井距也不宜太小。井距太小，易使砂井周圍的土受到擾動(dòng)，地基土強(qiáng)度受到一定程度的削弱，并增加一定數(shù)量的沉降，而且還會(huì)使土固結(jié)系數(shù)降低，一般袋裝砂井的間距以1.0-1.5m為宜。當(dāng)然具體工程要根據(jù)軟土的特征和施工期限的要求，計(jì)算確定。目前，袋裝砂井排水法在公路工程中應(yīng)用得最廣泛的一種方法。這種方法一般不單獨(dú)使用，往往結(jié)合砂墊層、土工布、堆載預(yù)壓或其它方法一起使用，效果更好。廣佛高速公路大部分軟土地段采用袋裝砂井排水法結(jié)合超載預(yù)壓，砂井間距1.0-1.5m.通過3個(gè)斷面現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，預(yù)壓4個(gè)月，主固結(jié)沉降量已基本完成，通車后的沉降量?jī)H0.8-2.6cm.這說明用袋裝砂井排水處理軟土地基效果較好。對(duì)于砂源豐富的地區(qū)，使用袋裝砂井法處理軟土地基，易于保證質(zhì)量，費(fèi)用也較低。
4.4、塑料排水板法
該法與袋裝砂井的作用原理相同，設(shè)計(jì)方法也基本相同，只是所用材料不一樣而已。目前國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的多為寬10mm，厚4mm的帶狀有橫槽的塑料板，其外包有土工布。塑料排水板的施工文教袋裝砂井基本相同。與袋裝砂井比較，塑料排水板具有施工速度較快，效率高，施工機(jī)械輕便，對(duì)軟土地基的擾動(dòng)較小，可工廠化生產(chǎn)，抗折能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)沈大高速公路軟土地基處理資料，塑料排水板相對(duì)于袋裝砂井可節(jié)約16%的費(fèi)用。因此近年來在軟土地基中得到廣泛應(yīng)用。但由于國(guó)內(nèi)廠家一哄而上，造成塑料排水板產(chǎn)品供過于求，產(chǎn)品質(zhì)量不能保證，影響了其對(duì)軟土地基處理的效果，使其發(fā)展受到了一定限制。該法可單獨(dú)使用，但一般是結(jié)合砂墊層或其它方法一起使用。佛開高速公路大部分軟土地段采用塑料排板法進(jìn)行處理，其平面布置呈正三角形，間距1.0-1.5m，長(zhǎng)度根據(jù)軟土厚度具體確定，一般以打穿軟土層為原則，樁長(zhǎng)5-17m.
4.5、噴粉樁法
噴粉樁法的正式名稱為粉體深層噴粉攪拌法，是膠結(jié)法處理軟土地基的一種。它利用水泥或石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，就地在軟土中利用壓縮空氣噴射石灰或水泥干粉，與軟土強(qiáng)行攪拌，利用固化劑與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟土固結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的地基，以達(dá)到提高地基承載力、減少地基沉降量的目的。其地基應(yīng)視為復(fù)合地基，樁土共同承擔(dān)應(yīng)力。它具有施工速度快，設(shè)備輕便，便于移動(dòng)，方法容易掌握，處理深度較大等優(yōu)點(diǎn)，具工后沉降較小，排水固結(jié)時(shí)間短，尤其可較好地解決橋頭跳車現(xiàn)象。八十年代末該法在廣州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)試用，取得了較好效果。之后在高速公路軟土地基處理中推廣應(yīng)用。佛開高速公路部分路段采用了這種方法。噴粉樁徑一般用60cm，樁間距1.5-2.5m，深度一般穿透軟土地基，當(dāng)軟土厚度大時(shí)，樁長(zhǎng)控制在15m以內(nèi)。用該法處理軟土地基，大大縮短了軟土地基處理時(shí)間，為佛開高速公路的早日通車創(chuàng)造了條件。通過對(duì)噴粉樁進(jìn)行抽芯、抗壓及靜載試驗(yàn)，表明噴粉樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量是令人滿意的。
5、結(jié)語
各種地基處理方法都有它的適用范圍、局限性和優(yōu)缺點(diǎn)。加之具體工程情況復(fù)雜、工程地質(zhì)條件千變?nèi)f化、各個(gè)工程間地基條件差別很大，具體工程對(duì)地基的要求也不同。而且機(jī)具材料等條件也會(huì)因工作部門不同、地區(qū)不同而有較大的差別。因此，對(duì)每一個(gè)工程都要進(jìn)行具體細(xì)致分析，應(yīng)從地基條件、處理要求、工程費(fèi)用以及材料、機(jī)具來源等各方面進(jìn)行綜合考慮，以確定合適的地基處理方法。在確定地基處理方法時(shí)，可根據(jù)工程具體情況，對(duì)幾種地基處理方法進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及施工進(jìn)度等比較。通過比較分析可以采用一種地基處理方法時(shí)，還要由兩種或兩種以上的地基處理方法組成的綜合處理方案。同時(shí)在確定地基處理方法時(shí)，還要注意節(jié)約能源。注意環(huán)境保護(hù)，避免因?yàn)榈鼗幚韺?duì)地面水和地下水產(chǎn)生污染，振動(dòng)噪音對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響等。
要做好軟土地基的處理，首先要搞好前期勘察設(shè)計(jì)工作。根據(jù)軟土特征和物理力學(xué)指標(biāo)，通過比較分析，選取合適的軟土地基處理方法。筆者在此想強(qiáng)調(diào)的是在做好前期地質(zhì)工作的同時(shí)，要注意做好施工地質(zhì)工作。在前期地質(zhì)工作中，由于種勘察技術(shù)水平及其局限性，期望在勘察階段完全查明軟土的地質(zhì)特征是十分困難的，加之經(jīng)濟(jì)、時(shí)間的因素，勘察階段是不可能布置太大的工作量。公路有關(guān)規(guī)范規(guī)定軟土路基路段每km一般布置2-4個(gè)勘探點(diǎn)，這只能保證基本上查明軟土特征，而要完全查明軟土特征，就應(yīng)相應(yīng)地做好施工地質(zhì)工作。國(guó)內(nèi)部分高速公路在規(guī)模施工前先期修筑試驗(yàn)段，也正是體現(xiàn)這種思想。另外，軟土地基處理在施工過程中和施工后需做好監(jiān)測(cè)工作。因?yàn)檐浲恋鼗幚矸椒ê图庸绦Ч⒉皇鞘┕そY(jié)合后就能全部發(fā)揮。一般來說，施工完成后還需要經(jīng)過一段時(shí)間才能逐步體現(xiàn)和加固地基的要求。另一方面，地基處理大都是隱蔽工程，很難直接檢驗(yàn)其加固效果。通過監(jiān)測(cè)既可檢查地基的處理效果，又可總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，供以后的工作借鑒使用。
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