珠江三角洲高速公路軟土特征及處理方法

　　廣東地處祖國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里程已逾700km，“九五”計劃通畫達1100km.而高速公路的建設不可避免地要涉及到對軟土基處理。對設計人員來說，要做到恰當地選用軟土地基處理方法，則必須對所要處理的軟土地基的特征、物理力學性質有全面、熟悉的掌握。筆者結合近幾年來參加高速公路軟土地基勘察和設計的體會，結合有關資料，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的粘性土。它一般是在靜水或緩慢的流水環境中沉積，經生物、化學作用形成的。但含水量多少才謂之高、承載力多少才謂之低，目前尚沒有一個統一標準。比如，日本采用標準貫入擊數、無側限抗壓強度、荷蘭式貫入指數等三項指標來劃分軟土。德國則用“很容易搓捏的土”來劃分軟土。在國內，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、標準貫入擊數小于2擊，靜力觸探結入阻力小于700kPa、不排水強度小于25kPa等6項指標來劃分軟土；建設部頒《軟土地區工程地質勘察規范》（JGJ83-91）規定，凡符合外觀以灰色為主的細粘土、天然含水量大于等液限、天然孔隙比大于等于1等3項指標來劃分軟土；交通部《公路土載試驗規范》（JTJ051-85）則以天然含水量、孔隙比、壓縮系數、飽和度和內摩擦角等5項指標來劃分軟土。從上述部門的規定或規范可以看出建設部頒規范比較簡單，使用起來不方便。為了有個統一簡便的判別標準，交通部最近頒布《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》（JTJ017-96），在總結經驗的基礎上，軟土的劃分標準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、十字板剪切強度小于35kPa等3項指標。凡符合以上3項指標的粘性土均為軟土。珠江三角洲地區軟土一般指淤泥、淤泥質土。淤泥和淤泥質土。淤泥和淤泥質土的定量劃分指標為：當土的天然孔隙比大于1.5時，為淤泥；天然孔隙比1小于等于e小于等于1.5時為淤泥質土。

　　3、軟土的成因和性質

　　3.1、軟土的成因

　　珠江三角洲地區為典型的平原地貌，其間偶有個別殘丘點綴。它地勢平坦開闊，區內河渠縱橫交錯，水網密布，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退作用，在該區廣泛沉積了厚層的海陸交互相軟土。該區軟土層一般惡化有薄層粉細砂層。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土，一般分布于地表硬殼層之下，大部分地區分布一層軟土，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的親水性和表面活動性。同時高嶺土和伊利石礦物多為片狀，沉積時多呈片堆組構，形成土的絮狀結構。

　　3.1、軟土的性質

　　珠江三角洲軟土一般具有下列性質：

　?。?）較高的含水量。根據佛開高速公路軟土資料統計，淤泥質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100%以上，因此土體一般均呈流塑狀。

　?。?）天然孔隙比大。據佛開高速公路軟土統計資料，淤泥質土的天然孔隙比=1.25，淤泥的天然孔隙比=1.8，少數大于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。據佛開高速公路軟土統計資料，淤泥的壓縮系數=1.34MPa-1，淤泥質土的壓縮系數=0.73MPa-1，均屬高壓縮性土。據有關資料，佛開高速公路填土后，路基沉降量1m左右。

　?。?）凝聚力小。淤泥質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。在施工中經常遇到路堤填土到一定高度出現滑塌，從而造成路堤失穩。

　　（5）固結系數小。據佛開高速公路軟土統計資料，固結系數一般在4.0*1/1000平方厘米/s左右，這就意味著土體完成固結沉降所需的時間較長，這對施工工期影響較大。

　　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、堆載預壓法

　　該法是在工程建設之前用大于或等于設計荷載的填土荷載，促使地基提前固結沉降以提高地基的強度。當強度指標達到設計要求數值后，缺陷去荷載，修筑公路路面。經過堆壓預處理后，地基一般不會再產生大的固結沉降。堆載物一般用填土或砂石等散粒材料。施工填筑時采用分層分級施加荷載，從而控制加荷速率、避免地基發生破壞，達到地基強度慢慢提高的效果。該法施工簡單，不需要特殊的施工機械和材料，但軟土的排水固結時間較長，因此工期一般較長。公路工程上常先期對路基進行堆載預壓，再利用修筑橋梁的時間使其慢慢固結。如施工時間允許，可單位使用；如工期緊，可結合其它方法一起使用。佛開高速公路在軟土厚度大于13m時，均采用超載預壓，以減少固結沉降，超載預壓高分0.3m和0.6m兩級。

　　4.2、反壓護道法

　　該法是指在公路主路堤兩側，填筑一定寬度和高度的護道，以期達到路堤穩定的一種方法，它主要是起抗滑的平衡作用，使得抗滑彎矩能克服滑動彎矩。其設計一般采用“費蘭紐斯法”找出最危險的圓弧，再用分條法進行穩定驗算。反壓護道的寬度一般是滑動弧終點達到哪里就壓到哪里。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，對解決路基穩定是有效的。該法不需控制填土速率，可以機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。珠江三角洲地區土地資源有限，公路建設要盡量少占土地。因此，在公路工程中，該法一般不大面積使用，多數是

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　　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上發展起來的一種軟土地基處理方法，它是普通砂井的發展和提高。相對于普通砂井，此法用砂量少、施工方便、快捷。它的布置一般采用梅花形。理論和實踐表明，袋裝砂井的間距是影響固結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，固結愈快，井距愈大，固結愈慢。所以，在用袋裝砂井處理軟土地基時，原則上采用“細而密”的方案。由于施工機械的影響，井距也不宜太小。井距太小，易使砂井周圍的土受到擾動，地基土強度受到一定程度的削弱，并增加一定數量的沉降，而且還會使土固結系數降低，一般袋裝砂井的間距以1.0-1.5m為宜。當然具體工程要根據軟土的特征和施工期限的要求，計算確定。目前，袋裝砂井排水法在公路工程中應用得最廣泛的一種方法。這種方法一般不單獨使用，往往結合砂墊層、土工布、堆載預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合超載預壓，砂井間距1.0-1.5m.通過3個斷面現場觀測，預壓4個月，主固結沉降量已基本完成，通車后的沉降量僅0.8-2.6cm.這說明用袋裝砂井排水處理軟土地基效果較好。對于砂源豐富的地區，使用袋裝砂井法處理軟土地基，易于保證質量，費用也較低。

　　4.4、塑料排水板法

　　該法與袋裝砂井的作用原理相同，設計方法也基本相同，只是所用材料不一樣而已。目前國內廠家生產的多為寬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，施工機械輕便，對軟土地基的擾動較小，可工廠化生產，抗折能力較強等優點。根據沈大高速公路軟土地基處理資料，塑料排水板相對于袋裝砂井可節約16%的費用。因此近年來在軟土地基中得到廣泛應用。但由于國內廠家一哄而上，造成塑料排水板產品供過于求，產品質量不能保證，影響了其對軟土地基處理的效果，使其發展受到了一定限制。該法可單獨使用，但一般是結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行處理，其平面布置呈正三角形，間距1.0-1.5m，長度根據軟土厚度具體確定，一般以打穿軟土層為原則，樁長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，與軟土強行攪拌，利用固化劑與軟土之間所產生的一系列物理-化學反應，使軟土固結成具有整體性、水穩定性和一定強度的地基，以達到提高地基承載力、減少地基沉降量的目的。其地基應視為復合地基，樁土共同承擔應力。它具有施工速度快，設備輕便，便于移動，方法容易掌握，處理深度較大等優點，具工后沉降較小，排水固結時間短，尤其可較好地解決橋頭跳車現象。八十年代末該法在廣州經濟開發區試用，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，當軟土厚度大時，樁長控制在15m以內。用該法處理軟土地基，大大縮短了軟土地基處理時間，為佛開高速公路的早日通車創造了條件。通過對噴粉樁進行抽芯、抗壓及靜載試驗，表明噴粉樁復合地基設計、施工質量是令人滿意的。

　　5、結語

　　各種地基處理方法都有它的適用范圍、局限性和優缺點。加之具體工程情況復雜、工程地質條件千變萬化、各個工程間地基條件差別很大，具體工程對地基的要求也不同。而且機具材料等條件也會因工作部門不同、地區不同而有較大的差別。因此，對每一個工程都要進行具體細致分析，應從地基條件、處理要求、工程費用以及材料、機具來源等各方面進行綜合考慮，以確定合適的地基處理方法。在確定地基處理方法時，可根據工程具體情況，對幾種地基處理方法進行技術、經濟以及施工進度等比較。通過比較分析可以采用一種地基處理方法時，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。同時在確定地基處理方法時，還要注意節約能源。注意環境保護，避免因為地基處理對地面水和地下水產生污染，振動噪音對周圍環境產生不良影響等。

　　要做好軟土地基的處理，首先要搞好前期勘察設計工作。根據軟土特征和物理力學指標，通過比較分析，選取合適的軟土地基處理方法。筆者在此想強調的是在做好前期地質工作的同時，要注意做好施工地質工作。在前期地質工作中，由于種勘察技術水平及其局限性，期望在勘察階段完全查明軟土的地質特征是十分困難的，加之經濟、時間的因素，勘察階段是不可能布置太大的工作量。公路有關規范規定軟土路基路段每km一般布置2-4個勘探點，這只能保證基本上查明軟土特征，而要完全查明軟土特征，就應相應地做好施工地質工作。國內部分高速公路在規模施工前先期修筑試驗段，也正是體現這種思想。另外，軟土地基處理在施工過程中和施工后需做好監測工作。因為軟土地基處理方法和加固效果并不是施工結合后就能全部發揮。一般來說，施工完成后還需要經過一段時間才能逐步體現和加固地基的要求。另一方面，地基處理大都是隱蔽工程，很難直接檢驗其加固效果。通過監測既可檢查地基的處理效果，又可總結經驗，供以后的工作借鑒使用。

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