道路软基处理

道路软基处理

软土地基的处理需考虑其成因、厚度及具体位置，通常可以采取表层处理、置换、加载以及竖向排水等四种技术手段。本文详细阐述了这四种处理方法的设计理念以及在使用过程中需要注意的各个环节。

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对道路的软基进行整治应尽量提前开展，确保留有充足的间歇期，待软基沉降稳定后，方可启动填土作业。以下将详细阐述软基处理的四种技术手段：

1　表层处理法

在地表面极为脆弱的场合，我们采用表层处理技术。这种方法涉及排水、铺设或增加特定材料，旨在增强地表的承载能力，避免地基出现局部剪切变形，确保施工机械能够正常工作；此外，它还力求将填土的荷载均匀地分散到地基之中。此类处理方式包括表层排水技术、砂垫层技术、材料铺设技术、添加剂技术等多种方法。

1.1　表层排水法

在施工前，需对质地优良但含水量较高的软土地基进行处理，通过地表开挖沟槽，排除地表积水，并减少地基表层的水分含量，确保施工机械能够顺利通行。此外软土地基，为了使开挖的沟槽在施工过程中发挥盲沟的作用，应使用透水性强的砂砾或碎石进行回填。

设计、施工注意事项

沟槽的设置需充分考虑地形坡度的自然排水条件；在填土沉降过程中，需关注坡度变化；同时，需防止四周挖方部位的地表水和渗透水渗入填土；此外，沟槽的间隔应尽可能缩小，以增强排水效能；即便部分沟槽被切断，也不会影响整体的排水效果。

沟槽的构造通常采用宽度为0.5米的尺寸，深度在0.5至1.0米之间。在填土之前，需在沟槽内使用透水性优良的砂（砂砾）进行回填，形成盲沟。纵向盲沟通常沿着道路的纵向或中央纵向进行开挖，而横向盲沟则一般每隔10至15米进行布置。若沟槽内需埋设多孔排水管，则必须采用优质的反滤层进行保护。

1.2　砂垫层法

当地基上方的软土层非常薄且含有较多水分时，需在软土地基上铺设一层厚度在0.5至1.2米左右的砂垫层。这一措施有助于加固软土层，让砂垫层充当上部的排水层；此外，砂垫层还能作为填土中的地下排水系统，有效降低填土中的水位；同时，这也为施工机械提供了顺畅的通行环境，便于进行填土和地基处理工作。

若实施机械施工，在决定砂垫层的厚度时，需综合考虑机械的载重、轮胎与地面的接触压力、偏心状态以及软土地基表面的强度等因素。具体的标准厚度可参考表1。

在软土地基之上，若仅依赖砂垫层来保障重型施工设备的顺利通行，往往需要铺设较厚的砂垫层，这样的做法成本较高，不够经济实惠。因此，通常会选择与表层排水措施或敷设特殊材料等方法相结合。

填土区域广阔，且排水路径较长，预计地下水渗漏点较多。若仅使用山砂作为砂垫层，难以达到理想的排水效果。因此，需要设置盲沟，并确保砂垫层内的排水距离尽可能短，不宜过长。

在砂垫层施工过程中，必须设置样板进行指导。摊铺作业通常由自卸汽车和推土机协同完成。务必确保铺层均匀且一致。若使用透水性不佳的粉土作为填充材料，那么当砂垫层被土覆盖后，可能会影响侧向排水。因此，必须对砂垫层的末端进行妥善处理。

1.3　敷垫材料法

地基土层的不均匀性可能导致局部沉降及侧向位移，而通过使用铺设的材料所具备的抗剪和抗拉性能，可以有效提升施工机械的通过性，同时均匀地分散填土荷载，降低地基的局部沉降和侧向位移，从而增强地基的承载能力。

敷垫材料主要包括化纤无纺布、土工布以及玻璃纤维格栅等，这些材料在业界得到了广泛的应用。

设计、施工注意事项

在施工过程中，必须关注地基表面的承受能力、施工设备的重量，还有填土的荷载大小及宽度等因素，以此为基础，选择恰当的敷垫材料。

当施工机械穿越该区域时，会在局部区域引发显著的拉伸和压缩力，因此必须进行特别的加固处理。

敷垫材料需超出填土边沿，其末端需嵌入填土之中，并需用填土进行压实处理。

在特别柔软的地基上施工第一层填土时，可以采用将手摇传送带放置在干筏上进行撒铺，此外，有时也会运用皮带抛射式撒砂机来完成撒铺工作。

首次铺设的厚度需尽量保持稀薄，同时应选用具有良好透水性的河砂作为铺设材料。若含有砾石，需特别注意防止其对敷垫物造成损害。

1.4　添加剂法

当表层为粘性土时，向该层粘性土中注入添加剂，这有助于提升地基的压缩性能和强度特性，确保施工机械能够顺利行驶。此外，这种方法还能有效增强填土的稳定性以及固结效果。

通常在添加材料时，我们采用的是生石灰、熟石灰以及水泥。这些石灰类添加材料，既可以现场拌和，也可以在工厂拌和，它们不仅能有效降低土壤的水分含量，还能形成团粒结构。随着时间的流逝，这些材料还会对土壤产生化学性固结作用，导致粘土成分发生根本性的变化，进而增强土体的稳定性。

设计、施工注意事项

在评估生石灰的消解程度时，需注意其消解过程中体积的增大，若在此阶段进行碾压，将无法达到理想的消解效果。故而在固结阶段软土地基，必须关注发热温度的变化，并精确判断消解何时完成。

确定添加材料的比例安排，需考虑土壤特性、施工技术以及试验配比结果。通常情况下，改良土、石灰土以及水泥稳定土是较为普遍的选择。改良地基土通过将现场土壤与石灰（通常石灰含量为6%）混合后重新使用，施工简便且成本较低；而石灰地基土则是将黄土与石灰（通常石灰含量在10%至12%之间）混合后使用，其成本相较于改良地基土更高；水泥加固地基土则是将黄土与水泥（通常水泥含量为3%至5%）混合后使用，成本相对较高，尤其在秋冬季的雨天施工时，若工期紧迫不得不采用，其优势在于无需过长的养护期，即可使地基固化并达到施工所需的强度。

使用水泥或熟石灰进行加固与养护，一旦混合搅拌完毕，固结过程便随即开始。若采用生石灰进行加固，则需经历从初步碾压到生石灰完全消解的整个过程，并需进行两次固结。如果强度达到要求，则无需进行养护。然而，由于土壤性质或施工条件各异，经过处理的土壤强度增长情况也不尽相同，通常以养护一周后的强度作为所需的固结强度标准。

2　置换法

本法规采用优质土壤替换不良土壤，旨在保证填筑土体的稳定性并降低沉降幅度。施工技术包括人工挖掘和置换以及利用填土自重或爆炸手段强制挤出软弱土。这些方法均较为简便，通常能在较短的时间内实现预期目标。就可靠性而言，人工挖掘置换方法更为优越。所选置换材料应为不易因水浸泡而降低承载力的粗颗粒土壤。然而，必须确保材料得到充分压实。

3　加载法

为了预先加速软土地基的沉降过程，提升地基的承载能力，从而避免在填土上或其附近设置的路面、构筑物，以及埋设在填土中的构筑物因不利的沉降而产生损坏，我们采用了加载法。此方法包括：通过在地基上施加总压力来促进固结沉降；以及通过降低土体中的孔隙水压力，从而提高有效应力等措施。在实施填土荷载时，通常采用填土加载技术，而针对后者，则可细分为利用井点、竖井等手段降低地下水位的方法，以及在地表铺设砂层、覆盖不透水膜以形成真空，并借助大气压力进行加载以加速固结的大气压加载技术。在使用填土加载法时，必须关注地基的稳定性。至于降低地下水位法和大气压加载法，虽然无需担忧地基受损，但受限于地基的适应性且工程成本较高，通常不予以采用。上述方法，都很少单独采用。

3.1　填土加载法

3.1.1　方法与原理

完成设计填土（荷载qf）后，其垂直力总和为Po加上ΔPf，等于P1，这导致沉降量S1的产生。经过Δt时间后，固结度达到U，根据图1b，此时的沉降量为S1U。在固结沉降过程时间t之后，残余沉降量为ΔS1。若增加Δqs的超载，垂直应力总和变为P0加上ΔPf和ΔPS，等于P2，这又引起了沉降量S2。加载并经过Δt时间后，固结度进一步达到U，沉降量增至S2U。若此时卸除Δqs荷载，对于qf（m）而言，固结度将达到U加上ΔU。换句话说软土地基，原本只能达到U的固结度，由于超载Δqs在Δt时间内，使得固结度增加了ΔU。实际上，加载过程并非瞬间就能完成；卸载之后，材料还会出现一定的膨胀现象，这多少削弱了已经形成的固结效果。

若选取Δqs及荷载时间得当，经过t时间后，残余沉降量将如图1b所展示，其值有可能从ΔS1降至ΔS2。

采用本设计施工方法的主要宗旨在于确保铺设工程结束后，路面的剩余沉降量能够保持在规定的允许范围内。因此，这一方法与荷载的大小、材料自沉所需的时间、固结层的厚度以及沉降随时间的变化曲线等因素密切相关，同时亦与荷载的设计方案和规定的工期长度有关。

本法的施工应确保地基的稳定性不受损害，优先选择对地基承载能力无影响的施工方式。若遇到地基稳定性难以保障或需要承载的重量极大，则需考虑结合竖向排水井技术或缓速加载技术一同实施。

若仅是为了解决沉降问题，可以选择增加超载重量，并且进行长期的放置以实现自然沉降，这样的处理方法往往能取得较好的效果。

沉降与时间的关系往往难以准确预料，因此在施工过程中必须进行全面且持续的动态监测；同时，需时刻警惕地基可能遭受的损害；依据收集到的监测数据，进而确定卸载后的剩余沉降量以及卸荷的具体时间。

3.2　降低地下水法

本规定适用于上部结构，其中间部分含有砂质层的地基，同时对于粘性土层同样适用。该方法的显著之处在于，其效果不受软土层深度的限制。

原理：在地下水位以下Z点，存在一个垂直向下的总应力P，而该点的有效应力则被表示为P0′。

P0＝P＋YwZ

一旦地下水位降低至Z点，水压的分布格局随之改变，此时，位于地下水面以下的区域所承受的压实有效应力P1′可表示为：P1′等于原始应力P加上由于水位下降ΔZ而增加的浮力Yw（Z－ΔZ）。

YwΔZ代表的是增量的有效应力。一般情况下，我们可以认为，每当水位下降1米，有效应力就会提升10千帕。如果在水位降低的区域，地基主要由粗颗粒土壤构成，那么由于排水作用，土壤的单位体积重量会减少，进而导致P值减小，从而影响效果，使其降低。

设计施工注意事项

①砂层的透水系数

在应用井点技术时，其理论上的最大抽水深度可达10.3米，然而，由于水头损失和动力因素的作用，水位下降的最大幅度大约在5.5至6.0米之间。

③邻近有水源（河、池、海或沟）时，需要抽水的量增多。

若地下水位下降对抽水区周边及沿线造成损害，为了同时避免对周围环境的影响并实现地下水位降低的目标，我们可以在施工区域采用钢板桩进行围护。

由于必须在整个固结过程中降低地下水位，这一过程耗时较长，因此机械费用也相对较高。

4　竖向排水法

在粘性土地基中布置垂直的排水桩，旨在缩短排水路径，加快地基的排水固结过程，并提升其抗剪能力。根据所用材料的不同，这些排水桩可分为砂井和纸板排水两种类型。

4.1　砂井排水法

砂井排水技术依据其施工手段的差异，可划分为打桩式、振动打桩式、螺旋钻进式、水力喷射式以及袋装填充式等多种类型。此方法通常不单独应用，而是常与加载技术或缓慢填土技术结合使用，对于层厚较大、质地均匀的粘土地层效果显著；而对于泥炭质的地基，其效果则相对较差。

粘性土层的固结时间t与垂直方向上最大排水距离D的平方之间存在正比关系。显而易见，粘土层的厚度越大，其固结所需的时间也就相应地越长。

4.1.1设计时，采用间距d进行布置，设置直径为dw的排水砂井。若假设存在直径为de的圆柱形地基，并且假定间隙水仅流向砂井，那么其固结时间将是：

t＝2Thde／Ch

式中：t——固结时间（d）

Th——水平向固结时间因数（无因次）

Ch——水平向固结系数（m2／d）

de——有效直径（m）

当砂井间距离为d间（见图4）；

正三角形布置de＝1.05d；

正方形布置de＝1.13d.

dw——砂蟛直径（m）

可知de越小，排水砂井间距d就越小，越能促进固结。

固结度Uh和时间因数Th均以n＝de／dw这一比值，即有效直径与排水砂井直径之比作为其参数。由于de与垂直向的固结排水距离D相比相对较小，通常情况下垂直方向的排水会被忽略。然而，当粘土层的厚度较小时，这一忽略便不再适用。粘土层总的固结度U可以通过以下公式计算得出。

U＝1－（1－Uh）（1－Uv）

式中：Uh-水平向固结度；

Uv-竖向固结度。

地基处理区域主要针对填土坡面以下部分，以确保其稳定性；同时，为了减少沉降现象，处理重点放在路基顶面宽度以下区域。

在规划排水砂井设计时，需先设定施工方式、砂井的直径大小、排水所需距离以及改良作用的覆盖范围。随后，开展稳定性及沉降量的计算分析。若计算结果不满足要求，则需对预设数据进行调整，并重新进行计算。同时，还需关注以下几点。

①是否有砂层存在。

为了不扰动周边土壤，需注意不减少土壤的渗透性或地基的稳固性。建议采用较宽的排水距离。通常情况下，水平向的固结系数Ch是竖向固结系数CV的多倍，然而，由于砂井的施工方法各异，实际的Ch可能仅达到CV的水平，甚至低于CV。

砂井内部的砂粒在固结阶段扮演着排水通道的角色，故而其透水性需持续保持优异。一般选用纯净上乘的粗砂材料。

4.1.2　施工程序

在开始砂井施工前，需在地表铺设一层砂质垫层。同时，还需构筑排水沟，以确保填土内部地下水位不会过高。

将砂井排水管埋设。此方法包括打入法、振动沉桩法、射水法、螺旋钻进法以及袋装法等多种形式。不论采用哪种技术，通常的埋设深度在15至20米之间，若深度超过此范围，工程成本将显著上升。

打入法和振动沉桩法是应用最为广泛的两种施工方法。在运用履带式起重机进行操作时，桩的沉入深度大约在10米左右；而采用特制的钢制打桩架，桩的沉入深度可以扩展至30米。桩的直径通常在30至50厘米之间，而桩与桩之间的距离则一般在1.5至3.0米。

打入式和振动沉桩式的施工程度大致相同：

（1）套管底端接上管靴，放置在设计井位上；

（2）用汽锺锺击或振动锤振打至设计深度；

（3）用铲斗把砂喂入套管中；

（4～5）将喂砂口封闭，一边压入压缩空气，一边拔出套管；

（6）待套管完全拔出，砂井沉入即告结束。

射水法在众多施工技术中，对地基的扰动影响极小，特别适合于水资源充沛、泥浆处理不构成难题的场合。其施工步骤依次为：

（1）将套管置在设计井位上；

（2）在套管内放入喷咀杆，并用喷沮射水；

一旦启动射水作业，需将套管缓慢降低，若遇到障碍或坚硬的沉积层，可轻敲套管顶部以排除。

（4）套管下到设计深度升降喷咀杆，使管中的土溢出。

（5）灌入砂，徐徐拔出套管，砂井即告成。

螺旋钻进法和袋装钻法，前者直径介于40至100厘米之间，钻探深度大约在15米左右，此方法对地基的扰动相对较小，然而施工进度较为缓慢。

采用袋装方式是为了防止井中填充的沙粒被土壤所截断，导致无法正常排水道路软基处理，因此将沙粒装入直径大约为12厘米的柔软且具有透水性的袋子中。

施工注意事项：

根据设计图纸要求，对砂井进行间隔布置，并采用不同颜色对已钻入或即将钻入的井位进行标识。

②导杆应始终保持竖直，并经常检查。打入深度按设计规定。

可以快速进行打入操作，然而在拔出套管时，其速度应适度，以确保填充砂和压气的作业能够顺利进行。需注意，在拔管过程中，砂层在拱形作用力下可能会与套管一同上升，从而产生空隙，这往往会导致软土侵入砂井，进而切断砂柱。

在填充砂料时，可以选择通过传送带连续添加，亦或是利用漏斗进行提升喂入。从精确计量的角度来看，后者显然更为理想。

这些是公路建设中常用的道路软基处理技术，除此之外，在特定情况下，还会运用粉喷桩技术来处理软基问题道路软基处理，以及采用塑料排水板技术进行软基处理。