摘 要：根据软土路基工程地质及各种的地基处理方法，并着重强调了强夯法的特点、原理和施工要点进行了阐述。不仅如此，还结合某路基工程实例对所述处理方法进行分析总结。
关键词：软土 路基 处理方法 强夯法
Abstract: According to the soft soil foundation engineering geology and various treatment methods, and to highlight the characteristics of dynamic compaction method, principle and construction are described. Not only that, but also combined with examples of a road project referred to treatment were reviewed.
Key words: Soft soil Subgrade Treatment Dynamic Compaction
0、引言
随着我国经济的快速发展，交通运输行业发展迅速，急需加大基础设施建设，尤其是超载车辆的大量出现，路基病害层出不穷，特别是软土地区，由于软土难以压实、水稳定性差、易冲刷、强度低，导致路基路面病害更加严重，这些病害的出现严重影响了公路、铁路等设施的使用性能和使用寿命。因此，研究如何处理软土路基和防治路基病害非常重要。
1、软土路基的评价方法
软土是指湖沼、滨海、谷地、湿地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有孔隙比大、含水量高、压缩性强、固结系数小、固结时间长、抗剪强度弱、灵敏性强、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。主要包括冲填土，杂填土，淤泥质土以及其他高压缩性土等。
由于软土的特殊性，常规的钻探取样方法往往很难保证其质量，因此原位测试技术得到了迅速发展，特别是高速公路这种范围广的工程，原位测试技术具有范围广、经济的特点。目前经常采用的原位测试技术有十字板剪切试验、静力触探试验、标准贯入试验等。近年来，一种新的原位测试手段-孔压静力触探试验（CPTU）得到了广泛的应用，并有很好的推广前景。适用土的类型为地下水位以下的各种软土及非密实性砂、黄土、素填土等。
2、软土路基处理方法
2.1 改变路堤本身的结构形式
这些处理方法对于填土较低的软土路堤比较有效，但不适用于高路堤中的软基处理。
(1)反压护道：主要用于当路堤在施工中达不到要求的滑动破坏安全系数时，进行反压路堤两侧设汁，以期达到路堤稳定的目的。
必须注意：1)避免过高堆填。而应分层铺平，充分压实，并应有一定横坡度，以利于排水；2)反压护道的填筑速度不得低于主路堤。主路堤在施工中或完工后，如能确定反压护道下面的地基强度已增长到要求的值，则可以将反压护道设计高度以上的部分挖除，再利用这些材料填筑主路堤。
(2)土工格栅：土工格栅具有耐热性和耐寒性高、强度大、模量高、耐腐蚀、膨胀系数低和尺寸稳定性好等特点。在软土地基上修筑路堤时，在地基与路基中铺设一定量的土工格栅，然后在其上进行填土压实处理。可增强土体整体性，降低不均匀沉降，提高地基和填土的强度，阻抗土体破坏面的形成，从而达到加固土体，快速施工和快速通车的目的。土工格栅加固路基是一种机械式的土体加固方式，并没有改变填料的颗粒成分和相互连接等基本性状，其主要通过土工格栅对加固土体的侧向约束作用、网兜效应及摩擦作用等一系列作用来达到加固的目的。
2.2 排水固结
2.2.1 砂垫层法
砂垫层是浅层处理最常用的方法，这种方法是在软土地基上铺设厚度为0.5～1.2m左右的砂垫层。其主要目的在于加速土体的排水固结过程，提高路基承载力，减小沉降量，分散地基所承受的压力等。施工时应做到摊铺均匀，注意不要有很大的集中载荷作用。当路堤透水性不好、路堤坡脚附近砂垫层被路提覆盖时，可能会阻碍侧向排水，所以必须做好砂垫层端部的处理。
2.2.2 慢速加载法
这种方法类似于一般路堤的自然沉降，但要根据土质的剪切破坏情况，控制填土速度，用较长的时问完成填土。无需特殊的施工机械和材料，在工期充裕的情况下，采用此法最为经济。在慢速加载过程中，为了安全稳妥地进行施工，应及时了解和掌握地基稳定和固结情况，并根据所观测的结果来调节施工速度。最好备有沉降仪、孔隙水压力仪等检测设备。
2.2.3 砂井排水法
这种方法是在软土层中设置垂直排水砂井，充填物质一般由中砂、粗砂或砂袋构成。软基施工前应先排除积水，整平坑洼，上方填横向排水砂垫层。如需改善施工条件，可再铺厚约15mm的碎石或砂砾石。不得填片石，以免影响打砂桩。地面整个表层处理后，根据线路中线及桩排距定好桩位。沉管成井方法一般分为震动法、冲击法、裸打法。
2.2.4 塑料排水板
塑料板排水处理软土地基是根据排水通道(插入塑料排水板)，缩短排水距离的原理在地基上施加荷载，土中孔隙水通过塑料排水板通道排出，从而使土中孔隙水体积逐渐减少，地基土固结变形，同时随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力提高，地基强度得到增长。该法处理软土路基，既有排水固结作用，又能挤密地基；且施工设备简单，施工速度快，造价低。但采用塑料排水板也有不足之处，一是填土速度受限；二是沉降时间长。所以在工期紧张时，仅采用排水固结法是不够的，应辅以反压护道，采用轻质填料等多种方法相结合使用。且应密切注意排水通道的畅通，确保软基中的水能够即时排出。
2.2.5 预压法
又可分为堆载预压法、降水预压法、真空预压法以及真空一堆载联合预压法等。
(1)堆载预压：堆载预压要有便宜方便的原材料，卸载后易于处理和利用。实际上，填方工程开始即对地基逐步进行了加载预压。但为了考虑通车以后的活荷载作用所引起的沉降，所以，尽管堆载到了路基面，还需要计算这些汽车荷载作用。具体应按换算土柱加足土方才算满荷。此后再加载时称为超载。超载后静置的时问为三个月，实测沉降达到要求并稳定后撤除。现在在堆载预压时经常附以砂垫层、砂井或塑料排水板等排水措施，以增强其排水能力，加快固结速度。
(2)降水预压法：通过井点抽水使地下水位降低，从而增加土的自重应力，以达到预压的目的。由于使用了降水法，就不需控制加荷速率，也不会有因孔隙水压力增高，而使地基破坏的情况，因此施工速度可以提高。
(3)真空预压：真空排水预压法，就是先在加固
土中布置砂井与砂垫层，然后在砂垫层上铺设不透气的塑料薄膜，通过真空泵抽气，造成塑料薄膜具有一定的真空度，使土中产生负的孔隙水压力，从而吸 出孔隙水达到预压固结的目的。
(4)真空联合堆载预压法：这种方法是在进行
真空预压的同时，在地基上再进行堆载。与一般的堆载预压法相比，真空联合堆载预压法可以充分发挥真空预压和堆载预压各自的优势，加速孔隙水的排出和地基的固结，提高加荷速率，缩短工期，增大加固深度及减少工后沉降。
2.3 人工地基
2.3.1 振冲挤密法
振冲法是将类似于混凝土振捣棒的“振冲器”插入土中，一方面利用振冲器内旋转的偏心块对周围土体施加横向挤紧作用，使地基土颗粒挤密，孔隙减小，提高了桩间土的承载力；另一方面利用振冲器的上下喷口喷水(或喷气)协助成孔并护壁，孔内填以碎石。在砂土中直接产生振动液化，振密砂土，称振冲挤密法。在饱水软土中，振动力不能使软土内的孔隙水排出挤密，而是将填料碎石振密，且挤人周围的软土中，形成粗大密实的桩体，称碎石桩，此法又称振冲置换法。振冲碎石桩一般按三角形或方形进行平面布置，但要结合填土路堤的宽度及软土情况而定，并应特别注意桩的对称性、受力均匀性以及与路堤荷载的对应性，以防止路基产生不均匀沉降。桩的直径应按复合地基的容许承载力进行计算，桩距则可依桩径和桩数而定。桩长以地基最大剪切破坏和压缩层的深度来控制，即桩最短不浅于最大剪切破坏深度，最长不超过压缩层深度。
2.3.2 开挖换填法
即在一定范围内，将软土挖除，用无侵蚀作用的低压缩散粒体材料置换，然后分层夯实。按软土层的分布形态与开挖部位可分为全面开挖换填和局部开挖换填两种。
2.3.3 强制换填法
按施工方法分为路堤载荷强制换填和爆破换填法两种。
(1)路堤强制换填法：强制换填法就是依靠路堤载荷将部分软土层强制挤出，用良好的填筑材料置换。施工时，应从中线起逐渐向外侧填筑，但是，对于宽路堤，由于沉降不一致，从而在路堤下面残留部分软土，工后会发生不利的不均匀沉降，应引起注意。
(2)爆破换填法：种方法就是把炸药装入软土层，通过爆破作用将软土挤出的方法。这种方法对周围影响很大，只限于爆破对周围构造物或设施没有不良影响的地区使用。并且一般要通过几次爆破使路堤逐渐下沉，两侧挤出隆起的软土要及时挖除保证爆破效果不致降低。
2.4. 强夯法
2.4.1强夯发法原理
自20世纪70年代初法国人L•梅纳首次提出采用强夯法加固填土地基以来，该项技术已在世界各地广泛应用于碎石土、砂土、黄土、填土和非饱和粘性土等的地基加固中。所谓强夯法，就是将数吨至数十吨的重锤从高处自由落下，对软土地基进行强力夯实，以提高其强度。用强夯法加固的土基，承载力会明显提高，沉降量也会降低。其原理在于：在强夯过程中，土体中微小气泡的体积压缩，土的孔隙减小，土体局部液化，土的结构破坏并且强度下降到最低位。随之在夯击点周围出现径向裂隙，形成树枝状的排水网络，使土体渗透性大大增加，孔隙水得以顺利溢出，加速了土体的固结。继而因粘性土的触变性，使土基的强度得到恢复和增强。
2.4.2施工要求
（1）一般情况夯锤重可取10~20t。其底面形式宜采用圆形。锤底面积按土的性质确定，锤底静压力值可取25~40KPa，对于细颗粒土锤底静压力宜取小值。锤的底面宜对称设若干个与其顶面贯通的排气孔，孔径可取250~300mm。
（2）机或其它专用设备。采用履带式起重机时 ，可在臂杆端部设置辅助门架，或采取其它安全措施，防止落锤时机架倾覆。
（3）当地下水位较高，夯坑底积水影响施工时，宜采用人工降低地下水位或铺填一定厚度的松散性材料。夯坑内或场地积水应及时排除。
（4）强夯施工前，应查明地内范围的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等，并采取必要的措施，以免因强夯施工而造成破坏。
（5）当强夯施工所产生的振动，对邻近建筑物或设备生产生有害的影响时，应采取防振或隔振措施。
（6）强夯施工可按下列步骤进行：
A 清理并平整施工场地；
B 标出第一遍夯点位置，并测量场地高程；
C 起重机就位，使夯锤对准夯点位置；
D 测量夯前锤顶高程；
E 将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤斜时，应及时将坑底整平。
F 按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；重复步骤C至F，完成第一遍全部夯点的夯击；
2.5. 粉体喷射搅拌法
本方法是向软土地基内喷射生石灰粉、水泥粉或粉煤灰等加固材料，原位搅拌混合，通过化学反应达到改善软土力学性能的目的。
粉体搅拌桩具有较高的刚度，抗侧向变形能力；能够有效地减少软基的压缩量，调整横断面差异沉降，并且可以承受较快的加荷速度；在路基填土过程中，不宜使用冲击力过大的压路机，可适当增加碾压遍数，尽量使处理后的基底桩问土相对固结稳定，以增加抗剪能力。粉体搅拌桩不能改善地基排水条件，但通过吸水固结可提高桩间土的结构性，同时桩顶铺垫砂层可便于地基排水，从而可适当加速桩问土的固结，降低工后沉降量。
3、路基工程实例
某公路改建工程，桩号为K2+23～K5+73，全长3.5km。水泥混凝土路面，路基宽度23m，双向4车道，荷载等级为公路一级。此次改建工程的地基由于软弱土厚度较大，土质软弱，埋深浅，承载能力和抗剪能力相对薄弱，容易触变，对上面公路的沉降及稳定性影响较大，需进行软基处理。K2+34～K3+77段的地基，为由淤泥质亚粘土组成的软土段，埋深2～5m，软土层厚6～10m。参考《公路路基设计规范》（JTGD30-2004），软土地基处理设计包括沉降处治设计和稳定处治设计，稳定安全系数的计算采用固结有效应力法，当不考虑固结时，稳定安全系数取值不能小于1.2，一般路段容许工后沉降不能超过0.3m。具体对于本工程，大部分的路段地基为淤泥质亚粘土，路堤填土高度均不大于5.5m，软弱土层厚，土质较弱，沉降较大。根据以往经验，参考相关类似工程，本工程采用袋装沙井法进行软基处理。袋装沙井法具有理论成熟，施工简易，造价低廉，质量容易被控制等优点。
K2+34～K3+77段相关数据如下：路堤顶部设计宽度23.00，路堤设计高度3.75m，路堤边坡坡度为1：1.5，地基土层数为3层，砂垫层厚度为0.4m，竖向排水体半径0.035m，间距1米，竖向排水体的长度为11m。工后沉降基准期为334天，其中路基施工期为183天，路基预压期为122天。采用经验系数法进行沉降计算，e-P曲线法进行主固结沉降计算，按多层土实际容重进行基底应力计算，在计算沉降时，要考虑弥补地基沉降引起的路堤增高。在进行稳定计算时，采用固结有效应力法，同时考虑超载和地震力的影响。其中地震烈度为7度，重要系数为1.0，综合系数为0.25。
沉降计算部分：考虑地基沉降的影响，路堤的计算高度为4.021m，公路竣工时，地基的沉降量为0.512m，工后沉降基准期结束时，地基的沉降量为0.621m。公路竣工后，基准期内的残余沉降为0.101m。故总的沉降为1.2×0.723=0.868m。
如若采用粉喷桩进行软基加固，拟采用直径为0.5m 的粉喷桩，桩距1.2m，梅花形布置。
单桩承载力计算：混凝土单桩承载力取分别按桩材强度和桩侧摩阻力计算的较小者。
虽然两种方案，都可以达到提高地基土的承载力，减小沉降的要求，但是对这两者的造价进行比较，采用袋装沙井法时，总造价为98.34万，采用粉喷桩时，总造价为177.65万。显然，无论是从地基处理效果还是从造价上比较，袋装沙井的处理方案都是优于粉喷桩处理方案。
4、结语
通过以上分析，可见软土路基处理方法有多种，因此在施工中要根据路基地基的实际情况，选择合理的处理方法，不仅提高软土路基的质量，增加承载力和稳定性，还可以加快施工工期，取得良好的经济效益。同时，使用强夯法进行软土地基处理也是比较常见的做法，而且强夯法施工较为方便。总之，软土路基处理因素复杂，需进一步探讨更完善更好的处理方法。
参考文献：
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8、《TB10102-2004铁路工程土工试验规程》
:铁道第一勘察设计院颁发
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