浅谈软土地区路基加固方法措施

浅谈软土地区路基加固方法措施

张栗

中铁二局第六工程有限公司四川成都610000

摘要：软土地区路基加固方法措施有许多种，本文对常用的施工方法，以及新型加固材料及其适用范围，为提高软土路基加固技术水平所起的重要作用等作了简述。

关键词：软土路基；加固方法；措施

在修筑铁路路基工程中常遇到大量软土地基。软土是指近代水下沉积的饱和松软的粘性土，软土具有⑴透水性差；⑵压缩性高；⑶抗剪强度低；⑷含水量大；⑸承载能力低等特点。一般不能直接用作路基地基，往往要经过加固处理，提高软土地基的强度，减少沉降量，增加承载力和稳定性。加固软土的方法很多，国内外均有丰富的经验，近十多年来，新的加固技术，更是蓬勃发展，不论是加固软土的渗透固结，改变土的性质，还是在采用的材料方面都有新的突破，其加固方法大致可分为以下几类：

（1）改变路堤的结构型式：

a、反压护道；b、侧面约束；c、土工织物；

（2）人工地基：

a、换土；b、碎石桩；c、生石灰桩（粉煤灰）；

（3）排水固结法：

a、排水砂井；b、袋装砂井；c、塑料板排水法；d、排水砂垫层；e、堆载预压法；f、降水预压法；g、真空预压法；

（4）化学加固或加密土颗粒的方法：

a、粉喷桩；b、旋喷桩；

一、改变路堤的结构型式

1、反压护道

反压护道是借在路堤两侧填筑一定宽度和一定高度的护道的反压作用，以防止地基破坏，保证路基稳定的一种有效措施。

反压护道施工简易，不需要特殊的施工机械和昂贵的材料，适用于非耕作区和土源丰富的地区。护道高采用路堤高的1/3～1/2较为合理。

2、侧面约束

当软土层较薄且其下卧硬层具有明显的横向坡度时，应采用两侧不等宽的反压护道，此时横坡下方的护道应较横坡上方的护道宽些。

在软土分布范围较为狭窄的情况下，护道可以采用多级式。如砂料来源方便，路堤及两侧反压护道下可同时设置砂垫层，以利地基中孔隙水排出，加速地基固结，增强路基的稳定。

3、土工织物

土工织物是加固软土路基和治理基床病害应用最多的一种土工材料。根据制作方法和不同分为有纺和无纺两大类，无纺土工织物多用于滤层可作渗沟，防护层和隔离层。有纺土工织物抗拉强度大，抗断裂和抗冲击性能好，常用于垫层铺设，垫层则可加强地基及基底之间以防坍滑和侧向位移，并能沿用纵、横向联合方向均匀传递荷载，改变软土地基的受力状态，使应力分布均匀，降低沉降量并使路基不均匀沉降量减小，增加路基稳定性，当土工织物受到上部荷载作用时，产生向上拉力能起到支撑荷载作用，从而提高了地基承载力。

土工织物在岩土工程中应用已有二、三十年的历史。土工织物耐碱且不腐蚀并具有高抗拉强度，它的种类很多，用时可根据工程要求选用不同强度、透水性和不同外形、厚度的织物，其功能有以下四个方面：

（1）渗透排水作用；

（2）加固作用；

（3）隔离作用，对路基水水水水水道床与基床用无纺土工织物隔离，防止翻浆冒泥；

（4）反滤作用，在土坡渗流出口处铺以无纺土工织物，可以起到反滤层作用，防止土坡渗流处发生管涌现象。

二、人工地基

1、换土

换土是将地基；软土挖除，换填强度较高的粘性土或砂、砾石、碎石等渗水材料，因为彻底地改变了基底土的性质，故效果良好。但换土必须有适宜的弃土场地，且施工现场附近有充足的换填材料（砾砂、砂、碎石等）才能取得比较好的经济效益和社会效益。

2、碎石桩

碎石桩根据成桩方式不同分锤击式碎石桩预配式碎石桩和振冲碎石桩等。振冲碎石桩与前两种桩相比具有操作简单，施工方便，成桩效率高等特点，被广泛采用。

碎石桩加固软土地基的机理是软土和碎石桩组成复合地基，当受到外荷载作用时，由于碎石桩的刚度大于地基中的粘性土，地基应力重分布，所以荷载大部分由碎石桩承担，桩土应力要比土体应力高3～5倍。软土和碎石桩共同作用土增加地基强度地原因有三种：①在成桩过程中靠振动冲击的作用既捣实了碎石挤入孔壁的土中，增加了土体对碎石的约束力，减小了桩的压缩量，提高了桩的应力比，使地基承载力提高，下沉量减小。②成桩后部分软土被桩体碎石所置换，因碎石的内摩擦角比软土大得多，显著地提高了地基的抗剪能力，③碎石桩具有较大的孔隙，是地下水和孔隙排除的良好通道，可加速土体固结，减少后期沉降量。

碎石桩的直径一般为80cm～90cm，桩长视软土层厚度而定，一般桩长为6m～8m，间距按要求的承载力通过计算确定，常按梅花或方形排列。粒径小于8cm的碎石，卯石，砾石，矿渣等均可作为桩体填料。

碎石桩顶部铺以0.5m～1.0m厚的碎石垫层，一方面均布底应力，另兼作横向排水通道.碎石桩由于料源充足易得，施工简单，造价低廉，是常被采用的软土地基加固方法之一.锤击式碎石桩和预配式碎石桩的加固原理和作用与振冲碎石桩完全相同.

3、生石灰桩（粉煤灰）

生石灰桩是用2～5cm的生石灰块填入软土孔眼中，形成生石灰桩地基，桩的平面布置与砂井相同。桩径通常为20～40cm，桩距为桩径的3倍左右，桩长视软土层的厚度而定，一般不宜很长，常在10cm以内。

生石灰桩加强软土地基的加固机理是生石灰遇水应成熟石灰，在这一过程中，生石灰要吸收占其重量32%的水，并且体积膨胀一倍，同时放出大量的热，使桩周土体含水量降低，体积又得以挤实；生石灰与土之间的离子交换和胶凝反应使土的性质和结构都得以改善，从而提高了土的强度。

由于石灰桩吸水膨胀，桩身含水量增加，桩的强度软化，而桩周土体被挤实压密，含水量降低，因而在桩周形成一圈较硬的土壳。由此可见，生石灰桩的作用于主要是土的挤密而不是桩的承载作用。为解决桩身强度的软化问题，可在生石灰中掺入砂料以堵塞石灰块间的孔隙，改善桩身含水量及强度，而且这样更能充分发挥石灰的胀发力，挤密桩周土体。曾有人试验用粉煤灰代替砂料掺入石灰桩内，取得了成功的经验。

生石灰桩加固软弱地基后，沉降量大为减小，因而对于沉降要求严格的工程，更为适用。

桩基法除以上几种外还有粉煤灰柱桩，水泥搅拌桩，侧向约束桩（木排桩，钢筋混凝土桩）等，在一定条件下使用也会取得良好的加固效果。

三、排水固结法

排水固结法是根据固结理论在软土中设置垂直排水系统，顶上加预压荷载。饱和软土地基在荷载作用下，孔隙水沿排水通道慢慢排除，孔隙体积逐渐减小，加速地基固结沉降，增加软土地基稳定性。与此同时随孔隙水压力逐渐消失，有效力逐渐提高，地基强度同步增长，提高了地基承载力。

1、排水砂井

砂井是由打桩机具击入钢管，或用高压射水。爆破等方法在地基中形成按一定规律排列的孔眼（这些孔眼具有一定深度和一定直径），在其中灌以中、粗砂而成。砂井顶面铺设厚度不大的砂垫层以连通砂井，构成完整的地基排水系统。在软土地基设置砂井后，改善了地基的排水条件，在附加荷载作用下，排水固结过程大大加快，地基强度迅速提高，因而也增大了地基的稳定性。

2、袋装砂井

袋装砂井是将中、粗砂装入合成纤维编织袋内制成砂袋，放入预先用施工机具在软土基上制成的孔内而成。用来加固软土地有如下一些优点：①袋装砂井直径比较小（7cm）、重量轻、施工机具简单、操作方便、用砂量少、省工省料、成井效率高。②砂袋是一个整体，能保持砂井的连续性和密实性，质量可靠，并有一定抗滑能力，有利于土体稳定。③袋装砂井断面小，施工时地基扰动小。

袋装砂井与其它加固方法配合使用，可取得特殊的加固效果，如与真空预压法配合使用，可大大提高软基固结速度，对缩短施工工期有重要意义。

3、塑料板排水法

在合成纤维编织袋内充填中。粗砂构成的砂袋，装入地基孔内，以加速地基排水固结。袋装砂井的直径按排水及施工工艺要求确定，一般采用7～12cm，我国目前较多采用7cm直径。

袋装砂井的编织应具有良好的透水性，袋内的砂不易漏失，袋子的材料应有足够的抗拉强度，以承受砂的自重及弯曲应力，还要求有一定的抗老化及耐地下水腐蚀的性能，此外同时要求价格低廉便于制作，我国目前普遍采用聚丙烯编织布，基本上能满足以上要求。

4、排水砂垫层

排水砂垫层是在路堤底部地面上铺设一层较薄的砂垫层，如图3—1，其作用为在软土顶面增加一个排水面。在填土过程中，土中渗出的水就可从垫层中排出，加速地基固结。以提高软土的强度，增强路基稳定。由于砂层较薄，对于基底的应力分布与沉降量的影响很小。

排水砂垫层适用于施工期限不紧，路堤高度为极限高度的1.5～2倍，砂源丰富，软土地基表面列隔水层的情况。当软土层较薄，或底层又有透水层时，效果更好。

5、堆载预压法

预压法是在建筑物建造以前，在建筑场地施加均布荷载，使地基的沉降在施工期间大部分完成，从而提高土的强度。

对于后期沉降较大的土层，为了加速压缩过程，可施加大于建筑物重量的荷载进行预压，称为超载预压。超过建筑物重量的那部分荷载，待满足建筑物沉降要求（既完成设计荷载的主固结沉降）后既可卸去。为了缩短饱和粘土的固结沉降时间，用排水砂井加固地基，其上再施加预压荷载，可以取得更好的效果。因为设砂井后对次固结速率并无直接影响（次固结速率与有效应力无关），但是预压与砂井结合使用后，主固结的提早完成，使次固结提前发生，这对在较短时间内完成固结沉降是大有好处的。当前，对工程的质量要求日益提高，软土路基的后期沉降限制在50cm以内，采用预压或超载预压，就更有重要的意义。

6、降水预压法

降水预压法是降低地基中的地下水位，使地基中的软弱土层承受相当于水位下降高度水柱的重量，从而产生固结。它同样可使地基沉降，改善土的性质。具体措施是在需要处理的地基两侧每隔一段距离打井降水，适用于软土层内有砂层的情况。

7、真空预压法

真空预压法是在需要加固的软土地面铺以砂垫层，而后覆盖以不透气的薄膜在四周密封，借助射流泵和埋设在垫层中的管道，将膜下土体间的空气抽出，形成真空，铺膜前，大气作用膜上，当膜内空气抽出时，砂垫层和地基中的气压下降，与膜外气压产生压差，薄膜紧贴于垫层，土中孔隙水在这个压力差（一般为60～80Kpa）作用下发生渗流，使孔隙水压力降低，有效应力增加，土体固结。这也是超载预压的一种方法。

真空预压法不用填料，预压荷载的加载和卸除都很简便，真空作用下，土体不会侧向挤出，不需要考虑土的稳定问题。

四、化学加固或加密土颗粒的方法

1、粉喷桩

粉体喷射搅拌法是国外常用的深层加固软土的一种技术。它以生石灰粉或水泥等粉体材料作为加固料，通过特制的施工机械，用压缩空气将粉体呈雾状喷入土中，使粉体与原软土搅拌形成古石灰（或水泥）粘土混合的柱体（用石灰粉时又称石灰柱）。它的强度大，水稳性好，可提高软土地基的承载力，减少沉降量和增强边坡稳定。加固深度10～15m。我国已在一些铁路线路上使用，效果良好。

2、高压喷射灌注法

高压喷射灌注法是用单钻杆或双钻机，利用高压将药液材料喷注到土体内。药液借助高压作用渗透到土颗粒间孔隙中，使其同土颗粒混合，并产生凝胶作用，使土体强度增加，同时加固后的软土透水系数很小，形成——不透水层，起到截水堵漏的作用。

结束语：

软土路基底加固处理时，采用哪种方法，应当根据软土的物理、力学性能，当地自然环境，以及经济、技术和施工条件，一般通过试验确定，随着科学技术不断进步，新型加固材料的开发与应用，加固工艺的提高，推动加固技术不断创新与发展，我国铁路发展方向是高速，重载线路。从设计标准、施工质量、对路基沉降和强度都提出了更高要求。