论文部分内容阅读
摘要：我国东南部沿海地区大部分地基为软粘土，软土路段既不容易处理，造价也相应增加，因而对软土路基的处理对工程质量和施工工期有着重大影响。本文介绍了高速公路软粘土路基的常用处理方法，通过对这些方法进行了分析比较，认为真空堆载联合超载预压法经济、适用、处理效果理想，是值得推广的软基处理方法。
关键词：真空堆载联合超载预压法 软粘土路基处理
1 软粘土路基修筑高速公路主要问题
进入21世纪社会现代化程度不断提高，高速公路运营效率直接影响社会现代化进程，因此，高速公路成为现代化交通的重要标志之一。由于高速公路对路基承载力变形有较高要求，而我国东南沿海地区大部分地基为软粘土，软粘土路基变形大承载力低，既不容易处理，也导致工程造价和工程进度增加。多年沉积河湖滨海相软粘土抗剪强度低、压缩性高、渗透性差、含水量大、灵敏度高。在施工过程中以及使用过程中，都可能出现沉降过大、承载力低发生剪切破坏，因此对软粘土路基处理效果的好坏直接影响工程的质量。
高速公路路基不仅要求具有较高的承载力和稳定性，而且对竣工后沉降要求更严格，从已建成的软粘土路基高速公路的使用情况来看，主要问题就是使用过程中的沉降过大以及不均匀沉降，导致路面平整度不满足要求和“桥头跳车”等道路质量问题。此外，采用挤密桩、灰土桩等复合地基处理的路基工程造价又过高，而且复合地基质量仍难以保证。
2 现有的软土路基处理方法
目前高速公路软粘土路基处理的各种方法中，主要有以CFG桩、粉喷桩、挤密桩等为代表的复合地基法，以堆载预压为主的排水固结法，以及真空-堆载联合超载预压方法。各种方法具有各自的特点，先就堆载预压排水固结法、复合地基处理法和真空堆载联合超载预压法的工作原理和特点进行概括总结：
2.1 堆载预压排水固结法 堆载预压法就是对地基进行加载预压，使地基在施工前沉降完成或者完成大部分，从而提高土体抗压缩性，同时使土体密实提高了地基承载力，然后卸去预压荷载进行填土碾压。堆载预压排水固结法操作简单、造价较低、但工期较长，加固效果受加载方式、预压荷载的大小以及排水途径、固结时间的影响，因为预压荷载过小则无法土体产生压缩土中水流出，而施加荷载过大又会使软粘土产生塑性蠕变，导致路基强度降低，甚至造成路基破坏。
2.2 复合地基处理方法 复合地基是指在软弱土层中形成桩体，使部分土体得到增强，同时对桩体周围土体起到挤密作用，在荷载作用下，由桩体和周围被挤密土体共同承担，提高了软弱土层的承载力改善了压缩性。复合地基处理方法主要有CFG桩、旋喷桩、碎石桩和粉喷桩，以及预应力钢管桩。复合地基不仅能够有效改善软弱土层的承载力、压缩性和渗透性，还能起到挡土护坡作用，增加填土稳定性。复合地基处理方法能有效地减小沉降，改善不均匀变形，该法施工作业简便且安全可靠，施工振动小、噪声低，对周围建筑物扰动小，可达到理想的加固效果，施工速度快能明显缩短路基处理时间。但复合地基法工程造价较高，尤其是软弱层较厚的地基还需超填碾压，因此限制了该法的应用范围。
2.3 真空堆载联合超载预压处理方法 真空预压法的理论依据就是太沙基有效应力原理，通过外部真空预压对土体加载，增加土体有效应力减少孔隙水压力，由于孔隙水压力的变化不会引起土体剪应力。真空堆载联合超载预压法施工过程中，土体处于负压状态使得土体产生向内侧向变形，抵消了填土碾压产生的挤出变形，保证施工过程中土体的稳定。真空堆载联合超载预压是真空荷载和路堤堆载两者荷载的相叠加，其加固深度、土层沉降速度都优于常规堆载预压，因而可缩短预压工期、减少工后沉降。
3 真空-堆载联合超载预压法理论研究
浙江大学龚晓南教授等人，利用软土真空渗流场理论解释真空预压加固软土地基的机理，发现真空预压的效果是由真空膜内的真空度和土样内外的气压差决定的，提出了真空预压下土体的固结系数计算公式。并确定了在负压条件下土中水的渗流模式，得到负压渗流场沿地基深度的分布模式。通过分析真空排水预压过程中孔隙水压力的实测资料，发现在淤泥及砂井和塑料排水板地基中的孔隙水压力消散包括：真空度的直接传递导致的孔隙水压力下降值和抽真空引起水位线下降进而引起的孔隙水压力消散两部分。
其他学者进行的现场试验研究表明，真空预压法对于一般软粘土地基，包括超软地基均能获得满意的加固效果。真空预压过程中，地基水平变形向着预压区收缩，真空荷载可以一次抽到最大值而不會产生侧向挤出现象，同时在对地基中孔压监测过程中，发现抽真空能引起地基软土的曼德尔现象。
4 结语
真空堆载联合超载预压法经济、适用、处理效果理想，是值得推广的软基处理方法。该法施工技术可靠、操作可靠，施工质量容易保证，竣工后公路运营效果好，路面变形及不均匀变形都在容许范围内。真空堆载联合超载预压法不仅能够在高速公路中应用，在码头港口工程、机场跑道以及一些大型工民建工程中也可采用。随着该法实践经验的增加和理论研究的深入，必将为真空堆载联合超载预压法的使用提供更广阔空间。
参考文献：
[1]龚晓南.地基处理新技术[M].西安：陕西科学技术出版社，1997.
[2]《地基处理手册》（第二版）编写委员会，地基处理手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.
[3]龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
作者简介：
刘岩（1981-），男，河北承德人，承德石油高等专科学校建筑工程系助教，硕士研究生，主要研究方向为地基基础共同作用、地基处理新技术的应用、新型桩的理论研究与应用。
关键词：真空堆载联合超载预压法 软粘土路基处理
1 软粘土路基修筑高速公路主要问题
进入21世纪社会现代化程度不断提高，高速公路运营效率直接影响社会现代化进程，因此，高速公路成为现代化交通的重要标志之一。由于高速公路对路基承载力变形有较高要求，而我国东南沿海地区大部分地基为软粘土，软粘土路基变形大承载力低，既不容易处理，也导致工程造价和工程进度增加。多年沉积河湖滨海相软粘土抗剪强度低、压缩性高、渗透性差、含水量大、灵敏度高。在施工过程中以及使用过程中，都可能出现沉降过大、承载力低发生剪切破坏，因此对软粘土路基处理效果的好坏直接影响工程的质量。
高速公路路基不仅要求具有较高的承载力和稳定性，而且对竣工后沉降要求更严格，从已建成的软粘土路基高速公路的使用情况来看，主要问题就是使用过程中的沉降过大以及不均匀沉降，导致路面平整度不满足要求和“桥头跳车”等道路质量问题。此外，采用挤密桩、灰土桩等复合地基处理的路基工程造价又过高，而且复合地基质量仍难以保证。
2 现有的软土路基处理方法
目前高速公路软粘土路基处理的各种方法中，主要有以CFG桩、粉喷桩、挤密桩等为代表的复合地基法，以堆载预压为主的排水固结法，以及真空-堆载联合超载预压方法。各种方法具有各自的特点，先就堆载预压排水固结法、复合地基处理法和真空堆载联合超载预压法的工作原理和特点进行概括总结：
2.1 堆载预压排水固结法 堆载预压法就是对地基进行加载预压，使地基在施工前沉降完成或者完成大部分，从而提高土体抗压缩性，同时使土体密实提高了地基承载力，然后卸去预压荷载进行填土碾压。堆载预压排水固结法操作简单、造价较低、但工期较长，加固效果受加载方式、预压荷载的大小以及排水途径、固结时间的影响，因为预压荷载过小则无法土体产生压缩土中水流出，而施加荷载过大又会使软粘土产生塑性蠕变，导致路基强度降低，甚至造成路基破坏。
2.2 复合地基处理方法 复合地基是指在软弱土层中形成桩体，使部分土体得到增强，同时对桩体周围土体起到挤密作用，在荷载作用下，由桩体和周围被挤密土体共同承担，提高了软弱土层的承载力改善了压缩性。复合地基处理方法主要有CFG桩、旋喷桩、碎石桩和粉喷桩，以及预应力钢管桩。复合地基不仅能够有效改善软弱土层的承载力、压缩性和渗透性，还能起到挡土护坡作用，增加填土稳定性。复合地基处理方法能有效地减小沉降，改善不均匀变形，该法施工作业简便且安全可靠，施工振动小、噪声低，对周围建筑物扰动小，可达到理想的加固效果，施工速度快能明显缩短路基处理时间。但复合地基法工程造价较高，尤其是软弱层较厚的地基还需超填碾压，因此限制了该法的应用范围。
2.3 真空堆载联合超载预压处理方法 真空预压法的理论依据就是太沙基有效应力原理，通过外部真空预压对土体加载，增加土体有效应力减少孔隙水压力，由于孔隙水压力的变化不会引起土体剪应力。真空堆载联合超载预压法施工过程中，土体处于负压状态使得土体产生向内侧向变形，抵消了填土碾压产生的挤出变形，保证施工过程中土体的稳定。真空堆载联合超载预压是真空荷载和路堤堆载两者荷载的相叠加，其加固深度、土层沉降速度都优于常规堆载预压，因而可缩短预压工期、减少工后沉降。
3 真空-堆载联合超载预压法理论研究
浙江大学龚晓南教授等人，利用软土真空渗流场理论解释真空预压加固软土地基的机理，发现真空预压的效果是由真空膜内的真空度和土样内外的气压差决定的，提出了真空预压下土体的固结系数计算公式。并确定了在负压条件下土中水的渗流模式，得到负压渗流场沿地基深度的分布模式。通过分析真空排水预压过程中孔隙水压力的实测资料，发现在淤泥及砂井和塑料排水板地基中的孔隙水压力消散包括：真空度的直接传递导致的孔隙水压力下降值和抽真空引起水位线下降进而引起的孔隙水压力消散两部分。
其他学者进行的现场试验研究表明，真空预压法对于一般软粘土地基，包括超软地基均能获得满意的加固效果。真空预压过程中，地基水平变形向着预压区收缩，真空荷载可以一次抽到最大值而不會产生侧向挤出现象，同时在对地基中孔压监测过程中，发现抽真空能引起地基软土的曼德尔现象。
4 结语
真空堆载联合超载预压法经济、适用、处理效果理想，是值得推广的软基处理方法。该法施工技术可靠、操作可靠，施工质量容易保证，竣工后公路运营效果好，路面变形及不均匀变形都在容许范围内。真空堆载联合超载预压法不仅能够在高速公路中应用，在码头港口工程、机场跑道以及一些大型工民建工程中也可采用。随着该法实践经验的增加和理论研究的深入，必将为真空堆载联合超载预压法的使用提供更广阔空间。
参考文献：
[1]龚晓南.地基处理新技术[M].西安：陕西科学技术出版社，1997.
[2]《地基处理手册》（第二版）编写委员会，地基处理手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.
[3]龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
作者简介：
刘岩（1981-），男，河北承德人，承德石油高等专科学校建筑工程系助教，硕士研究生，主要研究方向为地基基础共同作用、地基处理新技术的应用、新型桩的理论研究与应用。