1. 軟土路基后處理技術(shù)的誕生
1999 年，京港澳高速公路湖北省武漢東西湖某路段長(zhǎng)約 300m，設(shè)計(jì)填方高度 6.8m 左右，因勘察盲區(qū)原因，原設(shè)計(jì)為天然地基。當(dāng)路基填方施工高度超過 5m 時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)路基沉降量變化速率達(dá) 5mm/d，水平振動(dòng)位移大于 20mm。經(jīng)補(bǔ)充勘察，發(fā)現(xiàn)路堤下淺層地基存在 9m 左右厚度的淤泥，分析認(rèn)為路基穩(wěn)定性已達(dá)臨界點(diǎn)。為保證路基安全，必須立即停止施工進(jìn)行處理。
當(dāng)時(shí)恰逢作者在湖北省交通廳系統(tǒng)進(jìn)行水泥土樁復(fù)合地基技術(shù)的講座交流活動(dòng)，經(jīng)項(xiàng)目部邀請(qǐng)，前往現(xiàn)場(chǎng)幫助參與解決問題。毫無疑問，最直接的解決問題辦法是全部挖除已填路基后的“路改橋”方案。該方案安全可靠，但費(fèi)用較大、工期無法滿足指揮部要求。此后，我提出了采用本文方法進(jìn)行處理，經(jīng)過論證研究，指揮部采納了這一方案。方案設(shè)計(jì)采用直徑 400mm 無砂混凝土樁，樁長(zhǎng) 18m，間距 2m 方形布置，樁底端進(jìn)入好土層老黏土約 2m，如圖 1。為確保施工期間路堤的穩(wěn)定性，需均勻?qū)ΨQ施工無砂混凝土樁，樁采用螺旋鉆機(jī)取土成孔方式。成孔過程中，軟弱土層中超孔隙水壓得到迅速釋放，路基固結(jié)沉降變形速率很快，加固施工大約 50 天期間，路基最大附加沉降為 300mm?？梢?，后處理技術(shù)的固結(jié)效果遠(yuǎn)好于單純的堆載預(yù)壓或真空預(yù)壓和聯(lián)合預(yù)壓方法。檢測(cè)結(jié)果顯示工后 20d～30d，路基變形速度即達(dá)到規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。
圖 1 某軟土路基后處理工程沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果
與預(yù)先采用的攪拌樁復(fù)合地基、碎石樁復(fù)合地基、排水板等處理方法處理的同類路基相比，該方法處理后的路基沉降穩(wěn)定速度是最快的。
方案實(shí)施不僅有效治理了危險(xiǎn)段路基工程、提高了路基質(zhì)量，滿足了通車要求，還節(jié)約了大筆資金，獲得圓滿成功。
爾后，路基后處理技術(shù)先后在湖北、湖南、河南等省的京港澳高速、大廣高速、荊襄高速、孝襄高速、鄭少高速、滬陜高速等國內(nèi) 10 多條高速公路中得到成功應(yīng)用。在連霍高速公路河南段、京港澳高速公路河南段等加寬改造工程中使用，取得了良好的技術(shù)效果。
2. 路基后處理技術(shù)概念及其作用機(jī)理
路基后處理技術(shù)是在已進(jìn)行全部或部分填方路基填筑后施工無砂混凝土樁、CFG 樁或靜壓預(yù)制樁，爾后如圖 2，再進(jìn)行后填路基或墊層、路面結(jié)構(gòu)等施工的路基處理技術(shù)。
圖 2 后處理路基技術(shù)概念
對(duì)填筑在飽和軟土地基上的高填方路基，在先填路基標(biāo)高施工無砂砼小樁，通過鉆孔、投碎石、灌注水泥漿等工序形成無砂混凝土樁復(fù)合地基。該過程具有快速排水排氣固結(jié)、固化、豎向置換增強(qiáng)等綜合作用機(jī)理（圖 3）。
圖 3 軟土地基后處理技術(shù)作用原理
如圖4，后處理技術(shù)也可以用于道路的加寬改造、橋“臺(tái)后跳車”處理等。
圖 4 后處理形式
后處理技術(shù)，可使地基獲得快速固結(jié)效果，加快了路基填筑施工速度、節(jié)約工期，大幅度減少路基工后固結(jié)沉降。
圖 5 某二次處理工程斷面
技術(shù)的創(chuàng)新離不開人類創(chuàng)造性思維，創(chuàng)造性思維是以感知、記憶、思考、聯(lián)想、理解等能力為基礎(chǔ)，以綜合、探索、求新、超越為特征的高級(jí)心理活動(dòng)。一項(xiàng)巖土工程技術(shù)的創(chuàng)新成果的取得，往往要經(jīng)過長(zhǎng)期的工程經(jīng)驗(yàn)積累、理論探索和技術(shù)鉆研，甚至可能遭受挫折和失敗方能取得。創(chuàng)造性思維的過程，則離不開繁多的推理、想象、聯(lián)想、直覺等思維活動(dòng)。
總結(jié)該技術(shù)形成過程中的創(chuàng)造性思維有下列兩點(diǎn)：
?。?）通過聯(lián)想、直覺思維實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力路徑原理與固結(jié)理論的靈活應(yīng)用。
圖 6 應(yīng)力路徑對(duì)變形影響原理 左圖所示 ABC 表示先不排水試驗(yàn)，其有效應(yīng)力路徑為曲線 AB，從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)孔隙水壓力增加、有效應(yīng)力下降，達(dá)到接近破壞的 B 點(diǎn)后，排水固結(jié)，此時(shí)保持 q 不變而增加 P，應(yīng)力路徑為 BC。AC 表示三軸壓縮排水試驗(yàn)的有效應(yīng)力路徑。
以上兩種應(yīng)力路徑，初始應(yīng)力和最終應(yīng)力狀態(tài)相同，而相應(yīng)的軸向應(yīng)變是不相同的，如右圖所示。后處理方法的填土過程可視為曲線 AB 路徑，后處理施工過程對(duì)應(yīng) BC 路徑。可見，在后處理樁施工完成時(shí)，地基變形遠(yuǎn)大于先處理方法。
將后處理無砂混凝土樁復(fù)合地基與經(jīng)典的“彈簧-活塞-水”模型比較，可以采用傳統(tǒng)一維固結(jié)理論對(duì)其進(jìn)行固結(jié)沉降、工后沉降的計(jì)算分析。
圖 7 彈簧－活塞－水模型
無砂混凝土樁成樁施工過程的成孔、投碎石形成的碎石樁，不僅成為很好的豎向排水通道，同時(shí)縮短了水平向滲流路徑；通過碎石樁內(nèi)預(yù)留管注漿，起到了壓力排水、注漿置換、固化土的作用。飽和軟土中超孔隙水壓力得到迅速消散，地基快速固結(jié)，固結(jié)后軟土強(qiáng)度指標(biāo)的提高和后期形成的無砂混凝土樁增強(qiáng)體復(fù)合地基，既保證了路基穩(wěn)定性、又提高了路基的工作性能。
考慮利用填土荷載和無砂混凝土樁施工技術(shù)及其實(shí)施過程，實(shí)現(xiàn)地基土的快速固結(jié)，這一思維是對(duì)多種地基處理方法的聯(lián)合運(yùn)用與求新思維的體現(xiàn)。
4. 結(jié)語
創(chuàng)造性思維是一種具有開創(chuàng)意義的思維活動(dòng)，即開拓人類認(rèn)識(shí)新領(lǐng)域、開創(chuàng)人類認(rèn)識(shí)新成果的思維活動(dòng)，技術(shù)創(chuàng)新離不開創(chuàng)造性思維。對(duì)巖土工程，應(yīng)當(dāng)樹立“理論源于實(shí)踐又指導(dǎo)實(shí)踐”思想，做到“學(xué)以致用、融會(huì)貫通、熟可生巧”。軟土路基后處理技術(shù)的創(chuàng)新，來自工程需求和解決問題的動(dòng)力，以及巖土工程理論知識(shí)的聯(lián)合運(yùn)用和產(chǎn)生的技術(shù)靈感。
后處理技術(shù)具有固結(jié)速度快、工后沉降小、處理費(fèi)用低、工期短等十分顯著的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，未來將成為路基、地基處理技術(shù)的發(fā)展和研究方向，或?qū)?duì)推動(dòng)我國地基處理的技術(shù)進(jìn)步帶來深遠(yuǎn)積極的影響。
最后，作者及其團(tuán)隊(duì)與全國道路交通、市政工程界的管理、技術(shù)人員，在路基后處理技術(shù)方面進(jìn)行了卓有成效的合作，在此謹(jǐn)向各位合作者的大力支持表示衷心的感謝！
作者簡(jiǎn)介
周同和，男，1964 年5 月生于江蘇泰州市。鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院教授級(jí)高工，國家注冊(cè)土木（巖土）工程師。
主要學(xué)術(shù)職務(wù)與社會(huì)兼職：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑工程技術(shù)專家委員會(huì)委員，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑地基基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員、施工安全標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員、強(qiáng)制性條文協(xié)調(diào)委地基基礎(chǔ)分委會(huì)委員，中國建筑學(xué)會(huì)地基基礎(chǔ)分會(huì)副理事長(zhǎng)、河南省建設(shè)科技協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)、河南省土木建筑學(xué)會(huì)土力學(xué)與巖土工程分會(huì)理事長(zhǎng)等。
獲部省級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)12 項(xiàng)、國家優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)行業(yè)獎(jiǎng)1 項(xiàng)，擁有國家發(fā)明專利6項(xiàng)、專有技術(shù)4 項(xiàng)。主持編制國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范》JGJ311-2013、《河南省基坑工程技術(shù)規(guī)范》 DBJ41/139-2014 、《河南省地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》DBJ41/138-2014；參加編制國家標(biāo)準(zhǔn)3 部、國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4 部。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊、會(huì)議發(fā)表論文140 余篇。
主要研究方向：地基（路基）工程技術(shù)與理論、樁基承載力設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化設(shè)計(jì)、基坑工程理論與復(fù)雜條件下支護(hù)技術(shù)、城市地下工程環(huán)境問題與處理技術(shù)、建筑物安全評(píng)價(jià)與加固技術(shù)等。
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