公路與城市道路工程路基施工中軟土地基施工技術(shù)剖析

年 豐

寧夏正道機(jī)械工程有限公司

公路與城市道路工程路基施工中軟土地基施工技術(shù)剖析

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我國(guó)面積遼闊，地形地質(zhì)復(fù)雜，因此在道路工程施工建設(shè)過程中，軟土地基項(xiàng)目工程經(jīng)常遇到。軟土是天然強(qiáng)度低、抗剪能力差、含水量高、透水性小、壓縮性高、不均勻的黏土物質(zhì)及淤泥質(zhì)土。軟土地區(qū)路基的主要破壞形式為沉降過大引起路基開裂，在較大荷載作用下，地基容易發(fā)生整體剪切或局部剪切，造成路面沉降和路基失穩(wěn)，孔隙水壓力過載(來不及消散)，剪切變形過大，會(huì)造成路基邊坡失穩(wěn)。因此，為了保證工程質(zhì)量和提高安全性，需加強(qiáng)對(duì)軟土地基施工技術(shù)的研究。本文將從以下幾個(gè)方面對(duì)如何進(jìn)行軟土地基的施工技術(shù)處理進(jìn)行闡述。

道路工程；軟土地基；施工技術(shù)

引言

軟土地基簡(jiǎn)稱軟基，在道路等工程中較為常見，其主要指的是含有大量軟土成分，且摻雜一定量粉砂或粉土等土質(zhì)的復(fù)合型地基，這種地基的強(qiáng)度很低，具有較強(qiáng)的可塑性，無法為工程施工提供足夠的承載能力。如果施工中未對(duì)軟基進(jìn)行有效的處理，將有可能引發(fā)沉降﹑塌陷降等不良現(xiàn)象。然而，由于軟基形成原因與作用機(jī)理存在較大的差異，所以施工過程中對(duì)于軟基的處理具有很大的難度，這也成為道路路基施工中的一個(gè)難點(diǎn)，所以施工時(shí)必須對(duì)此給予高度的重視，結(jié)合軟基特點(diǎn)與工程實(shí)際情況，制定行之有效的軟基處理措施。

1 道路路基施工中軟土地基的特點(diǎn)

1.1 天然強(qiáng)度低

抗剪強(qiáng)度低軟土多屬近代水下細(xì)顆粒沉積土，其天然排水抗剪強(qiáng)度小，有效內(nèi)摩擦角僅為幾度甚至接近于零。在荷載作用下，如果軟土能夠充分排水固結(jié)，則其強(qiáng)度將得到明顯的改善。

1.2 含水量高

軟土地基中最為明顯的一個(gè)特點(diǎn)就是其含水量特別高，其含水量介于30%至70%之間，其原因是軟土的成分主要由粘土粒和粉土粒組成，并含少量有機(jī)質(zhì)，含有的礦物晶體細(xì)，在水的吸附作用下形成水膜，由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)為半固體的軟塑狀態(tài)或流塑狀態(tài)，給工程施工帶來極大的威脅。

1.3 透水性差

軟土土壤固結(jié)的速度較之其他土壤的速度較慢，在滲透過程中，即使負(fù)載重量大，其滲透能力依然很小，土壤固結(jié)速度依舊緩慢。若是土壤富含有機(jī)物質(zhì)，土壤會(huì)出現(xiàn)很多氣泡，氣體會(huì)充斥整個(gè)土壤的排水毛細(xì)孔道，使軟土滲透能力變得更低，不能滿足地基施工的強(qiáng)度要求。

1.4 壓縮性高

壓縮性系數(shù)為0.005-0.02，壓縮模量Es＜4MPa，在垂直壓力的作用下路基的沉降量很大。

1.5 不均勻性

由于沉積環(huán)境的變化，粘性上層中局部常夾有厚薄不等的粉土(砂)和雜土，使水平和豎向分布有所差異，作為地基則易產(chǎn)生不均勻沉降。

2 軟土地區(qū)對(duì)路基的基本要求

2.1 路基的整體穩(wěn)定性。在天然的軟土路基上修筑路堤，當(dāng)路堤填筑高度較高時(shí)，產(chǎn)生的填土附加荷載如超出軟土地基的承載力，就會(huì)造成路堤沉陷，則必須對(duì)地基采取加固措施，才能保證路堤的在不利的環(huán)境條件下具有足夠的整體穩(wěn)定性。

2.2 路基變形量的控制。路基在自重和車輛荷載作用下會(huì)產(chǎn)生變形，如地基軟弱，填土過分疏松或潮濕時(shí)，所產(chǎn)生的沉降或固結(jié)﹑不均勻變形，會(huì)導(dǎo)致路面出現(xiàn)過量的變形和應(yīng)力增大，促使路面過早破壞并影響行車舒適性。因此，盡量控制路基﹑地基的變形量，才能給路面以堅(jiān)實(shí)的支承。

2.3 軟土地基的路堤，即使?jié)M足穩(wěn)定性要求，不發(fā)生滑塌，但施工過程中以至填筑完成后，由于軟土壓縮性大，軟土地基在路堤自重的作用下也會(huì)產(chǎn)生沉降，這種沉降在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)持續(xù)，對(duì)路面的縱橫斷面產(chǎn)生影響，難以保證其平整性，引起路面結(jié)構(gòu)的破壞。

3、軟土地區(qū)路基處理施工。

軟土地區(qū)路基處理施工，需要解決的問題是可能出現(xiàn)的路基沉降﹑失穩(wěn)和路﹑橋沉降差過大。

3.1 原地面處理

軟土地基應(yīng)根據(jù)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)﹑埋層深度﹑路堤高度﹑材料場(chǎng)地條件﹑道路等級(jí)等因素分別采取置換土﹑拋石擠淤﹑堆載預(yù)壓﹑反壓護(hù)道﹑砂石及灰土墊層﹑土工織物﹑砂樁﹑粉噴樁﹑深層攪拌加固等措施進(jìn)行處理。如各項(xiàng)處理措施配合使用，其效果會(huì)更好。

3.2 路堤填筑

3.2.1 路堤填筑前，應(yīng)排除地表水，保持地基干燥。

3.2.2 在路﹑橋銜接部位，路基與錐坡填土應(yīng)同步填筑。填料宜采用滲水性材料，分層碾壓厚度應(yīng)控制在20-30cm左右。

3.2.3 軟土地段路基應(yīng)提前安排施工。路堤完成后應(yīng)留有沉降期。修筑路面結(jié)構(gòu)之前，路基沉降應(yīng)基本趨于穩(wěn)定，路基固結(jié)度應(yīng)符合要求。

4 道路路基工程施工中軟土地基施工技術(shù)

4.1 表層處理法

對(duì)軟土地基進(jìn)行表面處理是道路路基軟土地基施工的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，即通過采用針對(duì)性的施工方法對(duì)軟土地基表層進(jìn)行處理，使其初步滿足施工要求。對(duì)軟土地基進(jìn)行表層處理主要有以下幾種：

4.1.1 表層排水法。表層排水法是在路基填筑前，在地面開挖排水溝，以排除地表水，同時(shí)降低地基表層的含水量，確保施工機(jī)械的作業(yè)條件。為了使開挖水溝在施工中發(fā)揮盲溝的作用，常用透水性良好的砂礫回填。水溝布設(shè)應(yīng)考慮地形和土質(zhì)情況，保證排水通暢。

4.1.2 地基加筋法。為了防止軟土地基出現(xiàn)形變和不均勻沉降等不利于工程質(zhì)量的情況，在施工中可以考慮用土工布或土工格柵來鋪設(shè)軟土地基，形成加筋地基，地基加筋后使路基填土載荷達(dá)到相關(guān)要求，并有效增強(qiáng)地基承載能力，提升軟土地基的整體穩(wěn)定性；

4.1.3 砂墊層法。砂墊層法是在軟土地基頂面鋪設(shè)的砂墊層作為軟土層固結(jié)所需的上部排水層，以加速沉降的發(fā)展，縮短固結(jié)的過程。一般用于軟土距地面不深且厚度薄時(shí)，不必采用深層處理或僅用堆載加壓即能使其達(dá)到沉降穩(wěn)定。砂墊層的作用是為了加固地基和增強(qiáng)排水。砂墊層可作為路堤內(nèi)的地下排水層，以降低堤內(nèi)水位，改善施工時(shí)重機(jī)械的作業(yè)條件。砂墊層要求級(jí)配良好，同時(shí)又應(yīng)注意其厚度和鋪設(shè)位置。

4.1.4 穩(wěn)固劑表層處理法。穩(wěn)固劑表層處理法是用石灰﹑水泥等穩(wěn)定材料，摻入軟弱的表層地基中，改善地基的壓縮性和強(qiáng)度特征，以降低地基中的含水量，增加土體強(qiáng)度，達(dá)到固化土體的目的，保證機(jī)械作業(yè)條件，提高路堤填土的穩(wěn)定及壓實(shí)效果。軟土地基表層處理厚度應(yīng)根據(jù)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)而定，一般為0.3～0.6m為宜，過薄則效果差，過厚則不經(jīng)濟(jì)。

4.2 換填法

換填法是將路基范圍內(nèi)的軟土挖除，用穩(wěn)定性好的土石回填。當(dāng)軟土距地面近，厚度較薄，甚至地面上有魚塘或稻田，往往表面有腐泥，可直接將這些腐泥﹑軟土挖除，換填天然砂礫或適宜材料消除隱患。換填法按排淤方式可分為開挖換填法﹑拋石擠淤法2種。

4.2.1 開挖換填。開挖換填在一定范圍內(nèi)，把影響路基穩(wěn)定性的軟土用機(jī)械挖除，用無侵蝕作用的低壓縮性散體材料置換，并分層壓實(shí)。按軟土的分布形態(tài)有全斷面開挖開挖換填和局部開挖換填。開挖的深度和邊坡根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度﹑路堤填筑高度由設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。開挖換填所用填料一般有灰土﹑砂卵石﹑天然砂礫﹑碎石及性能穩(wěn)定的工業(yè)廢渣。

(1)換填石灰土。換填石灰土一般用于不滲水路基，土料就地取用粘性土打碎過篩，石灰消解后其粒徑不大于10mm；灰土配合比根據(jù)試驗(yàn)確定，一般為3：7。拌合時(shí)根據(jù)氣候和土的濕度適量澆水，拌好的灰土均勻，含水量以用手緊握灰土成團(tuán)，用手指輕捏即碎為宜。鋪設(shè)前，應(yīng)將基底碾壓數(shù)遍，鋪土應(yīng)分段分層碾壓。鋪上的灰土當(dāng)日應(yīng)碾壓完成。

(2)換填砂﹑卵石﹑天然砂礫。所用的材料宜為級(jí)配良好﹑質(zhì)地堅(jiān)硬的中粗砂﹑卵石或天然砂礫，不含草根雜物。換填每層松鋪厚度為20～30cm，施工時(shí)控制最佳含水量。

(3)換填碎石﹑工業(yè)廢渣。換填碎石或工業(yè)廢渣是目前應(yīng)用較多的一種地基加固方法。碎石和工業(yè)廢渣有足夠強(qiáng)度，變形模量大，穩(wěn)定性好，地基固結(jié)快，處理后的路基沉降能達(dá)到穩(wěn)定要求。

4.2.2 拋石擠淤。拋石擠淤是在路基底部拋設(shè)一定數(shù)量的毛石，將淤泥擠出基底范圍，提高地基的強(qiáng)度。這種方法施工簡(jiǎn)單﹑迅速﹑方便。主要適用于常年積水的洼地，排水困難，泥炭呈流動(dòng)狀態(tài)，厚度較薄，表層無硬殼，毛石能沉達(dá)底部的泥沼軟土。拋投片石的大小，隨泥炭或淤泥的稠度而定，拋投的順序應(yīng)先從路堤中部開始，中部向前突進(jìn)后再漸次向兩側(cè)擴(kuò)展，以使淤泥向兩側(cè)擠出。當(dāng)軟土或泥沼底部有較大的橫坡時(shí)，拋石應(yīng)從高的一側(cè)向低的一側(cè)擴(kuò)展，并在低的一側(cè)多拋一些毛石。毛石拋出水面后，應(yīng)用重型壓路機(jī)碾壓密實(shí)，并在其上鋪上嵌縫料，再行填筑路基土。

4.3 強(qiáng)夯法

在道路路基施工中，針對(duì)濕陷性黃土軟土地基的處理，可以采用強(qiáng)夯擠密法進(jìn)行處理。濕陷性黃土土質(zhì)較均勻，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙發(fā)育，存在大量節(jié)理和裂隙，在受水侵濕的作用下產(chǎn)生路基變形﹑凹陷﹑開裂，道路邊坡崩塌，剝落，道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部易被水沖蝕成洞或暗河，采用強(qiáng)夯設(shè)備夯實(shí)擠密效果顯著，壓縮土顆粒間隙，減小附加下沉，且強(qiáng)夯擠密法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，施工速度快，因地制宜，就地取材的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。還有一種方法為強(qiáng)夯置換法，對(duì)于厚度小于6米的軟粘土層采用強(qiáng)夯置換法處理，邊夯邊填碎石等粗粒材料，形成深度為3-6米，直徑2米左右的碎石樁體與周圍土體形成復(fù)合地基來加固軟基，同時(shí)，強(qiáng)夯法造成的振動(dòng)﹑噪聲等公共危害比較大。

4.4 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是在天然軟土地基表層設(shè)置砂墊層等水平向排水體，在地基中設(shè)置沙井等豎向排水體，然后加載預(yù)壓，使土體的空隙排水，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高。排水固結(jié)法具有節(jié)省土方﹑少占農(nóng)田﹑經(jīng)濟(jì)有效等特點(diǎn)，可用于加固較軟地基，特別適用于路堤高度大于極限高度或農(nóng)田地段和填料來源困難的情況。在天然土層的水平排水性能較差垂直向較好，或軟土存在有連續(xù)薄砂層時(shí)，采用此法較好。

4.5 復(fù)合地基法

粉噴樁﹑旋噴樁。它是用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機(jī)械，在地下深層將水泥漿液或粉體經(jīng)攪拌后通過化學(xué)和物理作用形成的樁體。并與樁周的加強(qiáng)土體形成復(fù)核地基，以增加地基承載力﹑壓縮模量和抗剪力，可承擔(dān)外部較大的荷載。他們具有施工速度快﹑加固深度大﹑效果好﹑對(duì)周圍環(huán)境污染小等特點(diǎn)，目前較多用于道路結(jié)構(gòu)物及結(jié)構(gòu)物與路堤過度地段地基處理施工，尤其是工期緊迫，要求限期通車的地段。

復(fù)合地基法比之前幾種方法施工時(shí)間更快，效果更好，但由于動(dòng)用機(jī)械多，使用材料貴，相應(yīng)造價(jià)也高。故只要時(shí)間允許的情況下，通過其他方法能夠使地基滿足要求，盡量少用復(fù)合地基。

5 在軟土地基施工技術(shù)的運(yùn)用中應(yīng)注意的方面

5.1 注意道路的等級(jí)和交通量

在軟土地基的施工技術(shù)的運(yùn)用中應(yīng)該注意的問題有很多，首先就是要根據(jù)施工道路的等級(jí)和交通量來確定軟土地基的處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同等級(jí)的道路在建設(shè)的過程中也有不同的要求。對(duì)于一般道路，就應(yīng)該采取因地制宜的處理措施，例如，對(duì)于具有一般過濕黏性土地基，就可以采取翻挖晾曬﹑分層實(shí)壓的施工技術(shù)，這樣可以充分發(fā)揮黏土的特性，形成較為堅(jiān)固的路基結(jié)構(gòu)。在對(duì)等級(jí)比較高的道路進(jìn)行施工的過程中，就應(yīng)相對(duì)應(yīng)的采用工藝性比較高的處理方式，這樣可以有效的避免工程在建設(shè)完成后出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。

5.2 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況結(jié)合設(shè)計(jì)要求對(duì)不同路段使用不同的施工技術(shù)

由于軟土地基施工所處的環(huán)境不同，不同路段所處的環(huán)境也不盡相同，地基土質(zhì)的密度﹑強(qiáng)度和穩(wěn)定性也會(huì)有所不同，在施工過程中，由于環(huán)境不同，使得對(duì)道路的承載能力﹑性質(zhì)的要求也不同，所以在施工時(shí)，應(yīng)該對(duì)每個(gè)路段進(jìn)行具體分析，制定相應(yīng)的施工方案，還要根據(jù)施工具體狀況在不同路段之間制定相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行控制，以保證整體工程的施工質(zhì)量。

6.結(jié)語

綜上所述，道路施工遍及全國(guó)各地，軟土地基處理是道路工程施工中必須重視的施工環(huán)節(jié)，因其施工水平極大地影響著道路工程的施工質(zhì)量，軟土地基若對(duì)其處理不當(dāng)，勢(shì)必會(huì)在使用中出現(xiàn)路基沉降以及路面塌陷等問題，影響道路的正常使用，威脅到車輛及行人的生命財(cái)產(chǎn)安全。縱觀多年來對(duì)道路軟基處理的施工，圍繞解決路基沉降及路橋連接處跳車現(xiàn)象，先后嘗試運(yùn)用了多種方法，從單一的地基處理技術(shù)走向因地制宜，各種方法綜合使用。但地基處理不可能完全消除后續(xù)沉降，路堤高度是影響工后沉降的重要因素，地基條件是影響地基處理效果的主要因素。因此，還需要我們?cè)谝院蟮穆坊幚硎┕?shí)踐中繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以探求更好，更先進(jìn)的軟基處理方法。

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