高速公路工程施工中軟基處理關鍵技術

王曉明，夏祥山

（鐘祥市交通運輸局，湖北 荊門 448000）

1 軟基的物理與力學特性及其對高速公路施工的影響

1.1 軟基的物理與力學特性

高速公路工程施工中遇到的軟質地基大多是風化松散的巖石、砂土或者黏土，也有更加復雜和難處理的人工填土或者淤泥，而且通常情況下軟基層的厚度分布不均勻、成分變化十分復雜，但在物理性狀上都呈現出結構相對松散、穩定性差以及含水率高的共性。要想讓高速公路工程基礎結構所承擔的荷載順利傳遞，必須改變軟基層的物理結構和狀態，否則在復雜的道路運輸荷載的作用下，軟基層脆弱的抗剪切能力會使其發生流變和沉降，導致路基、邊坡失穩以及路面結構損壞。此外軟質地基松散的砂土通常有較高的含水率，因此當地下水水位因季節、氣溫等因素反復升高、回落時，地基會出現明顯的脹縮現象，導致路面結構被破壞。

1.2 對高速公路施工的影響

軟質地基對高速公路工程的施工有多方面的不利影響。首先，由于其在靜載下有較大的壓縮和沉降空間，因此在高速公路施工時隨著路基、路面結構施工的進行，會因路面靜載逐漸加大而出現不均勻沉降，導致上層結構出現裂隙或失穩[1]。其次，軟質地基所處位置通常地下水水位偏高，造成地基土層含水率高且承載力不足，影響樁基、路塹等的施工質量。目前高速公路工程日益向復雜水文地質環境延伸，能否妥善處理軟質地基成為影響工程建設質量的重要因素。

2 常見軟基處理方法及關鍵技術

軟質地基處理的根本目的在于保障高速公路施工的順利進行，并且確保路基和路面結構的穩定性與耐久性。因此常見的處理技術分別從降低軟基的含水率、增強其力學性能并控制其后期沉降量的角度出發，通過土層置換、添加具有強化作用的工程材料以及排水和密實等途徑，使其承載力等指標達到高速公路工程的設計要求。目前常見的軟基處理方法如圖1所示。其中的堆載預壓法原理相對簡單，但只能起到壓實較薄軟質基底的作用，處理效果不易控制，只適用于小范圍的黏土、砂土以及人工填土等，目前在高速公路工程施工中應用極少。

2.1 墊層換填法的應用

圖1 軟土地基常見處理方法

墊層換填是最簡便有效的軟基處理方法，其原理是將軟基層鏟除,置換成碎石、砂土以及粉煤灰等性能相對較好的填料，或者直接填加水泥等材料加以強化。該技術的應用一方面讓基底更加穩定和密實，達到足夠高的承載力和保障路基穩定性，另一方面還可以降低基底的含水率，減少水分對路基與路面結構的侵蝕和影響。目前這一施工技術通常應用在淺表地基的硬化處理，適用于軟土層較薄、工程量不大的情況。在具體施工時，首先，應根據土層結構和周邊環境特點選擇填料，控制好碎石等材料的級配，在必要時鋪設土工格柵或土工布，用于強化軟質基底的力學性能，并且達到抗滲、隔離的作用。其次，置換后的墊層應進行碾壓，確保其達到理想的密實度。最后，對于含水率較高、厚度不大的軟質基底，也可以添加石灰與水泥等材料并壓實，利用其特殊的物理化學性質達到強化軟土層、降低基底含水率的目的。

2.2 排水固結法的適用范圍與技術要點

含水率偏高是軟質基底易沉降變形和承載力不足的重要原因，因此排除其中的水分既可以壓縮巖土顆粒間的孔隙，又能在自重與外力作用下使之擠嵌密實，形成相對穩固的整體結構，改善其荷載傳遞能力。排水固結法就是基于這一原理，采用加壓抽水等工藝降低軟基含水率，并且使其內部結構足夠緊密，能夠把路基路面結構靜載以及動態交通荷載有效傳遞至基底深處，控制在重力以及交通荷載作用下的沉降和變形[2]。這一軟基技術在處理土層較厚且含水率較高的軟基時，能夠取得理想的效果而且施工效率很高，但對于滲透性極強的泥炭等類型軟基則不適用。

2.3 深層攪拌法的關鍵技術

深層攪拌法是目前最可靠和高效的軟基處理技術，只要進行深入的水文與工程地質勘查和分析，合理地設計施工工藝，幾乎能夠適用于所有類型的軟質地基加固施工。根據工藝原理與施工使用的主要材料的不同，深層攪拌法可大致分為水泥攪拌樁與水泥粉煤灰碎石樁兩種。前者采用鉆孔噴射水泥漿料或粉料的成樁工藝，根據軟基的強化處理需要、軟基層厚度以及含水率等，計算成樁直徑、間距以及樁長等參數[3]；而且需要通過實驗確定水泥漿料配比、水泥用量以及鉆孔和灌注設備的各項工藝參數，保障成樁效果以及達到預期的基底承載力。后者亦被簡稱為CFG樁，根據軟基土質、地層構造等的不同，可選擇四種不同工藝，如圖2所示。其中，長螺旋鉆孔灌注樁與沉管灌注樁的應用較多。CFG樁與水泥灌注樁的軟基處理技術最大的區別在于加固原理，前者由于利用碎石等鋪設了褥墊層，因此讓樁體周邊土層有效參與荷載傳遞，而不是僅依賴CFG樁達到承載力要求。

圖2 CFG樁工藝類型

2.4 鎮壓擠密法的原理與應用

鎮壓與擠密法是利用工程機械直接沖擊碾壓軟土層，或者通過成孔灌注砂石料并加壓擠密的方法，達到提升基底承載力的目的。鎮壓法可選用沖擊式壓路機，通過試驗測量、記錄軟土層的沉降量、壓實度等數據，確定最終的設備型號、沖擊碾壓遍數等工藝參數，從而確定詳細的施工工藝方案[4]。擠壓密實法能夠適用于15m以下厚度的軟基處理，根據土質選擇成孔設備，合理設計孔距、樁徑等參數，并且需要在灌注砂石料成樁后加壓擠密，在施工后檢測復合地基的承載力。

3 軟基處理工藝設計及質量管理

由于高速公路工程施工沿線地基土質多變，在施工技術方案設計中遇到軟土層時，需科學地選擇處理技術并設計詳細的工藝方案，給出精確的工藝參數、質量控制標準以及規范化的操作流程，確保經過處理的地基滿足高速公路的設計標準。

3.1 基于全面地質勘查與實驗分析確定施工技術方案

軟質基底的含水率、地層構造以及巖性等信息是設計施工工藝的關鍵依據，因此應首先收集當地的水文與工程地質勘探資料，結合現場實際勘查以及測繪獲取詳盡信息和數據，作為分析論證軟基處理技術方案的依據。其次，針對軟基層厚、分布以及巖土性質特征等初步確定處理技術，按照相關設計標準計算深層攪拌樁混合料配比、填料粒徑與級配等參數[5]。最后，對于深層攪拌法以及沖擊碾壓等處理工藝，應進行混合料配比以及碾壓工藝可行性等實驗，采集和記錄關鍵工藝參數、所需設備型號以及確定原材料用量和配比等，用于指導正式的軟基處理施工以及檢測評價施工質量。

3.2 按照試驗段施工與實驗獲得的參數管理現場施工

在高速公路工程軟基處理施工現場，應遵循施工技術方案設計的要求，按照規范化的流程、設定的工藝參數完成各工序的施工。并且在施工過程中及時測量和校核樁孔位置、墊層密實度等，監測關鍵觀測點的地基沉降量與原材料用量，確保軟基處理效果達到預期[6]。首先，需要做好施工技術的交底，對于施工技術難度較大的部分做好應急預案。例如深層攪拌樁的鉆孔灌注施工，針對可能出現的機械設備故障，需要制定好處理措施，保障成樁質量以及施工過程的連續性。其次，在使用水泥混合料的施工環節，除了保障配比的精確性之外，還需要控制好施工節奏，保證預拌混合料在相關標準規定的時間灌注、填充完畢，以保障其固化之后的強度。

3.3 對軟基處理效果進行科學的檢測和評價

在高速公路工程軟基處理施工過程中，應由有相應資質的檢測機構及人員對軟基處理效果進行科學的檢測和評價?；趯嶒灆z測、現場觀測以及采樣分析等，評估處理后高速公路地基的承載力、穩定性等，判斷其能否滿足路基與路面的施工要求。首先，基于對施工過程制作的樁基混合料試塊的養護與試驗檢測，分析評估復合地基在特定齡期的強度等指標，并且選擇合適的時機抽樣進行單樁靜載試驗，評價地基的承載力。其次，深層攪拌樁在完成施工3d后應檢測評估成樁質量，采用動力觸探器進行抽樣檢測，并且在7日齡檢驗水泥攪拌樁的樁頭質量，挖開周邊土層測量樁徑并觀察其均勻度，而深層攪拌樁的抗壓強度等指標需要通過鉆孔取樣試驗完成。各項試驗的抽樣比例、檢測數量以及試驗流程均應依據相關技術規范完成，最終對高速公路的軟基整體承載力給出綜合評價，對于達不到設計標準的情況，采取增加攪拌樁數量等進一步的加固措施。

4 結束語

隨著高速公路工程施工環境條件的復雜化以及道路設計標準的提高，需要進行加固處理的軟基會越來越多。只有了解各種不同處理技術的適用范圍、質量控制要點和應用原則，才能夠針對不同性質的軟質基底設計出可行的技術方案，保障處理效果以及高速公路的整體施工質量。