高速公路軟土地基處治措施探析

牛小玲

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 太原 030031）

1 概述

近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，大大促進了公路交通事業(yè)的發(fā)展，很多省市大力開展高速公路建設(shè)工作。在高速公路穿越池塘、河谷等地區(qū)時，軟土地基的處治是其中的一個重要的施工項目。結(jié)合濕軟地基的特點，采取相應(yīng)的方法進行處治。常用的濕軟地基處治方法有超挖回填法、排水固結(jié)法、拋石擠淤法等，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇加固措施。對于軟土地基的加固方法，目前已經(jīng)進行了大量的研究，并已逐步形成了一套系統(tǒng)的加固方案。然而，在實際施工過程中，工程地基情況復(fù)雜多變，地基沉降變形大，為了保證地基穩(wěn)定，還受到工程投資、建設(shè)工期等因素的影響，必須結(jié)合工程實際合理選擇處治方法。

2 軟基的相關(guān)特點以及其產(chǎn)生的危害

軟土地基承載力比較低，不能滿足公路路基施工要求，尤其是進行路堤填方施工很容易產(chǎn)生嚴重的沉降。地基沉降往往會造成其上部構(gòu)造物的嚴重變形，最終出現(xiàn)嚴重的質(zhì)量問題。軟土地基最主要的危害是地基沉降比較大或者是沉降不均勻，造成路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉陷，進而影響道路通行能力和行車安全。另外，軟土地基的滑移，會造成路基路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)整體滑動變形，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)破壞。軟土地基含水量大、壓縮性強、易產(chǎn)生沉降變形，通過分析確定軟土地基主要具有以下工程特點：

2.1 壓縮性強

軟土內(nèi)部含水量高、孔隙大，可壓縮性強。在外界荷載的作用下，將軟土內(nèi)部的水分和空氣排出，會產(chǎn)生較大的變形，進而導(dǎo)致產(chǎn)生不均勻沉降，造成地基上部構(gòu)造物破壞。

2.2 強度低

軟土地基強度低，在外部壓力和干擾的作用下，軟土結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)破壞。在軟土地基受到壓力和震動時，很容易出現(xiàn)滑坡、沉降、塌陷等破壞形式，這也說明軟土地基的強度較低。

2.3 容易產(chǎn)生不均勻沉降

軟土均勻性較差，在外界荷載作用下容易產(chǎn)生不均勻沉降。由于軟土地基形成環(huán)境的獨特性，土質(zhì)均勻性較差，在土基和車輛荷載的綜合作用下很容易產(chǎn)生不均勻變形。施工前必須制定施工方案進行處治，否則會出現(xiàn)不均勻沉降，造成路基路面結(jié)構(gòu)破壞。

2.4 含水量高，透水性差

結(jié)合試驗檢測結(jié)果，軟土地基含水量較高，且透水性較差。與其他不同類型的土壤結(jié)構(gòu)相比，軟土滲水速度遠低于其他土體。含水量高容易造成凍脹翻漿，影響路基路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。施工前必須采取措施進行排水，提高地基的穩(wěn)定性。

3 軟土地基常用處理方法

3.1 換填法

換填法是將軟土地基部分或全部挖除，然后再換填透水性較好的材料。這種方法施工工藝簡單，容易操作，質(zhì)量也容易保證，通常換填厚度在1～2 m。換填法施工主要以機械施工為主，人工為輔，采用機械設(shè)備將軟土地基全部挖除，并回填強度高、承載力強、穩(wěn)定好的填料，碾壓密實后在進行上部構(gòu)造物的施工。

通常，采用換填法處治的軟土地基深度不超過3 m，換填厚度過大會增加工程造價，影響經(jīng)濟性。常用的換填材料有碎石、二灰土、砂礫材料等，這些材料不僅僅自身強度高、穩(wěn)定性好，對周邊土體的影響也較小。進行換填施工前要制定科學(xué)合理的施工方案，綜合考慮路基截面形狀、工程地質(zhì)條件、承載力要求、材料供應(yīng)和施工人員的技術(shù)水平等因素。另外，還需要注意保證換填的厚度和寬度，以防止在車輛荷載作用下產(chǎn)生剪切破壞，保證土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。壓實質(zhì)量是軟土地基換填施工控制的關(guān)鍵，不僅要做好機械設(shè)備的選配和組合，還要建立試驗段確定壓實施工參數(shù)。另外，在施工過程中必須做好壓實質(zhì)量檢驗，確保壓實質(zhì)量合格。

3.2 排水固結(jié)法

在公路軟土地基處治中，排水固結(jié)法是最常用的方法之一。這種處治方法的原理是在軟土地基處治之前，采用砂袋、塑料排水管等措施設(shè)置的排水通道，排出地基內(nèi)部的多余水分。軟土地基內(nèi)部多余的孔隙水被排出，可提高土體的密實度，降低土體的孔隙比，進而達到提高土體強度的作用。這種方法廣泛應(yīng)用在淤泥質(zhì)或者粘土性質(zhì)的軟土地基中，排水效果較好。

也可采用豎向排水體，排出軟土地基內(nèi)部的水分提高地基承載力。在排水固結(jié)施工中，可以采用加載的方式（如真空預(yù)壓法、砂井預(yù)壓法等）提高排水速度。采用排水固結(jié)法，可以逐步排出地基內(nèi)部多余的水分，使土體慢慢固結(jié)，達到提高土體強度的目的。排水固結(jié)施工中，軟土地基會出現(xiàn)不同程度的沉降，這是由于水分排出造成的。另外，水平鋪設(shè)砂墊層配合排水固結(jié)法進行施工，可以提高軟基處治效果。

3.3 密實法

3.3.1 強夯法

強夯法是比較常用的一種軟土地基處治方法，將大型夯錘提高到一定高度后以自由落體的方式夯擊地基，利用沖擊力排出軟土地基內(nèi)部的孔隙水、使土體密實，加速固結(jié)，提高地基承載力。強夯法施工前應(yīng)制定方案，確定落錘高度、夯擊能量和夯擊遍數(shù)等施工參數(shù)，做好夯點布置。強夯法適用于飽和度較低的粉粘土，處治深度為6m～8 m。強夯法所使用的的機械設(shè)備簡單，施工效率高，施工工期短，對施工工藝要求不高，節(jié)約原材料。然而，強夯法對施工現(xiàn)場的周邊環(huán)境要求較嚴格，還會污染周邊環(huán)境。因此，在選擇強夯法處治軟土地基前，必須綜合考慮各方面因素。

3.3.2 拋石擠淤法

拋石擠淤法是在軟土地基內(nèi)部拋填一定數(shù)量和規(guī)格的片石，并借助外力的作用將軟土地基內(nèi)部的淤泥擠出，最終以片石代替淤泥，達到提高軟土地基的目的。這種方法適用于液性指數(shù)較高的土體，與置換方式不同，拋石擠淤法是使用片石置換淤泥，改變了路基地基的結(jié)構(gòu)，是一種安全、有效的處理方法。拋石擠淤法施工的關(guān)鍵是拋石速度，速度越快，可以排除越多的淤泥。對山區(qū)高速公路，路基開挖下來的片石可以直接拋填到軟土地基，節(jié)約了原材料。為了防止處治后的軟土地基碾壓過程中出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象，應(yīng)在其上部攤鋪一層30 cm左右的砂礫石墊層。

3.4 復(fù)合式地基法

復(fù)合式地基法是通過在軟土地基中設(shè)置構(gòu)造物，構(gòu)造物與軟土形成一個復(fù)合式的地基結(jié)構(gòu)，共同承受外部荷載，達到提高地基承載能力和強度。常用的復(fù)合式地基形式有碎石樁、水泥攪拌樁和CFG樁。

3.4.1 碎石樁

碎石樁加固是通過碎石替換濕軟地基的松散或粘性土體，形成具有一定強度的穩(wěn)定樁體，提高地基土抗滑和抗剪性能，進而達到提高軟土地基承載力的目的。碎石樁對軟土地基的加固作用主要包括以下三個方面：第一方面是通過碎石置換軟土地基提高地基土的強度；第二方面是在碎石樁形成過程中對其周邊土體進行擠密，進而增加樁體周圍土體的強度；第三方面是通過擠壓，提高地基土體的排水速度，提高土體固結(jié)的速度。

3.4.2 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁是按照一定比例拌制水泥漿液，并按照一定的壓力將水泥漿壓入地基土中，攪拌均勻后形成一個穩(wěn)定的，具有一定強度的樁體，與天然地基成為一個整體，進而達到提高地基承載力的目的。水泥攪拌樁適用于地基土含水量高、滲透性差的地基，處治深度最高可以達到15m。這種處理方法對周邊環(huán)境影響較小，可充分利用地基土，可有效提高地基強度。但其施工費用較高，會增加工程造價，且質(zhì)量控制難度較大。

3.4.3 CFG樁

CFG 樁是按照比例將碎石、水泥、砂等材料拌制均勻，并將其與地基土充分拌和形成樁體，提高地基承載力的一種加固方法。CFG 樁適用于砂土、粉黏土地基的處理，最大加固深度可以達到25m。這種方法施工速度快，樁體強度高，可提高明顯地基承載力，也便于進行質(zhì)量控制，但會增加工程造價。

3.5 化學(xué)加固法

化學(xué)加固法是利用化學(xué)漿液注入軟土中，并借助壓實的方法將松散的土體固結(jié)為一個整體，這種方法適用于粉土、砂土、粘性土及人工雜填土的軟土地基。常用的化學(xué)加固法有單液硅化法或堿液法，通過漿液與軟土中的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，生成穩(wěn)定的膠結(jié)體。

4 軟土地基處治施工重點

4.1 合理制定軟基處治方案

在軟土地基施工之前，結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況制定軟基處治方案，并分析期可行性。編制專項施工方案，對機械設(shè)備和施工人員進行合理調(diào)配，原材料盡量就地取材，節(jié)約成本。

4.2 做好施工組織

為了保證工程順利按期完成，施工過程中對人員、機械設(shè)備和各施工工序做好施工組織。盡量縮短各施工工序之間的銜接時間，提高施工效率。做好人員、機械設(shè)備的調(diào)配，保證各項工作的順利開展。施工準備階段做好原材料的配比設(shè)計、實地勘探、清表整平和測量放樣工作，在施工過程中做好質(zhì)量控制和檢查驗收工作，保證工程質(zhì)量。

4.3 優(yōu)化排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)的設(shè)置對軟土地基處理十分關(guān)鍵，有效的排水可以加速軟土地基固結(jié)，提高地基土的強度和承載能力，提高軟土地基加固效果。在軟土地基處理過程中，應(yīng)重視對排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，保證排水效果。軟土地基處治排水系統(tǒng)可采用豎向排水通道和橫向排水通道相結(jié)合的方式，首先在軟土地基內(nèi)部設(shè)置豎向排水通道，然后在軟土地基頂部鋪設(shè)砂墊層形成橫向排水通道，加快排水速度。為了加速軟土地基排水固結(jié)，通常采用加壓的方式。最常見的加壓方式是堆載，通過在軟土地基施加一定的豎向壓力，加速水的排除，進而提高軟土固結(jié)速度。加壓與排水系統(tǒng)相結(jié)合的方式是軟土地基排水的常用方法，但必須做好施工組織，嚴格按照施工順序和施工要求施工。

4.4 做好地基沉降處理

軟土地基的處治效果一般采用沉降觀測的方式進行檢驗，當?shù)鼗两盗窟B續(xù)兩個月低于5mm時，即認為地基沉降變形已趨于穩(wěn)定，可以進行卸載。然而，施工中由于受到各類外界因素的影響，也會造成路基出現(xiàn)沉降，必須對地基進行進一步處理。常用的沉降處治方法有以下兩種：

（1）石灰土處治技術(shù)。按照一定比例將石灰和優(yōu)質(zhì)土拌和均勻，回填后進行碾壓。石灰土?xí)a(chǎn)生一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)，起到減少地基土內(nèi)部的水分、提高地基土強度、加速地基土固結(jié)的作用。石灰土可以是地基土快速板結(jié)，提高地基土的強度和承載能力。提高了地基土的整體穩(wěn)定性，也提高了抵抗沉降變形的能力。

（2）選用輕質(zhì)路基填料。高速公路的設(shè)計標高的是一定的，通常不會采用降低路基標高的方法來降低路基土自重，可優(yōu)先輕質(zhì)路基填料。地基上部的很大一部分來自其上部路基的自重，采用輕質(zhì)路基填料可以減輕地基土自重，進而降低地基上部的荷載。輕質(zhì)路基填料密度小，可有效降低作用在地基上部的有效壓力，進而減少或避免地基沉降，常用的路基填料有粉煤灰、EPS 超輕質(zhì)填料等。在降低路基土自重的前提下，還要提高軟土沉降變形穩(wěn)定的速度，保證路基土的抗剪強度。另外，采用輕質(zhì)可減少土方用量，節(jié)約施工成本。

5 結(jié)語

軟土地基含水量高、可壓縮性高、承載力低，處治不當會造成路基路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。在高速公路施工過程中，應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場工程地質(zhì)、施工環(huán)境等因素，合理選擇軟土地基處治方法。文章分析了軟土地基的危害和工程特點，全面闡述換填法、排水固結(jié)法、密實法、復(fù)合地基法、化學(xué)加固法等處治方法，分析了加固原理、適用范圍和施工重點。合理選擇處治方法可有效提高軟土路基固結(jié)速度，最終達到提高地基承載力，防止地基不均勻沉降的目的。