軟土路基處理在公路工程施工中的應用探究

李松青

（南充高新技術產業園區管理委員會，四川南充 637000）

0.引言

隨著我國經濟的騰飛，公路行業的快速發展，工程技術的突飛猛進，在施工過程中，軟基處理施工質量是影響工程整體質量的主要因素之一。因此，需要在進行軟基施工時利用加固技術，進而提升工程整體的施工質量和水平。

1.軟土地基的形成及分析

結合筆者公路工程施工管理的實際情況來看，軟土地基主要是由道路路基處于淤泥、腐質土、松軟沖填土、雜填土與其他高壓縮性軟弱土層，以上種類土層的含水率或孔隙率較大，可塑性較高或者空氣中的水分滲透到地基的內部結構中，導致軟土地基內部水分含量增加，使得整體結構的強度下降。施工過程需要針對這些情況進行有效處理，重點提升軟土地基的強度，降低土質可塑性，保證地基結構的施工可以高質量完成，避免影響到后續道路工程施工，從而降低路基沉降影響道路質量和運營安全；如果未能針對軟土地基進行加固處理，會導致軟土地基在后續的使用過程中長期受到外力的影響出現不同程度的變形，一旦地基結構出現軟土流動情況，會嚴重影響到地基結構的承載力，路基就會出現沉降、變形、開裂、滑移等病害，導致路面安全隱患，影響使用功能和營運安全。并且，隨著工業化、城市化進程加快，大挖大填現象日益突出，雜填土和素填土大有存在，如南充高新區內科技一路長1530m路段，就有920m路段為2017年修建廠房挖山傾填的雜填土，填土高度最深達24.8m，按照新的規劃需在此修建科技一路道路，該路段雖經過幾年的自然沉降，由于這些填土經山水、雨水浸泡，空隙較大，具有較高的含水量，經鉆堪試驗分析K0+360-K0+720路段，1m～2m范圍已風化、軟化成塑狀黏性土，2m～5.2m范圍碎塊風化程度一般為強風化，部分中風化，均勻性差，粒徑大小一般為2cm～15cm，局部可達30cm以上，充填少量細粒土，鉆探時偶有掉鉆現象，結合動力觸探試驗可知局部存在較大孔隙，空隙高度一般為4m～10cm，5.2m以下為較完好的雜填土，但仍存在極少部分空隙，空隙高度一般為3m～6cm。經過土質分析，抗剪能力相對較弱，與此同時，填土中包含部分粉土粒和黏土粒，整體的黏性相對較低，在外界力的綜合作用下，形成所謂的軟弱地基?？偟膩碚f，形成軟弱地基的原因很多，有自然因素，也有人為因素，我們在施工中要區別對待，認真分析，采取切實有效的軟基處理方式，從而達到理想效果。

2.道路軟基處理的意義與原則

2.1 軟基處理的意義

一是軟土地基處理是提升公路工程施工質量的關鍵。結合目前公路工程的施工情況來看，施工環節的技術應用和施工質量與工程實際需求還存在一定的差異，尤其是在西南地區，由于地質結構、梅雨氣候的特殊性，如果軟基處理不到位，導致道路在修建過程就出現承載力不足，產生質量病害。二是軟土地基處理是道路安全營運的保障。因軟土地基并不具備較強的使用性能，從而導致后續道路使用過程中存在較大的安全隱患，不僅會影響道路的使用壽命，形成較為嚴重的安全隱患，也可能導致道路安全事故。三是舒適生活的新要求。隨著人們生活水平的提高，科學技術的日趨成熟，交通行業的迅猛發展，人們對公路質量要求提出了新的更高要求，對公路的通行能力，感官要求也提出了更高要求，公路質量的要求不僅僅是“通”，更是朝著“暢（通）”“安（全）”“舒（適）”的新標準、新要求發展，軟土地基處理不當造成后期道路變形、沉降、波浪等病害，影響行車舒適性，甚至影響正常通行，出現安全隱患，因此軟土地基的加固技術水平和處理方式關系到道路的整體質量，我們需要根據不同路段的具體情況，以及施工區域的地質條件等，選擇不同的軟基處理加固技術，以滿足人們日益增長的需求。

2.2 軟基加固處理的原則

在公路工程軟土路基施工的過程中，需要遵循以下原則：一是需要遵循針對性原則。目前公路施工軟土地基的加固處理技術種類較多，但是在實際應用的過程中，各種方法和基本原理都存在一定的特定性和指向性，也存在技術缺陷，一種方法并不適合所有的軟弱地基處理，因此，我們在選擇軟基加固處理技術的過程中，需要充分結合施工路段土質、位置、特性的具體要求，通過比較、分析，試驗數據最終掌握不同施工技術和施工工藝的優缺點，可以針對不同的施工內容采取針對性的處理方案，堅持整合與整體相結合的原則，結合施工區域的地質條件，盡可能降低施工環節的各項資源損耗，避免施工工作對周圍環境造成負面影響。二是需要遵循經濟性原則。在施工過程中應注重經濟、環境以及安全保護，軟土路基加固技術的應用需要根據軟土設計情況以及技術原理，對路基結構進行設計時，需要充分考慮到公路工程的實際施工要求與施工區域的環境特點，保證軟土地基的施工設計具有較強的可行性和經濟性。同一種軟土路基處理可以采取多種方法，在正式設計之前，需要針對施工現場的地質情況、土壤質量、施工要求進行數據收集，并結合當地可能出現的自然災害以及公路施工的各種數據情況，制定有效的預防措施，選取最為經濟適用，效果明顯的處理方式。三是需要遵循安全性原則。軟土路基處理我們還要綜合兼顧周邊環境，確保周邊構筑物結構安全，確保施工安全，如上述科技一路從經濟性上考慮強夯法處理應是最好的方法，但科技一路周邊企業已經形成，廠房樁基礎距離道路最近僅18m位置，強夯勢必對企業廠房及其他構筑物造成影響，存在一定的安全風險。四是需要遵循可靠性原則。在對軟土地基進行施工時，巖土的數據參數會對軟土地基的具體加固技術的應用造成較大的影響，因此，設計人員需要提前針對地基施工區域的地質結構分析，了解土壤質量分布，在軟土地基的加固技術的應用環節，需要多個技術應用方案和解決方案，進而增強軟土地基施工的可靠性。

3.施工中的軟基加固方法

3.1 置換加筋法

置換法公路工程軟土路基的加固施工是最簡單，也是最直接的一種方法。該方法簡單、方便、適用，沒有任何技術含量，也就是直接把承載力不夠、含水量高或不宜做路基回填土的有機土挖除，換填合格的土質即可。該方法不適于大面積或是換填深度較大的軟基處理，上述科技一路軟土地基面積較大，但K0+960-K1+100路段屬頁巖高挖方路段，挖出棄土正好項目利用，我們采取挖至路基高程后，再行挖除3.5m～5.2m被雨水、地下水侵蝕的軟土后，經過翻挖1m進行分層碾壓填筑，每1m增設一道高筋土工格柵以提高土體整體結構性能，每層填筑厚度嚴格按照路基填筑規范進行，并分層測定壓實度（壓實度按92控制，附設計圖圖1）。

圖1 特殊路基處理設計圖（一）

該項目施工翻挖時，應特別注意對不良土體進行清除，包括大型的石塊以及淤泥或含水量偏高的土質，再根據道路工程的施工要求，選擇其他路段挖出的新鮮頁巖充當回填材料，按分層厚度30cm左右進行回填，我們采用26t的振動碾壓機壓實，分層檢測壓實度，均達到設計值92，該道路經過一年的營運，未出現任何質量問題。該項目如采用其他的軟基處理方法如CFG樁、注漿加固也許都能達到效果，但造價上將會增加許多，并且工期也將增長。

3.2 強夯加固法

強夯加固技術是目前公路工程道路施工軟土地基加固過程中最近幾年興起的一種軟土地基處理方法，該技術擁有造價低、施工速度快、適應能力較強、應用范圍較廣等特點，因此得到廣泛運用，特別是夯擊能的不斷增大，現在很多夯實設備已經達到單擊能30000kN·m，夯實深度達到25m。該加固技術主要是通過施加作用力的方式對原有的土層結構進行破壞，達到動力固結、動力密實以及密實置換的效果，夯擊能的大小，錘頭落距、夯實擊數、間距都將直接影響土體的沉降度。故需要根據施工環境的氣候、構筑物的建筑特性，嚴格按照施工圖紙和技術流程進行施工，避免影響、破壞周邊構筑物，該方法雖工期短、成本低，但具有振動大、擾動大等特點，對周邊環境及構筑物間距要求較高，在公路工程已被廣泛使用，但市政道路建設，特別是在周邊環境復雜情況下慎用。

3.3 反壓護道法

反壓護道主要用于施工過程中路堤基本成型，道路出現軟弱地基產生剪切、滑移，導致路基沉降、開裂、變形，路基邊坡外已出現隆起病害情況下使用的一種補救措施方法。也就是為防止并保證路基穩定，對積水路段和填土高度超過臨界高度路段在路堤一側或兩側填筑具有一定寬度和厚度的土體，增加路側土體重量，起到反壓作用防止邊坡坡腳部位隆起，達到一個平衡點，以提高路堤在施工中的滑動破壞安全系數，從而保證路堤的穩定，其填筑高度一般不宜超過路堤高度的1/2。該種方法不需要特殊專用設備機具和材料，施工簡單方便，但使用有一定的局限性，特別是耕作區和取土困難的地區不宜使用，后期沉降量大，養護成本高，故多使用于施工過程中已經明顯出現不穩定的填方或發生了滑移破壞填方時，作為應急措施和修復措施適用。

3.4 排水固結法

排水固結是充分利用地基排水固結特性，通過施加頂壓荷載，并增設各種排水條件（砂井和排水墊層等排水體），以加速飽和軟黏土固結發展的一種軟土地基處理方法。由于軟土地基結構中有大量水分，如果地基結構長期暴露在空氣中，會受到環境因素的影響快速吸收空氣中的水分，而過量的水分含量會導致軟土地基的整體性能受到影響。因此，我們需要針對這一情況，采取排水固結技術降低軟土地基結構中的水分含量。在應用加固技術的過程中，將塑料排水板橫向鋪設在軟土地基中形成排水柱，同時施加壓力將軟土地基的水分快速排出到提前挖好的排水道中，當軟土地基結構中的水分大量排出后，會提升軟土地基結構的整體穩定性和抗剪性能，從而起到固化土質，保障路基穩定，提高道路施工質量的目的。在正式施工之前，要充分分析土壤的沉降量以及地基結構的穩定特性，經過數據分析，當達不到施工要求時，那么排水固結的結構就需適當調整，重新進行分析測算，以達到最佳效果。同時還需要根據軟土地基加固施工的實際情況，選擇排水量和排水范圍，相關設施都需要符合排水要求。該方法對處理泥炭土、有機質土和其他次固結變形占很大比例的土效果較差，只有當主固結變形和次固結變形相比所占比例較大時才有明顯效果。

3.5 砂（碎石）墊層法

砂墊層其實也是一種置換軟土地基的一種方法，也是將一定厚度的軟弱地基層全挖除，采用置換為中粗砂或級配碎石、卵碎石進行分層填筑的施工方法。砂（碎石）墊層的主要作用是提高軟土地基結構持力層承載力，可以有效降低基礎沉降量，由于砂墊層具有較強的透水性，可以加快地基結構水分的排出速度，進而實現軟土地基的固結。在對砂（碎石）墊層進行設計的過程中，我們需要確定斷面的合理厚度和寬度，保障有足夠的厚度可以置換可能剪切破壞的軟土層，同時需要在砂墊層的兩側留有足夠的寬度。在對砂墊層進行施工時，需要合理控制軟土地基結構的含水量，采取分層鋪筑、分層壓實的技術方法。該方法具有施工簡便、功效好、承載力大、沉降量小等特點，但隨著環保要求越來越高，砂石資源越來越緊缺，砂（碎石）成本越來越高，該方法使用空間越來越窄。

3.6 預應力管樁法

預應力管樁加固路基是一種擠密軟土，通過預應力樁及擠密后的土地共同作用增加地基承載力的一種方法，該技術的應用不僅可以保證軟土地基有效加固，也可以縮短軟土地基的加固時間，避免地基結構長期暴露在空氣環境中。該方法有施工效果好、地基承載力強等特點，但具有施工工藝復雜、技術要求高、工程造價高等缺點，不被大面積適用，一般用于較低級承臺樁基，軟基較深且無孤石、障礙物、堅硬夾層的軟基處理。在應用該技術的過程中需要注意：一是施工人員需要明確軟土路基的具體位置，并針對特定位置進行加固處理，可以有效避免出現施工方案與實際情況不符的問題發生；二是需要根據軟土地基的結構特點，提前做好測量打樁工作，重點提升打（靜壓）樁的準確度，保證后續加固工作可以有效開展；三是需要考慮到軟土地基的結構地形，合理確定打樁位置，選擇預應力管樁的規格。

3.7 碎石樁加固法

碎石樁有純碎石樁和各類復合材料組成的碎石樁，對軟弱地基進行處理的統稱，最終形成復合地基的一種處理方法，其中以CFG樁為代表。CFG樁也就是水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機械制成的具有一定強度的可變強度樁，也是一種低強度混凝土樁，也是充分利用樁與土的摩擦力，增加其土間承載力，并可傳遞荷載到深層地基中去的一種處理方式，該方法具有較好的技術性能和經濟效果，也因為技術成熟，處理成本相對較低，地基承載力高的優點廣泛運用于高等級道路中。南充高新區高新大道是南充市交通的“五縱六橫”中五縱之一，也是高新區和西充縣融南新區之間的一條交通主干道，全長約9.6km，標準路段紅線寬度為80m，雙向八車道設計，其交通重要性凸顯，路線范圍廣泛分布在魚塘、水田、河灘地等場地內，根據勘察報告，軟土類型包括軟塑黏以及耕植土等，設計采用在高路堤K9+000-K9+360段或橋頭軟弱地基范圍內存在超過較厚的軟塑或可塑粉質黏土層時，設計采用復合地基的碎石樁，以提高路堤穩定性，降低后期沉降。如圖2所示。

圖2 碎石樁處理橫斷面圖

3.8 注漿加固法

注漿加固主要是軟弱地基土體注入固化劑（水泥、石灰、粉煤灰等）用以填充土體孔隙，并使土體膠結成整體的一種加固方法。該方法利用高壓氣壓或高壓液壓加以填充滲透、擠密等方式，把能凝固的漿液注入土體中，驅走土體中孔隙內的氣體或水分，并以其填充，待漿液硬化后使土體膠結為一個整體，用以改善土體受力狀態和有效傳遞荷載的功能，從而加固土體，防止不均勻沉降，達到改善路基承載力的目的。該方法也主要是對后期病害的一種處理方法，其施工設備簡單、施工方便、破壞小、修復快等特點，被比較廣泛運用于構筑物墻背回填變形處理。在蓬安縣工業園區主干道上的潘家扁橋2012年修建后，橋臺回填出現比較均勻沉降，出現橋頭跳車，但對橋梁主體未發生影響，2013年我們采用Φ110mm孔徑，孔間距1.5m的梅花樁型布孔，注入普通硅酸鹽水泥P.O32.5水泥調制而成的水灰比為1：1的純水泥漿，該橋梁運行近10年未出現質量病害，是又一軟弱地基處理成功案例。

4.結語

軟土地基結構是保障公路工程整體質量的重要組成部分，其加固處理方法很多，各種方法均有不同特性，我們需要根據公路工程施工的具體要求，針對施工區域環境和地質條件進行詳細調查和分析，對不同土壤地質結構和不同施工環境進行經濟性、安全性、可靠性對比，選取合適的機械設備，編制恰當的加固方案，科學組織施工，才能有效保障公路工程質量。