高速公路工程施工中的軟基處理關鍵技術

雷亞楠

（中鐵二十二局集團第五工程有限公司，重慶 400042）

1 高速公路建設軟基問題

1.1 研究的必要性

經過多年的積累，我國高速公路工程施工的技術和方法得到了顯著改進，特別是高速公路工程中軟土地基處理的整體質量和水平。但是，在處理軟土地基的過程中，存在關鍵技術應用不準確的問題，這會對整體施工進度造成影響，還會對后期高速公路的運行造成一些安全隱患，因此，有必要深入研究軟土地基處理的相關技術，以確保高速公路建設的質量要求。

1.2 高速公路建設中常見軟基問題匯總

在高速公路建設過程中常見的軟土地基問題主要有兩種，分別為：其一，抗滲透能力強。在軟基建設過程中，軟土地基存在一個主要特性即具有很強的抗滲性。由于軟土基底的滲透性較差，垂直滲透系數低且不穩定，這將直接影響土壤的排水性能。同時，軟土空間大空隙也大，抗壓能力不足，這將影響地基沉降的參數提升；其二，沉降與路面開裂，因為軟土地基土層之間的間隙繼續增大，導致土層之間的間隙大小不均，從而頻繁出現沉降情況，當這個沉降情況波及基底時就會產生路面開裂；另外，過渡段較低的軟土等級的地面結構缺乏控制，軟土地基的結構剛度不足和路基的形狀時常發生變化，都會直接影響高速公路在運行后產生沉降或路面開裂情況。

2 工程概況

2.1 工程簡介

本文以CD 經濟區環線高速公路JPTJ-9 標段高速公路工程項目為例，進行軟基處理技術的分析，其原因為該標段地質情況特殊，同時出現了具有代表性的數種軟基情況，而在因地制宜的采取多種軟基處理技術工藝后，該項目的工程質量及路基承載能力都得到了實踐驗證。該標段工程里程樁號為K261+201～K274+100，總長12.899km，在整個工程建設過程當中，主要涉及仁壽縣、彭山縣、東坡區境內等三部分地區建設，其中路基挖方142.79 萬m3，填方295.86 萬m3，借方190.03 萬m3，涵洞及通道36 道。本標段路基段落內魚塘、水田較多，地基處理形式多，其中挖淤排水1556.5m，低填淺挖路基1710m，軟弱地基4003m，膨脹土路基1958m，特殊路基（涵洞地基）101.2m，總計9319.7m，占路基總長度83%。應對相應軟基情況，分別采用了：路基填方沖擊碾壓、塑料排水板處理、有涵基水泥攪拌樁處理以及膨脹土坡的菱形網格防護等施工工藝。項目施工平面布置圖如圖1 所示。

圖1 JPTJ-9 標段施工布置平面圖

2.2 地質構造情況

該標段部分區域處于斷裂帶處，斷切侏羅系和白堊系，破碎帶寬2～7m，總體走向北20～30°東，局部彎曲，為逆斷層性質。尤其仁壽斷層區域，北起中江，經仁壽傾向北西，傾角28～82°，與西坡斷裂傾向相反，均向背斜核部相向傾斜，消失于三疊紀地層中。

2.3 JPTJ-9 標段工程重點難點歸納

2.3.1 地質斷裂構造

受標段內仁壽斷層區域及東西坡背斜核部斷裂傾向的地質斷裂構造情況影響，該標段施工中路基處理難度大幅提升，失穩、滑坡崩塌等地質災害產生概率增大。

2.3.2 軟弱地基

該標段穿越深丘地形,場地的工程地質條件簡單，工程地質問題較為單一，不良地質及特殊地質現象主要為軟基（整體工程共有軟弱地基段71 處），地形寬緩區的山間坳地或坳溝處，軟～硬塑，厚度1～7m。路堤填筑超過土體極限填高時，易發生土體剪切失穩、路基工后沉降過大等現象，不能滿足路堤填筑要求。丘陵區內地表/地下水排泄能力差，沖溝內覆低液限粘土，高液限粘土及低液限粉土，厚2～10m 不等，含水量高，土體容許承載力差，快剪C、φ 值小，含水量高，路堤填筑時易發生失穩及過大工后沉降。

2.3.3 標段內弱膨脹土分布廣

該標段彭山境內山前臺地或高階地上分布的褐黃至鮮黃色，含有鈣質結核（局部缺失）的粉質粘土有中-弱膨脹性。對于分布有膨脹土的路段，其土方應慎用，該路段路面底基層以下加鋪厚層石灰土墊層，路基面橫坡盡可能大一些。路基填高宜控制在3m 以內，路堤邊坡坡率宜取1：1.5～1:1.75，土質路塹邊坡坡率宜取1:1.75～2.0，加強排水措施，路基邊溝適當加寬并盡可能加深，溝底應在土基頂面以下至少40～50cm。

隨著膠質瘤發病率的逐年增加，膠質瘤已威脅全球健康。現階段手術治療療效明確，不同等級膠質瘤中以WHO Ⅳ級膠質母細胞瘤預后較差。是否復發仍無有效手段評估，故而對其發生發展的分子機制研究顯得尤為重要。近年來人們發現lncRNA參與多種疾病的發生發展，如動脈粥樣硬化[11]、腫瘤、糖尿病[12]。

3 標段內軟基處理技術重點研究

3.1 路基填方沖擊碾壓技術

3.1.1 橫斷面處置情況

該技術主要應用于CK0+185～CK0+403.3 段落施工中，此處為軟弱地基并且跨越匯水面積不大、縱坡平緩的沖溝，處理距離為218m，該技術實施的目標為使地基承載力滿足相應路堤高度的需求，并且避免施工后沉降及路面開裂情況的產生。具體技術處置橫斷面示意圖如圖2 所示。

圖2 路基填方沖擊碾壓技術處置橫斷面示意圖

3.1.2 工藝要點研究

由于是軟弱地基所以在常規路基相同材料的前提下，采用分層填筑、分層碾壓、分層檢測，達到標準的前期處理壓實度后，才可繼續進行沖擊碾壓技術的實施。該工藝實施過程中要點可歸納有二，分別為：

其一，施工原理、機械參數與軟基指標的契合。沖擊碾壓技術采取的是非圓形雙輪滾動，將揉搓與沖擊完美結合的壓實技術，沖擊壓實機可改變傳統震動壓實高頻率、低振幅的工作情況，變為高振幅低頻率，在高能量的作用下對填料進行深層壓實，對于土方石的壓實效果有著明顯提升，從而實現降低沉降發生率提升高路基抗變力防止路面開裂產生的效果。在這個工作原理下為更好的對軟弱地基產生效果，可將機械工作參數設定為：沖擊能量25KJ; 壓實寬度2×1000mm，工作速度10～15km/h,有效壓實厚度1.0m，壓實影響深度5.0m。同時結合相應的軟弱地基指標和填料指標，進行三邊形沖擊施工，以達到最好的壓實效果。

其二，技術細節的歸納：（1）在涵洞施工時，如涵洞通道水平距離在5m 以內，涵洞頂板填土厚度在6m，距居民建筑距離小于20m，以上情況存在其一均不可采用沖擊碾壓技術；（2）結合相應碾壓影響深度參數與軟弱地基的具體情況，有時該技術需輔助以普通壓路機完成；（3）軟基施工時路基邊緣是最薄弱的部分，因此根據實際填料種類、邊坡高度、軟基情況可酌情對路基邊緣補充碾壓5～8 次；（4）如圖2 所示的路堤高度大于18m 的高填路基沖擊碾壓作業時，應在路床頂以下20cm、50cm 及80cm 處分別鋪設雙向土工隔柵，橫向鋪至距邊坡50cm 處, 這樣做的效果是可提升每延長米縱向拉伸屈服強度≥80KN/m，延伸率≤10%。

3.2 塑料排水板處理技術

3.2.1 布置情況

當軟基厚度h 在區間3.0m＜h≤10.0m 范圍內時，被視為厚層處理，以塑料排水板處理基礎為主.在案例標段中塑料排水板規格為SPB-1 型和SVD-1 型兩種，反壓護道寬度為B1，反壓護道高度為H1，排水板間距AS通常≤2.0m，其具體數值按具體情況計算獲取，鋪設方式以正三角法進行，插板深度直達基巖面處，具體數值可計算獲取。具體坡腳大樣圖如圖3 所示，平面布置情況如圖4 所示，橫斷面情況如圖5所示。

圖3 塑料排水板處理軟基坡腳大樣圖

圖4 塑料排水板處理軟基平面布置情況

圖5 塑料排水板處理軟基橫斷面示意圖

3.2.2 工藝要點研究

在軟弱地基實施塑料排水板處理時，工藝要點有三，首要原則是避免對柔弱地基進行過大的擾動或隆起；其次是對砂礫石的選擇比較苛刻，要盡量采用天然砂礫石，去除植物根莖以及其他雜質，含泥量必須≯5%，并且砂礫石的最大粒徑≯5cm，通過16mm 篩孔的質量百分率≮85%，通過0.3mm篩孔的質量百分率≯20%；第三在塑料排水板插設時其間距不差應在15cm 內，砂礫石墊層外長度不應超過20cm。如對3.1 節中所示路堤高度大于18m 的高填路基進行工藝實施時，同樣要設置雙向土工隔柵，土工隔柵與前文3.1.2 節中指標相同。當軟基處理預壓期結束后，方可進行后續的邊坡防護和排水工程施工，以保證沉降穩定。

3.3 有涵基水泥攪拌樁處理技術

3.3.1 布置情況

當涵洞基底厚度h≥4.0m 時，為更好的提升涵洞基底的承載能力，控制沉降，在塑料排水板處理技術基礎上，還應附加水泥攪拌樁技術對軟基進行處理，由于攪拌樁的布置呈梅花狀，該技術也被稱為涵基梅花樁工藝。布置時水泥攪拌樁間距d 為1.2m，噴射有效樁徑為50cm，樁深要達到基巖面或壓縮性比較低的硬度土層（如卵石、砂礫石等）。其具體布置的剖面圖和平面圖情況分別由圖6、圖7 所示。

圖6 有涵基水泥攪拌樁布置剖面圖

圖7 有涵基水泥攪拌樁布置平面圖

3.3.2 工藝要點研究

水泥攪拌樁技術受涵洞基底具體參數及基巖情況影響極大，因此在正式開工前，必須通過試驗樁對涵洞的基底基巖進行相應測試，以明確相應工藝參數的設定，具體試驗樁測試要點為：為保證測試的精度，每組以兩根試驗樁進行測試，水泥強度采用等級為42.5 的普通硅酸鹽水泥，兩根試驗樁分別以水泥摻比12%和15%進行測試，并記錄相應參數。隨后還要以原位測試法做好“電通、料通”等前期準備，在平整場地后如圖7 做好相應的樁位設定（具體施工時先做黑色樁位，再做白色樁位），樁位偏差≯5cm,豎向偏斜≯1%。在具體施工完成后7 天，要挖去地面線下≥1.2m 的復合地基，同時還要滿足挖去后的復合地基頂與涵基底面距離應滿足≥60cm,在復合地基上鋪砂礫石層，再分層壓實至基底面標高處。

3.4 膨脹土坡的菱形網格防護

3.4.1 布置情況

由前文2.3 節中內容可知，該標段彭山境內山前臺地或高階地上分布的粉質粘土有中-弱膨脹性，當邊坡高度＜3m時，需放緩邊坡至1:1.75～2.0，采用菱形網技術進行防護。鋪設完菱形網格后均點種植草籽達到提升穩定性、防滲透、加固路基、緩解邊坡沉降等目標。

菱形網防護結構圖如圖8 所示。

圖8 膨脹土坡菱形網防護結構圖

膨脹土坡菱形網護坡工藝剖面情況如圖9，圖10 所示。

圖9 膨脹土坡菱形網防護剖面圖A

圖10 膨脹土坡菱形網防護剖面圖B

3.4.2 工藝要點研究

在采用菱形網技術對膨脹土坡進行防護時如圖8，材料統一采用M7.5 漿糊片（卵）石0.092 立方米，具體挖方邊坡、鑲邊數量等數據參數參照表1 所示。

表1 菱形網防護平膨脹土坡挖方、鑲邊數據參數表

完成菱形網格防護鋪設后，應在其上掛三維網種植草灌進行坡面防護，同時菱形網格每間隔10～25m 設一道沉降縫。

4 結論

我國的地形復雜多變，在目前高速公路的建設過程中，軟基基底約占整個施工路段總量的1/3。此外，高速公路軟基基底的施工直接影響到項目的整體質量。對于長路堤而言，受軟基基底客觀性的影響在其上方施工，路面竣工后15 年內殘余沉降量（工后沉降）不大于20cm；與明涵（含矩形板通道等）相鄰的20m 長的路堤，在路面竣工后15 年內的殘余工后沉降量不大于10cm；對于與橋臺相鄰處50m 范圍內的路堤，在路面竣工后15 年內的殘余沉降量不大于10cm，即算實現建設目標。經過對本文所選施工段工后指標的實際情況考察，本文所采用的軟基處理技術實施后可以有效解決在高速公路建設過程中存在的滲透、開裂、沉降等問題，從而能夠有效的保證公路建設的質量，提高路基的承載能力，為公路長期運行提供安全保證。