公路路基不良地質處理與分析

摘要 不良地質會造成公路塌陷、變形、開裂和積水，影響公路的承載力和運輸功能。為了明確不同類別的不良地質的處理方法，該文對公路工程常見的不良地質形式和處理方法進行總結和分析，指出了不同處理方法的適用范圍。結果表明公路路基不良地質處理方法可分為物理地質處理法和化學地質處理法，其中化學地質處理方法施工難度更大，但是地基加固效果好。該結論可以為公路工程不良地質處理方案選擇提供理論參考。

關鍵詞 公路工程;路基工程;不良地質;處理分析

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）09-0121-03

引言

地基的穩定性和耐久性決定了公路的使用壽命和安全性。由于公路輻射范圍廣，跨度大，在鋪設過程中會遇到不適合道路鋪設的不良地質。對于不良地質，需要人為地采用相關處理方法改變其原有力學性質和成分狀態，使承載力滿足公路要求。不少研究機構和學者對不良地質的處理方式進行了研究[1]，包括夯實法、挖除置換法、灌漿法和排水固結法等。不同的不良地質處理方法均有其自身的適用對象和技術設備要求，在實際工程中需要結合巖土性質、公路等級要求、不良地質范圍和深度、施工機械、工程預算等進行不良地質處理方案的選擇。對于不良地質處理方法的選擇，既不能追求簡單方便，造成地基無法滿足公路鋪設需求;也不能一味追求先進技術，造成投資和施工難度的增加。要選擇不良地質的處理方案，首先應該明確不良地質處理方案的優缺點和適用性。該文對各種不良地質進行分類，指出各自不良地質對公路的影響。在此基礎上提出了不良地質的處理方案和適用范圍。通過對不良地質處理方法的綜合論述和分析，為施工單位提供參考。

1 不良地質及其危害

不良地質是指無法承擔道路鋪設和車輛荷載的路基基礎。不良地質存在不完整巖體，含水過大的土質或土層內部存在斷層[2]。不良地質在力學性能上的典型特點是耐久性差、承載力差、易產生變形，例如：淤泥層、軟粘土、紅粘土、膨脹土或者空洞等地質基礎。不良地質無法承受車輛行駛造成的動靜荷載，且在環境變化和外力作用下形態發生變化，進而引起路面塌陷、隆起、凹陷、開裂變形，導致公路無法繼續使用，甚至引發安全事故。

不良地基屬性隨著區域和氣候的變化而變化。例如南方湖沼的軟土地基，北方寒冷環境下的凍土地基，以及開挖和地下水下降引起的采空區地基[3]。不良路基如果沒有進行可靠的加固處理，會影響公路的安全性和耐久性以及抵抗極端情況下的承載力。對于軟土地區地基，承載外力能力差，壓縮性高，在車輛荷載作用下會產生塌陷變形，影響道路平整度。同時凹陷區域會出現道路開裂和積水，影響行車安全性。凍土地基在溫度變化的情況下會出現膨脹融沉，造成公路凹凸起伏。對于采空區路基，因為路基內部出現空洞，在長時間外力或者極端荷載作用下會出現大范圍塌陷，造成車輛和人員受損。不良地質形成的道路路基，在面對外界因素變化時不能保證原有強度和形狀，極易發生形態變化，影響道路的完整性和行車的安全性。

2 不良地質處理方法

地基處理的實質是采取人為干預的方式對不良地質進行“重塑”“改良”或者“加固”，改變其抵抗外界荷載和能力和保持形態的特性，改善地基承載力差和容易變形的特點，使其滿足承擔交通荷載不變形的功能要求[4]。不良地基處理的核心任務是增強地質承載力以及保持形態不改變的能力。大量的公路工程實踐推動了不良地基處理技術的發展，目前地基處理已經形成完整的“施工—研究—應用”體系。根據地基處理方法原理的不同，地質處理方法可以分為物理地質處理法和化學地質處理法，具體內容如表1所示。

2.1 物理處理方法

物理處理方法通過改變不良地質的形態達到增加承載力的目的。物理處理方法主要包括：置換法、排水法、壓實法和加筋法。置換法即將不良地質土體挖除，置換成承載力更高的物質。排水法通過對不良土體進行施加長時間的外荷載壓力，不斷排除土體內水分而固結，達到改善土體強度性質的目的。排水法的處理過程稱為排水固結，其原理如圖1所示。

壓實法多通過振搗、沖擊、夯實等方法擠壓不良土體，去除不良土體內部空隙和空洞，使其成為密實的整體，增強在外荷載作用下保持形態的能力。加筋法是在不良地質中加入預應力鋼筋和土錨等材料，加入的材料起承擔荷載和固定土體的作用，使不良土體在錨固材料的作用下形成一個高強度的完整整體。

2.2 化學處理方法

化學處理方法的原理是在不良地質中加入相關材料，該材料與土體相互融合反應，改變不良地質原有的形態和力學性能，形成新的地基基礎。其中攪拌法是在軟弱土中加入水泥、石灰和粉煤灰等固化劑，通過機械攪拌裝置進行深層攪拌，使固化劑與軟弱土混合形成樁柱體。灌漿法，也叫注漿法，適用于存在孔隙和裂縫的不良地質。通過對軟弱地基注入漿液，待漿液凝固后形成圓柱樁或者支撐墻體，增強原狀土的強度和承載力。化學地基處理法的核心是用凝固后承載力更高的漿液充實原有地質的空隙，形成整體后與原有土體一起共同抵抗外來荷載。

3 不良地質處理方法適用性分析

不同不良地基處理方法均有其各自特點和適用性，針對不同性質的不良土體選擇合適的處理方法可以使施工更有針對性，取得更有效的地基處理結果。

3.1 物理處理方法適用性

地基的物理處理方法主要通過添加材料或者改變土體形態的物理方法增加不良地質的承載力。不同物理處理方法對比如表2所示，其中置換法直接通過替換不良土體達到改善地基的目的，受限于施工強度和材料用量，加固深度不宜太深且不適用于大范圍不良地質置換。排水固結和壓實法通過外力荷載改變不良地質的含水量和孔隙率，其中排水固結方法適合淤泥質土體，壓實法適合粉質、砂質土體。排水固結通過預壓不良土體，降低內部含水率，進行壓縮固結，預壓時間較長。在保證地基穩定的前提下，可采用超載預壓方法，即施加超過上部承重的壓力進行壓載，該法對降低地基次固結沉降效果更好。壓實法通過短時間的能量施加，縮小不良地質體積，荷載施加時間較短。加筋法施工難度最大，效果最好，適合大范圍、深度大的不良地質處理。

3.2 化學處理方法適用性

化學處理方法通過在不良土質中注入固化劑或者漿液，使其與原裝土反應形成新的高強度基礎結構。其中深層攪拌法通過將軟粘土地基與水泥、石灰和粉煤灰等固化劑進行機械攪拌，兩者相互混合、反應和凝固。灌漿法或注漿法適用于存在孔隙的砂土地基或者巖石地基，通過向不良地質縫隙中灌入漿液，待漿液凝固成型后形成支護墻體，增強地基強度。不同化學處理方法對比如表3所示。

3.3 對比分析

物理地基處理方法施工機具簡單，操作難度低，造價更低，但是影響范圍小，多適用于深度不大的不良地質處理。化學處理方法可用于深層不良地質處理，且處理后的地基的穩定性和耐久后更好，但是需要專業人員操作，且施工機械復雜。因此不良地質的處理方法選擇不僅需要根據不良地質的性質，還需要依據不良地質范圍和投資預算。

對于小范圍的、深度不大的不良地質，可采用置換方法進行地質處理，該方法簡便易行，造價低廉，且適合所有性質的不良地質。對于大范圍的軟土地基，可采用壓載排水法，因為壓載排水法需要消耗一定時間，需要提前評估其對工期的影響。對于孔隙率高、干燥的砂質土或碎石，可采用壓實法，效果明顯且操作復雜程度低。對于有滑坡風險的地基，加筋法最為適用。如果不良地質深度較大，則需要采用化學處理方法。其中粘性土地基適合采用深層攪拌，非粘性土地基適合采用灌漿法。化學處理方法需要提前進行勘察，確定軟弱體位置和深度，依次確定施工位置，制定合適的施工方案。

4 結論

路基的質量直接決定了公路使用壽命，對于公路路基的不良地質必須進行處理達到符合公路運行的需求。該文就不良地質的處理方法進行總結和分析，給出了不同處理方法的加固地基原理和適用范圍。可以得到以下結論：

（1）公路路基不良地質的處理方法可分為物理地質處理法和化學地質處理法。其中物理地質處理法通過置換、壓實和排水等方法改變原狀土力學性質，使其滿足公路運行要求。化學處理方法通過向不良地質中加入固化劑或注入漿液，使其與原狀土體融合反應，形成新的高強度的改良地質。

（2）在實際工程不良地質方案確定時，須結合現場土體性質以及施工器械和經濟投資進行選擇。該文對不良地質的處理方法進行了分類論述，并分析了各自處理方法的原理和優缺點。

參考文獻

[1]馬勇. 強夯法加固公路地基的設計要點分析[J]. 交通世界， 2020（31）： 55-56.

[2]賀春宇. 淺析高速公路不良地質處理方法[J]. 科技與創新， 2018（6）： 112-113.

[3]王虎.? 新疆維吾爾自治區麥喀高速公路不良地質處治方法研究[D]. 長沙：長沙理工大學， 2017.

[4]張永剛. 公路路基邊坡防護的設計問題與對策[J]. 黑龍江交通科技， 2021（8）： 46-47.

收稿日期：2022-01-26

作者簡介：馮帆（1984—），女，本科，中級工程師，研究方向：公路工程地質勘察。