公路施工中軟土路基的施工技術處理研究

文／何小兵 啟通集團 四川成都 610000

引言：

我國經濟的快速發展，伴隨著公路工程的大面積施工。而在公路工程中，軟土路基公路工程的質量、穩定性、使用壽命對其有直接的影響，同時還會延長工期，對公路工程的造價成本造成不良的影響。因此在軟土路基的處理過程中，需要采取有效的技術對其進行加固，消除相關的影響，并保證公路建設的質量。

1、軟土路基

軟土通常是由靜力、緩慢流水環境中，以細顆粒為主的土壤沉積物，通常情況下土壤顆粒的直徑大小小于一毫米，約在土樣含量中占據50%左右的比例。軟土在形成的過程中，由于缺氧多有機制的情況下，與泥炭和粉砂相互交錯，沉積形成，導致其顆粒較小、穩定性較差。在與泥土、泥炭等土層相間形成后的地基，其穩定性較差，厚度可能達到幾十上百米。形成軟土地基的原因較為復雜，在實際工程建設的過程中，其不同的性質會對建筑工程帶來的影響差別也較大，因此在軟土路基處理的過程中，需要認識軟土路基的性質，以保證處理方式的有效性。

2、軟土路基的性質

2.1 含水量較高、孔隙較大

由于構成軟土的主要土壤為粘土粒和粉土粒，多數情況下會有一定比例的有機質。黏土粒的礦物晶粒很細，呈現薄片狀，在遇到水分子的過程中，會將水分子吸收在粘土粒表面，并在沉積的過程中會以絮狀的形式進行沉積，導致軟土路基的水吸附能力較強，中間還有許多空隙，從而無法發揮良好的成長作用。這種天然含水量較高、孔隙較大的軟土路基，通常含水量在30%以上，部分潮濕、陰冷的山區，軟土路基的含水率會達到200%，軟土路基的孔隙比通常為1:2左右，從而導致其抗剪強度較低，并具有較高的壓縮性。若想改善軟土路基的強度，并確保其在使用過程中不會發生變形，則需要考慮不同的軟土路基處理方法，降低含水量的同時，填補軟土路基的孔隙。

2.2 透水性差

軟土路基的透水系數較低，當其處于荷載的狀態下，固結的速度很慢。特別是在地基中有較高含量的有機質時，有機質會導致土層中存在氣泡現象，并阻塞滲流的通道，使土壤的滲透性能降低。因此在軟土地基上的公路基礎，需要很長時間的沉降才能穩定下來，導致其強度的增長速度、穩定性的增長速度也非常緩慢。這對于公路工程的施工來說是非常不利的。同時軟土地基的滲透性能，在垂直和水平的差別較大，通常情況下水平比垂直的透水能力較強，而在軟土地基改造的過程中，需要充分利用這一特點來提升軟土地基的穩定性。

2.3 抗剪強度低

抗剪強度與土壤的排水固結程度有直接的聯系，在沒有對軟土層進行排水剪切的情況下，其內摩擦角接近于0，內聚力較低無法滿足建設的實際需求。而在我國軟土實驗的過程中，軟土的自然抗剪強度通常在20Kpa左右，其抗剪強度會隨著表層深度的增加而逐漸提升。當軟土地基在荷載情況下，對軟土地基進行排水、固結的過程中，其抗剪強度會產生明顯的變化，固結速度越快，其強度越高。因此在軟土路基的處理過程中，增加固結速度也是非常有效的改善方法。

2.4 壓縮性高

在通常情況下，軟土層的壓縮系數在0.5-1.5Mpa，最高時可達到4.5 Mpa。同時由于軟土層多處于正常固結的狀態，導致其壓縮性能較高，在荷載的情況下，由于較高的壓縮性，其產生沉降的現象會比較明顯，同時自然沉降固結的時間會較長。同時也會存在超固結的軟土，超固結軟土當其荷載力沒有超過其固結壓力時，其很難產生沉降現象。因此在對軟土路基處理的過程中，也需要重視軟土層的天然固結狀態。因為該狀態會影響到軟土層的變形特性，對它的強度和核載能力也有較大的影響。

2.5 有明顯的流變性

在荷載力的影響下，軟土會因應力的作用而出現緩慢的剪切變形現象，在施工的過程中會對軟土路基的結構、抗剪強度造成影響。在固結沉降完成后，軟土地基的流變性還可能引起進一步的次固結沉降，對軟土地基的安全性造成影響。

2.6 有明顯的結構性

軟土層的結構往往呈現出絮狀結構，絮狀結構的土壤很容易受到擾動的影響，導致其強度、穩定性發生變化，甚至會出現土壤的流動狀態。特別是我國沿海軟土層，由于其土壤有大量的海相粘土，土壤的靈敏性較高，在該區域的路基建設過程中，需要注重開挖和地基處理過程中的擾動影響，從而有效減少周圍土體的變形，避免對地基土的強度造成不良的影響。

3、公路施工中軟土路基的處理技術

3.1 表層處理法

首先，為了排出軟土路基中較多的水分，需要對地表水進行有效的處理，在地面開挖水溝，通過排除地表水的方式來降低表層的含水量。從而使施工機械能夠獲得良好的作業空間。同時為了確保開挖的水溝在施工過程中可以作為盲溝來進一步排水，需要采用透水性能較高的沙礫進行回填，并根據該區域的地形、土質條件進行合理的調整，從而確保地表水的排水作業能夠有效展開。一般情況下，排除地表水的水溝上面尺寸應當為深0.5-1m，寬為0.5m，并采用沙礫進行回填，從而形成排水性能較高的盲溝，若需要埋設孔管的情況下，則需要采用對應的過濾材料對孔管進行有效的保護。

其次，采用砂墊層法對軟土路基的土體條件進行改良。砂墊層法需要根據路梯的高度、軟土層的性質和厚度選擇性的進行使用，軟土層厚度較大的情況下，沙墊層施工法的難度較高，太薄的情況下無法發揮良好的加固作用。這種方法可以加速軟土地基的沉降發展速度，使軟土地基的固結過程得到加速。而沙墊層也可以作為軟土路基的地下排水層，從而發揮良好的排水作用。在通常情況下，砂墊層法主要用于路堤的高度低于1/2的極限高度；且軟土層表面沒有形成透水性較低的硬殼；軟土層不是很厚，并且具有雙面排水的條件；施工期限不緊迫。砂墊層的施工則需要采用中砂和粗砂進行有效的級配，確保顆粒的不均勻系數在5以內，不均勻的含量在3-5%左右。施工過程中可以采用自卸汽車和推土機進行均勻的攤鋪，同時注意不能過度集中相應的荷載。在軟土路基主要為粉土情況下時，需要對砂墊層底端進行有效的排水處理，以確保砂墊層的處理效果。而在路堤填筑的過程中，需要合理安排填筑的速度，保持均勻的速度，從而保證地基承載壓力的均勻增加，使軟土層的固結速度得到有效的控制，并形成更加穩固的軟土地基。

此外，使用穩固劑對表層進行處置。該方法使用生石灰、熟石灰、水泥等穩固劑，將其摻入到軟土地基的表層地基土中，使土壤的壓縮性、強度、抗堿能力得到有效的改善。通常情況下，使用穩固劑對軟土表層進行處理的方式，需要確保軟土厚度在30-60cm左右，過薄的情況下無法發揮良好的穩固效果，過厚的情況下會增加施工的成本。在使用穩固劑對表層土壤進行拌和后，應當對其進行立即壓實，并等待生石灰水解結束后展開再次碾壓，通常情況下，壓實后就已經能夠保證軟土地基的強度。需要注意的是，不同的軟土地基條件，其施工條件有一定的差距，在使用該方法對土強度進行處理的過程中，應當保留一周左右的養生時間，使土強度獲得有效的增長。

3.2 強夯法

使用10-40噸的重錘，將其抬起自由落下，對軟土地基進行夯實處理，使軟土層在其作用下得到強度和壓縮性質的改善。強夯法多用于碎石土沙土粉、粘性土、軟土地基的處理過程中。不但能夠提升地基的強度、改善其壓縮性，還可以使土層在夯實的過程中，消除其抗震動液化能力以及濕陷性。因此也可以用于可液化砂土地基和濕陷性黃土地基的處理過程中。但該方法對于飽和度較高的粘性土處理效果不佳，特別是淤泥制的軟土地基處理過程中，最好不要采用強夯法進行處理。通常情況下，當公路施工中軟土路基的含水量大于60%，孔隙比大于1.5，濾粒徑小于0.005mm有30%以上的飽和軟粘土時，不應當采用強夯法進行處理。而在采用強夯法進行處理的過程中，首先需要創造良好的排水通道，并采用綜合加固的方法來確保處理效果。但需要注意的是，綜合加固的方式具有較高的施工成本，需要根據實際的工程需求來進行選擇。

強夯綜合加固技術主要有以下幾種：（1）強夯加袋裝砂井。通過加袋裝砂井來提升排水的效率，加速夯實固結的速度；（2）強夯擠淤加固法。對于厚度較低的淤泥層，可以使用礦渣、石塊進行拋填后，將大部分淤泥擠出，然后使用重錘進行夯實，通過置換的方式將淤泥進行有效的處理；（3）飽和軟粘土墊層。采用礦渣、鋼渣、碎石等材料，在飽和軟粘土上加鋪墊層，并在夯基的過程中使墊層材料與軟土層進行混合，從而改善軟土的性質，使其的強度和承載力得到有效的提升。

在實際施工的過程中需要注意的是：（1）起吊機械的能力應當大于大錘重力的三倍，脫落吊鉤時，起重能力則需要大于重錘的1.5倍；（2）在夯錘選擇的過程中，需要選擇符合重力的底面面積，并根據其底面面積的靜壓力進行有效的選擇。同時還需要確保軟土土壤保持最佳含水量；（3）夯基過程中需要用先四周、后中間的方式逐序進行，每一個夯基位置應當連夯兩下，并確保下一個位置的循環，需要錯開約1/2的夯錘底面；（4）夯實處理完成后，需要對現場的松土進行處理，并將其開始整平，并在夯實過程中做好相關的施工記錄；（5）質量檢查的過程中，需要檢查夯基處理的施工記錄，并對下沉量進行有效的計算，確保其總下沉量與施工總下沉量接近，通常需要保持在90%以上的深度。

3.3 換填法

換填法將不太深的軟土層挖除，然后用質地堅硬，強度較高的沙、碎石、卵石、灰土進行回填。并采用機械或者人工的方式分層進行夯實、震動、碾壓，使土壤的強度、密實度得到有效的提升，并形成較為穩定的公路地基。這種處理方式多用于淺層地基的處理，當軟土層厚度不高時，可以采用換填法對其進行有效的處理。處理的土壤可以包括淤泥、淤泥制土、雜填土，以及暗塘、暗洪、暗溝等低洼區域的軟土地基處理。同時還可以用于濕陷性黃土地基、膨脹土地基的處理過程中。換填法可處理的軟土地基較多，需要根據公路工程的實際使用需求來進行有效的選擇。

3.4 土工合成材料法

使用人工合成的聚化物對軟土地基的結構進行有效的改善，可用于軟土地基的內部、表面結構處理過程中。可以根據軟土地基施工的實際需求，對人工合成物進行有效的調整，使其發揮過濾、防滲、隔離、加固等不同的作用。例如采用準黏聚力材料的情況下，使用沙土、多層加筋沙土軟土進行混合，使其在垂直應力的影響下，加筋沙土產生的土體摩擦阻力使其能夠限制土體的側向變形，從而提升土體的抗壓強度和抗剪強度。而摩擦加筋則是使用加筋土擋墻，使其在受到土體的推力時，加筋土擋墻會與其兩側的土體產生共同作用，并由于土擋墻的摩擦阻力，阻止拉筋拔出，從而形成較好的土推力，使軟土土壤不會因為下滑、沉降等原因形成滑動面，從而保證土體的穩定性。這種方式通過土工合成材料形成錨固結構，并對軟土地基的結構進行有效的改善。

3.5 水泥攪拌樁法

水泥攪拌樁法，主要是利用水泥水解和水化反應，使其在土壤中與粘土產生化學反應，產生碳酸化現象，并在鋼筋樁體骨架周圍形成強度極高的水泥樁體，與周圍的軟土共同形成復合地基，其承載能力和承載強度較高，對于提升軟土路基的穩定性，并減少路基沉降有直接的作用。在相關技術規范的要求中，水泥攪拌樁法多用于淤泥土、粘性泥土的處理過程中。而在實際使用的過程中，當對軟土路基有較高的強度指標時，也會采用水泥攪拌樁進行處理。但是需要注意的是，若軟土地基的土壤 pH值小于4，或者含水量高于70%的情況下，水泥攪拌樁法的應用會受到限制。同時當地基中含有氯化物、伊利石等情況時，水泥攪拌樁法的加固效果較差，會導致施工難度的提升。在加固的過程中，需要根據實際的使用需求來進行選擇。同時，水泥攪拌樁法還被分為濕法與干法：運用濕法水泥攪拌樁，施工質量可以得到有效控制，但成樁時長、難度較大；干法能夠有效吸收軟土中的水分，從而保證攪拌樁承裝后的初期強度，使其能夠在含水量較高的軟土層中發揮良好的加固效果。

3.6 靜力排水固結法

在對天然軟土地基進行處理的過程中，可以設置沙井、豎向排水體，然后利用地面設施本身的重量進行靜力排水。同時還可以采用預壓的方式，將土壤中的孔隙水排出，從而產生固結現象，并隨著地基沉降使其的強度得到逐步提升。這種方式可以有效解決軟土路基的沉降問題，并提升路基的穩定性，使其具有更高的承載能力。在對其進行加壓的過程中可以采用堆載法、真空法、電滲法等方式進行處理，將土壤孔隙中的水分排出，并在荷載應力的作用下逐漸減小孔隙的體積，使其發生固結變形，逐步增加地基的強度。在實際施工的過程中主要采用塑料板和垂直排水板施工，塑料板施工的過程中，需要保證排水的通暢性，避免轉盤和打設過程中對塑料板的破壞。同時需要重視塑料板之間牢固的連接，并避免錯分現象的產生。在嚴格控制間距和深度的前提下，確保輸水的暢通，并在排水系統完成后對軟土路基進行逐層填筑，從而逐步產生沉降、固結，形成較為穩固的軟土路基結構。

3.7 碎石樁法

碎石樁法可以在軟弱粘土中進行打孔，并填入碎石、鋼渣等堅硬材料，使其形成一根根碎石樁體，并在對其進行沖壓的過程中，使軟土地基具有較高的強度，形成類似于鋼筋混凝土的復合結構。這種處理方式的施工方式較為簡單，且不容易受到地下水位的影響，在有效減少路基沉降的同時，具有良好的加固效果。因此在軟土路基的處理過程中逐漸受到重視。首先，碎石樁法需要確定軟土路基中的固定樁位，在打孔前需要確定樁位的位置并對其進行編號；其次，采用振沖器對樁位進行開孔，通常需要保持每分鐘1-2m的下沉速度，以確保裝孔的穩固性。在開孔的過程中需要注意一定要控制水壓和水量，確保樁孔不會出現塌孔、坍孔的現象。此外，在開孔完成后，需要對樁孔進行有效的清理，使用泥漿等方式沖出雜物，然后進行填料，每次填料的高度需要保持在0.5m左右。并在填料結束后將其進行振沖，確保孔徑不會發生變化，并壓實填料，使其具有穩固的強度；最后，需要循環展開1樁位的施工。

3.8 反壓護道法

通過在軟土路堤的兩側建立一定寬度的護道，從而改善路堤下的淤泥以及泥炭的隆起趨勢，從而減少路堤在施工過程中可能產生的滑動現象。這種處理方式不需要相關的器械和材料，但同時對施工場地、土壤供應有較大的要求。在施工完成后，后續的沉降量較大，對養護工作造成的壓力也較大。在采用該方法的過程中，需要注意：（1）反壓護道多為單級，多級護道的穩定效果不佳，不如采用單級；（2）反壓護道高度需要控制在路堤的1/3-1/2左右，并確保其不會超過天然地基的極限高度；（3）反壓護道的寬度需要采用圓弧穩定法進行測試；（4）一般來說，為了保證其良好的加固效果，應當優先在下部鋪墊沙墊層，然后填筑主路堤，從而確保良好的排水效果；（5）最后應當對反壓護道的壓實強度進行有效測試，確保其具有良好的加固效果。

結語：

綜上所述，軟土路基的處理在公路施工過程中對工程造成的影響較大，而不同的軟土路基，處理的方式工藝都有較大的差別，在處理的過程中首先需要了解軟土路基的不同性質，并根據其性質來選擇對應的處理方式，從而綜合處置不同的軟土路基，確保公路工程的質量得以有效提升。