公路橋梁施工中軟土地基施工技術研究

蔡文輝、蘆斐

（撫州市公路事業發展中心樂安分中心，江西 樂安 344300）

0 引言

軟土地質在近海平原、內陸江河地區較為常見，由于軟土地質的主要組成部分為軟土、泥沙以及淤泥等物質，所以軟土地質具有易變形、易塌陷的物理性質。在部分公路橋梁工程的建設中，如果預期規劃的公路施工路線經過軟土地質區域，公路路基的建設必然會受到軟土地質的影響，導致公路橋梁的建設缺少穩定性。在不改變預期公路施工計劃的前提下，施工單位必須合理應用軟土地基施工處理技術，預防軟土地質對工程施工造成的影響，保障公路橋梁的建設質量。

1 軟土地基特征分析

軟土地質具有土壤強度低、壓縮度高的特征，由于軟土地質在國內各地區的分布較為廣泛，所以工程研究將軟土地質進行詳細的分類，并得出“不同軟土類型會對工程的建設與實施產生不同的影響”的結論，如表1 所示。軟土地質主要集中分布在河湖、沿海等地區，軟土地質條件施工現場的地基被稱為軟土地基。結合《巖土工程勘察規范》（GB 50021—2001）的內容可以了解到，軟土地基的土壤孔隙率通常超出1.0%的標準，與表格中統計的“沉積軟土空隙較多、粒徑較小”的關鍵特征相符合。除此之外，《巖土工程勘察規范》（GB 50021—2001）將土壤孔隙率大于1.5%的土質分類為淤泥土（軟土地質之一），對應表格中統計的南方山區、丘陵地區軟土地質。從軟土地基的影響來看，由河灘淤泥沉積造成的軟土地質呈帶狀分布的特征，大多數聚集在山谷等地區，所以在部分山區公路工程的修建過程中，軟土地基無法支撐山區公路路基的重量，導致各個路基支撐點出現受力不均的問題，受力較大路段出現路基沉降的現象。因此，不同的軟土地質特征存在差異，在處理軟土地基的施工過程中，施工單位需要將軟土地基的屬性信息作為依據，制定針對性的工作技術方案。

表1 軟土類型及特征信息分析

2 軟土地基對公路橋梁施工造成的影響

2.1 引發路堤變形

公路路堤的變形離不開外力因素的影響，除了交通流量之外，地基穩定性不足導致的縱向下沉力同樣會引發公路路堤的變形。圖1 中的案例證實了軟土地基對路堤變形產生的影響。通過調查研究發現，圖1中的路堤類型為軟土地區路基，公路路基的主要材料為半剛性建材。在該地區環境因素影響下，由軟土填筑的路堤土方柔度較高，難以承受超過18.6t 的交通負載以及半剛性材料的公路路基自重。事發后通過數據模型分析得出，路基與路堤出現協同變形的機理為軟土地基壓縮后造成的沉降，沉降的縱向深度在7.8～10.6cm 之間。所以，在軟土地基條件下，公路路堤存在沉降變形的隱患。

圖1 軟土地基造成的路堤變形

2.2 軟土地基影響公路路基的壓實與固結

從軟土地基的土壤性質來看，雖然軟土地質的土壤層含水量較高，普遍大于土壤液限，但土壤大多以淤泥、泥沙等成分為主，所以軟性土的透水性不佳。在公路工程的鋪筑施工中，施工單位通常需要使用壓路機等設備鋪筑公路路基，軟土地基在此工作過程中所受應力會大幅度提高，導致軟土層受到內部水壓的影響，產生較大的空隙。空隙中涌出的水分會影響鋪筑混合料的固結，也會降低路基壓實的密實度，使公路路基在固結后出現較大的內部空隙，容易在公路投入正常運營后，路基內部出現結構松動的問題。

3 軟土地基施工技術的應用

3.1 軟土地基滲漏處理技術的應用

從一般的軟土地基施工案例中可以了解到，正常固結后的軟土層壓縮系數達到1.5～4.5MPa，導致軟土層內部水壓上升，造成土層地基滲漏的問題。對此，施工單位通常根據軟土地基土層的滲透情況，采取對應的滲漏處理技術，改善土層的滲漏問題。例如，舟山市某城市公路工程的建設中，施工單位基于現場軟土地基的性質與實際情況，采取多種軟土地基的滲漏處理辦法。首先，由于靠近水庫區域的軟土地基黏土比例較高，所以，在安排水庫圍堰施工作業后，施工單位采用重筑黏土鋪蓋的方法，在公路軟土地基處修建單層的黏土地層，增強公路地基的防滲漏效果。其次，針對滲漏現象較為嚴重的軟土地基路段，施工單位采用建筑混凝土防滲墻的方式，在地基防滲層的基礎上，建造不透水性的防滲墻，墻體采用水泥灌漿的方式筑成，防滲漏效果十分可觀。最后，結合GIS 技術獲取施工現場地質信息，施工單位在承壓水較多的位置建造混凝土壓滲臺，通過提高負載來減少軟土地基孔隙水壓力，提高軟土地基的抗剪強度及密度。

3.2 排水固結技術在軟土地基施工中的應用

排水固結法在天然軟黏土地基的處理工作中應用較為廣泛，針對軟黏土比例較高的施工地段，施工單位需要妥善應用排水固結技術，改善施工場地的地理面貌，為公路橋梁工程的建設提供保障。從排水固結技術的技術原理來看，該技術通過豎向排水體的安裝，提高負載壓力，使軟土地基中的水分從孔隙中排出。在該技術的作用下，軟土地基會逐漸發生沉降，土壤也因水分流失而逐漸固結，便于在固化后的土壤上實施工程施工。如圖2 所示，通過安插復合排水帶（豎向排水體），使軟土地基淤泥層的水分通過孔隙及排水帶排出，經過一定的時間后，區域內的軟土地基會逐漸向硬土層同化，并解決施工路段的兩大問題：一是軟土地基的沉降已經在排水固結期間完成，完工后的公路路段不會在使用的過程中出現較大的沉降差；二是固結后的軟土地基具有較高的抗剪強度，地基的整體承載力及穩定性得到大幅度提高，公路工程的建設便不需要擔心地基承載力不足。從排水固結技術的適用性來看，由于技術的使用需要安裝排水體設施，所以排水固結技術更適用于處理黏性土、淤泥質土，具有較高的應用價值。

圖2 排水固結技術剖面圖分析

3.3 碎石樁填充處理技術的應用

碎石樁填充處理技術是一種兼具經濟性與高效性的施工處理技術，在處理公路工程的軟土地基時，該技術使用本地的施工建材或自然材料進行軟黏土的處理，并達到預期的施工處理效果。首先，碎石樁填充處理技術的應用需要充足的設計數據，其中包括軟土地基的面積置換率、復合地基承載力、樁間土承載力、樁體單位截面積等。其次，結合施工設計中統計的數據信息，施工單位需要在軟土地基路段的外圍設置護樁，對軟土地基進行振搗打孔，并填充碎石類材料，減少軟土地基軟黏土、淤泥等成分的比例，從而提高軟土地基的穩定性。根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2012）的要求，碎石樁填充處理技術的應用過程需要控制砂卵石的含泥量、單體粒徑、填充厚度等因素，才能夠確保填充后軟土地基的相對硬層更加穩定。

3.4 高壓噴射填充技術的應用

在部分公路橋梁的裂縫處理工作中，應用高壓噴射填充技術填充裂縫空隙，能夠起到修繕公路橋梁設施的作用。而在現代公路橋梁的施工建設中，高壓噴射填充技術也被用于加固軟土地基，取得了十分可觀的工作效果。在實際的施工作業中，施工單位使用鉆孔設備，在施工路段的軟土地基中打孔，再使用噴射機向孔內噴射混凝土泥漿、輕質填料漿液等材料，噴射后的材料產生固結，軟土地基的整體結構就能達到均衡狀態，抗壓、抗剪強度也會有所提高，如圖3 所示。高壓噴射填充技術在本質上與碎石樁填充技術有共通之處，但高壓噴射填充后的混合料塊體密度更高，更適合用于含水量較高的軟土地基。

圖3 高壓噴射填充技術原理示意圖

4 優化軟土地基處理效果的措施

4.1 應用路面結構一體化的工程設計方法

在特殊的施工條件下，由于公路的面層、夾層以及路基等結構并非統一的整體，所以如果公路結構的其中一層出現斷裂或者凹陷等問題，其他的結構層也會發生不可預估的損傷。特別是在軟土地基的地質條件下，公路路基承受的負載過高，壓力無法通過軟土地基得到轉移，導致路段的結構逐次損壞。對此，施工單位應當使用路基、路堤與路面一體化的工程結構組合方法，保障公路結構層次的整體性與穩定性，增強公路設施與軟土地基之間的適應性。

首先，施工單位應當控制好軟土地基的公路結構設計指標。例如：在公路路面的指標設計中，應使用無機結合料鋪筑穩定層，使用瀝青混合料鋪筑面層，借此控制公路路面因低溫出現的開裂現象；在公路路堤的設計中，采取后背方填筑等方式，控制公路沉降量的變化；在路基的軟基處理中，采用固化處理法、堆載預壓法等方法，控制公路沉降速率，實現公路施工指標的一體化控制。其次，根據《公路軟土地基路堤設計規范》（DB33/T 904—2013），施工單位需要預防施工后出現的不均勻沉降問題，如果沉降中心點的高度超過總量的0.5%，應采取修補和養護措施，其他未達到沉降量標準的沉降中心點需要按照公式（1）進行計算，如果計算結果仍未達到總量的0.5%，則判定為可忽略的工后沉降點。完成公路一體化建設后，公路設施的受力情況為“各層共同受力”，有利于避免因軟土地基支撐力不足導致的公路變形問題。

式（1）中：D表示沉降量；L 表示由于剪切變形而產生的附加沉降。

4.2 控制路堤填筑高度、優化填料的使用

在軟土地基條件的影響下，公路與橋梁的施工會受到縱向承載力的影響，出現路面層或路基縱向位移的情況。如果將公路路堤、路基以及路面的沉降量作為工程施工的主要變量，可以影響該變量的因素則包含路堤填筑高度和路堤填料的使用。所以，施工單位必須結合施工現場的軟土地基條件的實際情況，合理地控制路堤的填筑高度與路堤填料的選擇，優化公路工程路堤的建設效果。

以蘭州市某城市公路的路堤建設研究為例，在施工計劃過程中，施工單位分別將路堤填充高度、路堤填料設為變量，在相同車輛荷載力的作用下，觀察一段時間內的公路路基、路面與路堤的最大沉降量，得出表2 所示的研究數據。從數據當中可以看出，盡管四種方案中使用的施工填料不同，但數據中反饋的統一規律為：填筑的高度越高，路面、路基以及路堤的最大沉降量都會隨之增加。但從同一種公路填筑方案的最大沉降量變化幅度來看，采用輕質填料進行填筑的公路沉降變化更加穩定，很少出現沉降點不均勻的問題。而且，盡管輕質填料公路的填筑高度達到12m，材料也未產生明顯的塑性變形。因此，在軟土地基條件下進行公路及橋梁的施工時，施工單位需要嚴格把控填筑高度與公路填料的選擇，緩解軟土地基柔性較大的問題，優化工程的建設效果。

表2 不同填筑方案的數據比對（200kPa 負載變化范圍內的差異沉降量）

5 結語

總的來說，避免軟土地質對公路橋梁施工造成的影響，是施工單位乃至工程行業需要重視的核心任務。在現代施工技術高度發達的背景下，合理地采用軟土地基處理施工技術，能夠改善公路橋梁施工場地的地質條件，減少軟土地基對公路橋梁設施建設的影響。所以，隨著公路橋梁工程建設水平的不斷發展，施工單位及工程研究人員需要不斷總結軟土地基條件下的施工技術，發揮智能化信息技術、勘探技術及管理技術的優勢，打造出全新的公路工程技術應用體系，為公路橋梁工程的建設注入新的活力。