高速公路施工中的軟土路基施工技術(shù)研究

王劍君，宣海平

（浙江交工國際工程有限公司，杭州 310000）

1 引言

我國幅員遼闊，在高速公路建設(shè)過程中，由于不同區(qū)域的地質(zhì)差別較大，會(huì)給施工帶來極大難度與影響。當(dāng)遇到軟土路基段時(shí)，如果不對(duì)其進(jìn)行處理，會(huì)發(fā)生不均勻沉降、偏移等問題，會(huì)對(duì)后續(xù)施工造成極大影響，因此，高速公路施工要做好軟土路基處理，針對(duì)具體情況選擇合適的技術(shù)，提升路基的穩(wěn)定性與安全性，保證高速公路的整體質(zhì)量。

2 工程概述

某省高速公路修建時(shí)，其中一段為軟土地基，軟土地基路段長9.8 km，地處深度切割的中—低山。軟土地基路線起源屬于構(gòu)造侵蝕地貌，施工難度較大；本項(xiàng)目采取4車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度、整體式路基寬、分離式路基寬分別為80 km/h、24.5 m、2×12.25 m。

3 高速公路施工中的軟土路基施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 填土法

將路基表面清理干凈，清理樹根、生活垃圾等雜物，然后按照一定的工藝流程進(jìn)行操作。（1）保證路基填料符合要求，上路床路面地面以下深度為0～30 cm時(shí)，填料最小強(qiáng)度CBR、最大粒徑、壓實(shí)度（重型）分別為8%、10 cm、96%；下路床的路面地面以下深度為30～80 cm時(shí)，填料最小強(qiáng)度CBR、最大粒徑、壓實(shí)度（重型）分別為5%、10 cm、96%。（2）做好路基填筑與壓實(shí)，采取分層壓實(shí)的方法[1]。（3）采用分層方式進(jìn)行填筑，當(dāng)要求路基平整度符合要求。填土法在應(yīng)用中對(duì)軟土埋深要求較高，需控制在3 m以內(nèi)，且局部埋深不能超過6 m。將不良地基按照要求挖除，將符合要求的材料替換進(jìn)去，采取分層壓實(shí)的方式確保地基的壓實(shí)度符合要求；填料分層松鋪厚度、壓實(shí)度需分別控制在50 cm以內(nèi)、90%以上；將碎石、砂礫等透水性材料；換填在填區(qū)底部50 cm范圍內(nèi)，碾壓遍數(shù)可對(duì)石渣填料進(jìn)行控制，在確定壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，以石料間密實(shí)狀態(tài)作為參考，在壓實(shí)期間需使用振動(dòng)壓路機(jī)，碾壓次數(shù)為2～6遍[2]。

3.2 水泥攪拌樁法

采取雙向水泥攪拌樁施工工藝處理軟土路基，在施工前需做好準(zhǔn)備工作。要保證道路通行，路基承載力必須符合要求；將路基雜物與障礙物清理干凈；確保樁機(jī)移位符合要求。采用的回填材料不能有雜土，且不能有太大的石塊，直徑需控制在8 cm以內(nèi)。在具體施工過程中的工藝流程如下。

1）定位。做好樁機(jī)定位工作，通過放線與定位進(jìn)行確定，并對(duì)打樁機(jī)進(jìn)行安裝，要與樁位對(duì)中。

2）切土下沉。準(zhǔn)備好攪拌機(jī)并啟動(dòng)，沿著導(dǎo)向架向下切土，開啟灰漿泵，這樣水泥漿可向土體噴射，切合需同時(shí)正、反向進(jìn)行，到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，要求繼續(xù)在樁底噴射，同時(shí)需對(duì)漿體進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)長需控制在10 s以內(nèi)[3]。

3）提升攪拌。將灰漿泵關(guān)閉，對(duì)攪拌機(jī)進(jìn)行提升，對(duì)水泥土進(jìn)行正反向旋轉(zhuǎn)攪拌，兩組葉片需同時(shí)進(jìn)行，要求攪拌到距離樁頂50 cm的位置。

4）樁頂處理。二次噴射攪拌需在樁頂1.0～1.5 m的范圍進(jìn)行，修整需人工進(jìn)行。

5）機(jī)具移動(dòng)。在完成上一根樁的施工后，清除干凈泥漿，做好鉆機(jī)移位，然后進(jìn)行下一根樁的施工。

3.3 排水固結(jié)法

高速公路施工期間軟黏土地基的穩(wěn)定性問題與沉降問題，可通過排水固結(jié)法進(jìn)行有效處理。在排水固結(jié)法施工過程中的工藝流程如下。

1）施工測量。施工定位放線工作需使用GPS進(jìn)行處理，將基準(zhǔn)點(diǎn)引測到施工區(qū)域。在高程測量前，要在場地填土前后、鋪砂墊層后進(jìn)行此項(xiàng)工作。

2）試驗(yàn)段施工。軟土地基試驗(yàn)段確定之后，為保證施工質(zhì)量，需選擇有代表性的試驗(yàn)路段，要求試驗(yàn)路段不宜過長，以100～200 m為宜。如果路段內(nèi)情況相對(duì)比較復(fù)雜，可在不同施工路段應(yīng)用不同的方法。

3）砂墊層施工。在預(yù)壓施工中需做好砂墊層施工，滲透水會(huì)從土地進(jìn)入，需將其快速排出，讓土體能有效固結(jié)。加固效果、預(yù)壓時(shí)間與砂墊層質(zhì)量有直接聯(lián)系。砂墊層材料確定為級(jí)配中粗砂，確保其具有良好的滲透性。同時(shí)也要保證含泥量在5%以內(nèi)，且砂墊層厚度控制在30～50 cm。

4）袋裝砂井施工。豎向排水體的構(gòu)成元素為砂井、袋裝砂井與塑料排水板。袋裝砂井的編織袋需有良好的透水性，袋子的縱向抗拉強(qiáng)度、縱拉縱向延伸率18 kN/m、17.6%?；谆靥钇陂g，將草袋圍堰沿著坡腳線向外側(cè)筑，在陡于1∶5的基面橫坡部分開挖臺(tái)階。

完成基底作業(yè)之后，需及時(shí)就位砂井機(jī)，要求砂井機(jī)與樁位對(duì)準(zhǔn)，將垂直誤差控制在1.5%以內(nèi)。為將填沙袋送入管道，需使用入口滾輪沙袋快速送入，拉起袋尾，提升套管，提高0.5 m之后，要放開沙袋。將5個(gè)觀測點(diǎn)與2個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在觀測點(diǎn)，按照要求將地表沉降處理好，并將位移觀測樁安裝在路堤坡角外1 m位置。

3.4 粒料樁施工法

粒料樁施工法的施工流程見圖1。

圖1 施工流程

在施工中所使用的中、粗砂需合理控制，要求在0.6 mm以上的顆粒占比需控制在50%以上，且泥沙含量、滲透系數(shù)需分別控制為＜3%、＞5×10-2mm/s。選擇一定級(jí)配且沒有風(fēng)化的碎石作為碎石樁樁體的材料，粒徑、泥沙含量需分別控制在19～63 mm、＜10%。通過成樁試驗(yàn)確定工藝參數(shù)，要求試樁數(shù)量在5根以上，而且在試樁期間，斷面設(shè)置需間隔20 m。

振沖器的選擇要與周邊環(huán)境相適應(yīng)，且對(duì)供水設(shè)備需合理選擇，要求出水口水壓、流量、起重器械起吊能力需分別控制為400～600 kPa、20～30 m3、100～200kN。砂（或碎石）樁施工允許偏差需合理控制，具體要求如表1所示。

表1 允許偏差

3.5 強(qiáng)夯加固處理工藝

強(qiáng)夯加固處理工藝是一種簡單、經(jīng)濟(jì)的處理技術(shù)，能將孔隙率控制在合理范圍內(nèi)，且能有效提升地基密實(shí)度，提升土體的壓縮模量。強(qiáng)夯加固處理工藝的應(yīng)用，就是將氣體與水排出，在預(yù)加變形作用下，讓顆粒成分可重新排列。強(qiáng)夯加固處理工藝流程如下。

1）施工設(shè)備。在施工過程中會(huì)使用起重機(jī)、夯錘、履帶式起重機(jī)等，要求夯錘重量、底面積需分別控制為60～200 kN、4～5 m2。

2）第一遍夯點(diǎn)布置。在布置時(shí)需將偏差控制在50 mm以內(nèi)。

3）吊機(jī)就位。在夯擊時(shí)，要對(duì)準(zhǔn)夯擊點(diǎn)，為保證夯擊符合要求，需使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢查。

4）測量計(jì)算。使用推土機(jī)推平后，要對(duì)場地高程進(jìn)行測量，對(duì)夯沉量進(jìn)行計(jì)算。

5）布置第二遍夯點(diǎn)。在施工期間，要求點(diǎn)夯期間收錘的標(biāo)準(zhǔn)符合要求，強(qiáng)夯的總平均夯沉量在70 cm。做好強(qiáng)夯法施工質(zhì)量管理，可采取信息化管理，保證路基均勻性。

4 軟土路基施工技術(shù)在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

4.1 強(qiáng)度檢測

瀝青路面施工質(zhì)量的重要體現(xiàn)就是路面的強(qiáng)度，通過檢測了解路面性能，利用路面彎沉儀對(duì)路面強(qiáng)度進(jìn)行檢測。采用貝克曼路面彎沉儀進(jìn)行檢測，確保檢測的精準(zhǔn)性與有效性。測量時(shí)在需要檢測的位置放置載重汽車，在兩后輪之間放置路面彎沉儀，車輛朝目標(biāo)方向開始前進(jìn)。所選擇的彎沉儀屬于5.4 m長時(shí)，需修正支點(diǎn)變形。測點(diǎn)的回彈彎沉值可按照式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中，Lt為在路面溫度為t時(shí)的回彈值；L1為車輪中心臨近彎沉儀測頭時(shí)百分表的最大讀數(shù)；L2為汽車駛出彎沉影響半徑后百分表的最大讀數(shù)。

當(dāng)需修正支點(diǎn)變形時(shí)，回彈彎沉的計(jì)算可使用式（2）：

式中，L3為車輪中心彎沉影響半徑后測定用彎沉儀的最終讀數(shù)；L4為車輪駛出彎沉影響半徑后檢驗(yàn)用彎沉儀的終讀數(shù)。

當(dāng)瀝青路面厚度在5 cm以上時(shí)，需通過溫度修正回彈彎沉，測定時(shí)瀝青層平均溫度可按照式（3）進(jìn)行計(jì)算：

式中，T為測定時(shí)瀝青層平均溫度；T25為路表下25 mm處的溫度；Tm為瀝青中間層深度的溫度；Te為瀝青底面處的溫度。

4.2 壓實(shí)度檢測

干密度與標(biāo)準(zhǔn)最大干密度的百分比是壓實(shí)度，在評(píng)價(jià)路面性能時(shí)是重要指標(biāo)之一。采用鉆芯取樣的方式對(duì)瀝青路面壓實(shí)度進(jìn)行檢測。為確保檢測的精準(zhǔn)度與有效性，可使用核子密度儀：（1）射線探頭安裝在核子密度儀上，能投射路面，對(duì)處理后的路面進(jìn)行了解。且核子密度儀在應(yīng)用中并不會(huì)損傷路面，能滿足檢測要求。（2）在對(duì)密度與含水量進(jìn)行測量時(shí)，可分別利用銫137所輻射的伽馬射線、镅-241所輻射的中子射線，密度檢測范圍、含水率范圍分別為1.12～2.73 g/cm3、0～0.64。

4.3 平整性檢測

軟土地基處理后要做好平整性檢測工作，確保平整度符合要求才能投入使用。利用連續(xù)式平整儀檢測平整性，但這種設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中由于操作相對(duì)比較復(fù)雜，相對(duì)比較麻煩，所以可使用直尺檢測平整性。直尺檢測法雖然操作簡便，但精準(zhǔn)度不足，所以在具體應(yīng)用中需合理選擇檢測方法。連續(xù)式平整儀位移測量范圍、路程測量范圍分別為0～40 mm、無限制；同時(shí)無線通信頻率為133 MHz。連續(xù)式平整儀技術(shù)參數(shù)要求：檢測基準(zhǔn)長度3 m、誤差±1%、工作環(huán)境溫度-10～+40℃、可伸長4 061 mm、縮短2 450 mm。在對(duì)路面平整度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，所采用的方式為標(biāo)準(zhǔn)差s，具體計(jì)算如式（4）和式（5）：

式中，n為每一步長內(nèi)所包含的高程值數(shù)目；Yi為每一步長內(nèi)的第i個(gè)高程值；Ya為每一步長內(nèi)包含的高程值算術(shù)平均值。

5 結(jié)語

高速公路施工中的軟土路基施工包含多種技術(shù)，但無論何種技術(shù)都要求在應(yīng)用中能做好強(qiáng)度、壓實(shí)度、平整度控制，確保地基施工質(zhì)量。未來隨著軟土地基施工技術(shù)的優(yōu)化，先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，定能不斷提升施工質(zhì)量與效率，降低施工難度，滿足高速公路事業(yè)的發(fā)展需求。尤其是在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，提升高速公路施工質(zhì)量，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，滿足人們的實(shí)際需求具有重要意義。