道路工程不良土質地基處治技術經濟對比與應用效果研究

摘要：不良土質地基的加固處治是道路工程領域持續關注的熱點問題之一。文章以廣西南寧五象新區花林路AK0+230～AK0+370段雜填土地基為例，從實施方法、主要工程數量、優缺點、估算造價等角度，對比分析了CFG樁、挖除換填、強夯、水泥攪拌樁四種處治方式的特點，結合項目實際情況比選得到了強夯法為該段地基的最佳處治方式，并在工后以地基壓縮模量、濕陷系數、承載力特征值為評價指標對該方法的處治效果予以驗證。測試結果顯示，由強夯法處治的雜填土地基工后性能滿足規范要求。研究結果可為不良土質地基處治提供參考依據。

關鍵詞：道路工程；不良土質；地基處治；強夯法

中圖分類號：U416.212 A 14 051 3

0 引言

道路交通是覆蓋范圍最廣、服務人口最多、使用最廣泛的交通運輸方式。2022年《國家公路網規劃》明確了國家公路網到2035年的布局方案，未來計劃建設的高速公路里程約為5.8萬km，普通國道約為11萬km。但在交通基礎設施飛速發展的同時，還要面對國內廣泛分布的由海相及湖相軟土、濕陷性黃土、雜填土等形成的大量不良土質地基的難題［1-3］。若不良土質地基處治效果欠佳，極易導致上部的路基滑塌與路面開裂，嚴重影響道路工程的耐久穩定運營，因此道路路基下不良土質地基處治問題被相關研究人員持續關注。

近年來，不少學者針對不良土質地基的處治方法開展研究。趙峰光［4］指出CFG樁在加固鐵路軟土地基方面效果顯著，并詳細探討了CFG樁施工參數，給出了CFG樁的樁身最優配合比。榮露等［5］針對不良土質地基所致的公路涵洞工后沉降超標這一常見病害，依托青海地區某一級公路濕陷性黃土地基，采用挖除換填法對其進行處治，發現換填優良黏土可大幅降低地基吸水引發的濕陷變形，進而控制涵洞沉降量達到規范要求。王家磊等［6］對山區高填方路基的雜填土地基開展了重型強夯試驗，明確了雜填土地基的強夯加固機理，采用瑞利波這一無損檢測方法，以密實度為指標對夯實效果予以現場驗證，證實了強夯法的處治效果，并提出了強夯次數閾值這一概念，即強夯次數過多反而不利于軟弱地基性能提升。張愿［7］采用水泥攪拌樁對公路軟基進行加固處治，靜載檢測結果表明，經加固后地基承載力增大，橫坡管與測斜管的長期現場監測數據也反映出水泥攪拌樁處治的地基沉降與橫向變形大幅降低，實現了預期的處治結果。

不難看出，除石灰及水泥改良等環境污染較大的處治方法以外［8-9］，CFG樁、挖除換填、強夯、水泥攪拌樁均是合理可行的地基處治方式，已有研究成果提供了富有成效的參考信息，但對于不同處治方式的工程量、造價及優缺點的對比分析還有待深入。為此，本研究以實際路基工程的不良土質地基為例，詳細分析了CFG樁等4種處治方式各自的特點并進行比選，介紹了優選處治方式的工藝要點，并對其處治效果予以檢驗，以期為同類工程提供參考依據與技術指導。

1 地基處治技術經濟對比

本研究以廣西南寧五象新區花林路的雜填土地基為例，對4種不良土質地基處治方式進行比選分析。因雜填土成分變異性大、力學性質差異性大且強度普遍偏低，具有較高壓縮性，故其承載能力較低。由于該項目設計路基高度多在3.5 m以下，對于＜3.5 m填高的路基而言，不良土質地基均采用挖除換填法處治，比選意義不大。而AK0+230～AK0+370段路基填高約為1.8～9.8 m，其中大部分填土高度約為4～7 m，對地基承載能力要求較高，因此選取此段落用以對比分析CFG樁、挖除換填、強夯和水泥攪拌樁4種處治方式的區別。參考已有文獻與現行規范的研究結果［10-12］，該段落的地基處治方式比選結果如下頁表1所示。

經比較，方案三（強夯法）具有施工簡便、工藝簡單、施工速度快和造價最低等優點，參考《強夯地基處理技術規程》（CECS 279-2010）中相近項目在4 000 kN·m能級下的強夯振動安全施工距離為39 m，本項目強夯施工區域距離現有橋梁與房屋的最近距離分別為84 m和47 m，地基處治采用強夯方法對周圍構筑物的影響安全可控。因此，針對AK0+230～AK0+370段雜填土地基，從安全、可靠、環保和經濟等角度綜合比選，最終選擇強夯法予以處理。

2 地基強夯工藝與效果

2.1 工藝要點

2.1.1 參數要求

（1）采用“點夯2遍+滿夯1遍”的夯擊方式，各遍之間的間隔應＞7 d。

（2）點夯時每次夯擊能為3 500 kN·m，滿夯時每次夯擊能為1 000～2 000 kN·m。

（3）點夯與滿夯的夯點布設位置見圖1、圖2。

（4）點夯時每點至少夯擊6次。

（5）強夯范圍應覆蓋道路紅線及其邊緣，以每側夯擊至坡腳以外3 m為宜。

（6）強夯時從邊緣向內部進行，一遍夯擊結束后，整平場地，間隔天數滿足要求后再開展下一遍強夯。夯錘在夯擊過程中需保持水平，若隨著夯擊次數增加，夯坑內嚴重泌水，則必須及時疏排以保證夯擊效果。對于夯坑底部土體過濕的情況，應淺鋪碎石或砂子再繼續強夯。

（7）夯機工作中不掛架，夯錘提升至設定高度后自動脫鉤完成夯擊。為避免夯錘脫鉤后臂桿傾倒及錘鉤回彈擊打臂桿，錘鉤端頭處需包裹防護裝置以保護臂桿。

（8）在大面積強夯施工前必須進行試夯，強夯參數經過試夯后再根據試夯情況進行最后確定。

2.1.2 施工流程

（1）清理并整平場地。

（2）標出第一遍夯點位置，并確定場地高程。

（3）起重機與夯錘就位，夯錘提升至指定高度并確定高程。

（4）起重機脫鉤，使夯錘自由下落，隨即確定夯錘頂部高程，若夯坑底部出現傾斜，需立即整平以保證后續過程中夯錘進行水平錘擊。

（5）重復步驟（4），按設計規定的夯擊次數及控制標準，完成一個夯點的夯擊。

（6）更換夯擊點位，繼續步驟（3）～（5），以此類推完成各點第一遍夯擊工作。

（7）夯坑覆土整平，再次測量場地高程。

（8）重復步驟（1）～（7），直至完成各個位置全部遍數的強夯夯擊。

2.2 效果檢測

為考察強夯法對不良雜填土地基的處治效果，依據現行《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）給出的強夯法處治地基的檢測指標與方法［13］，工后以土體壓縮模量（規范下限15 MPa）、濕陷系數（規范上限0.015）、地基承載力特征值（規范下限180 kPa）為具體指標對花林路AK0+230～AK0+370段強夯效果進行檢測。為消除邊界效應對檢測結果的影響，對該段落起終點不予測試，同時為避免相鄰測點間距離較近可能引起測試過程的相互干擾，將測點間距設置為30 m，因此選擇AK0+240、AK0+270、AK0+300、AK0+330和AK0+360共計5個點位開展測試，結果如圖3～5所示。由測試結果可知，經強夯處治的雜填土地基的壓縮模量與承載力特征值明顯高于規范下限值，且濕陷系數均低于規范上限值，證實了強夯法對不良土質地基的優良加固處治效果。

3 結語

本研究以實際道路工程為依托，對不良土質地基的不同處治方式進行比選分析、工藝介紹與效果檢驗，得到以下主要結論：

（1）對于上部路基填土高度較大的雜填土地基，采用CFG樁、挖除換填、強夯和水泥攪拌樁4種處治方式具有各自的特點與優勢。綜合考慮實施方法、工程數量、優缺點和造價等方面，強夯法造價低廉且適用性較好，可視為最優方案。

（2）提出了強夯法進行地基處治時的工藝要點，介紹了夯點位置、夯擊能級以及夯擊次數等參數要求，梳理了施工流程，為地基強夯加固提供了技術指導。

（3）對強夯處治效果的檢驗結果顯示，加固后雜填土地基的壓縮模量、濕陷系數與承載力特征值均滿足現行規范要求，證實了強夯法的合理性與有效性。

參考文獻

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［13］JGJ 79-2012，建筑地基處理技術規范［S］.

收稿日期：2022-07-25