公路軟土路基加固處理及沉降分析

陳旋

摘要 公路軟土路基是交通工程中常見的地基類型之一，其在交通運輸中的安全性和可靠性至關重要。然而，軟土路基問題一直困擾著公路建設工作者，一旦處理不當，將對公路建設質量構成較大威脅。基于此，文章立足工作實踐，對軟土地基的涵義及特點作了概述，探討了公路軟土路基的加固處理方法，并分析了加固后的路基沉降情況，希望能對今后我國公路軟土路基工程有所參考。

關鍵詞 軟土路基；加固處理；沉降分析；公路工程

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0070-03

0 引言

隨著我國基礎設施建設的加速推進，公路工程在經濟和社會發展中起到舉足輕重的作用。而公路軟土路基作為公路工程中常見的地基類型，其地質條件復雜，容易發生沉降和變形，給公路使用帶來安全隱患。因此，加固處理軟土路基以提高其承載能力和穩定性，成為公路工程設計和施工中的關鍵問題。

然而，在實際公路建設過程中，軟土地基問題是一個極具挑戰性的問題，針對軟土路基的處理和沉降分析已成為公路工程領域的重要課題。基于此，該文圍繞軟土路基的加固處理及沉降分析展開深入研究，為今后我國軟土路基的加固處理提供理論支持和技術指導。

1 軟土路基概述

1.1 軟土路基的涵義

軟土路基是指在公路工程中所遇到的土質較為松軟、強度較低的路基層[1]。軟土路基常見于河谷、濕地和沿海等地區，其土體結構疏松，含水量較高，密實度較低。一般天然含水量可達5%以上和液限，天然空隙率達1.0以上，十字板抗剪強度不足35 kPa。

1.2 軟土路基的特點

（1）含水量高，透水性差。軟土路基主要由黏土顆粒群和淤泥顆粒群組成，含有少量有機土。在國內公路建設過程中，常見的軟土路基的含水率一般為35%～80%，造成高含水率的問題出現。此外，軟土路基的透水能力較弱，整體密度較大。因此，當公路路基的荷載強度增大時，軟土區域將逐漸下沉，在此過程中，軟土中的水會因受到應力擠壓而流出。

（2）不均勻結構。軟土路基受其自身土壤比重和強度的影響，在公路建設過程中，通常會產生較多不同的應力系統，導致路面結構層嚴重不平衡，同時還會影響該區域土壤的基本性質。隨著后續工程的逐漸疊加，由于這種極不均衡的應力系統，軟土路基將發生持續變化，進而可能導致路面開裂、部分路基破壞或輕微滑坡，甚至導致整個道路工程斷裂，嚴重威脅社會交通和人民生命財產安全。

（3）承載性較差。在項目建設過程中，確保道路正常發揮其運輸功能是所有相關從業人員最為關注的問題。然而，軟土含水率較高，如淤泥軟土，其含水量可達35%～50%。在高含水量的狀態下，軟土的孔隙被水充填，致使土質疏松，易被壓縮，進而導致承載強度較弱。在高強度的荷載環境下，地基的整體極易遭到破壞。

（4）抗剪強度差。由于軟基的含水率大、透水能力差，因此較難正常排水，這將大幅度降低地基的抗剪強度。具有大孔隙和相對松散的軟土層會因過大的剪切力而由內向外逐漸變形，使結構出現病害，進而降低工程質量，增加工程項目的投資成本。

2 軟土路基處理

2.1 軟土路基處理應考慮因素

在設計軟土路基處理時，應綜合考慮多種因素，充分借鑒軟土路基處理在各地區的成功經驗，并在方案確定前，組織對多個方案進行經濟技術比選[2]。只有充分考慮，才能確保處理方案的有效性、可持續性以及經濟性。具體來說，設計應考慮的因素具體內容如下。

（1）土質特性。軟土路基的土質特性包括含水量、液限、塑限、顆粒大小和顆粒形狀等。對于不同土質特性的軟土，應選擇適合的處理方法和工藝。例如，對于顆粒較大且含水量較高的軟土，可以采用排水法進行處理，通過設置排水溝或者采用排水板，加快水分排出，提高土體的強度和穩定性。對于顆粒較細且顆粒形狀呈片狀的軟土，如高塑性黏土，可以采用加筋法，通過設置土工格柵或者土工合成材料，增強土體的抗剪強度和承載能力。

（2）路基穩定性。穩定的路基可以有效分散荷載，減少土體變形和沉降，保證公路平整度和舒適性。在軟土地區建設公路時，由于軟土具有較高的含水量、較低的抗壓和抗剪強度以及較大的壓縮性，可能導致路基在承受荷載時發生較大的變形和沉降。若處理不當，可能導致路面開裂、沉降不均，甚至滑坡等嚴重問題，影響公路的正常使用和交通安全。因此，在軟土路基處理過程中，提高路基穩定性至關重要。

（3）承載能力。承載能力是指路基在承受荷載時所能承受的最大壓力，在軟土地區建設公路時，由于軟土本身的物理和力學性質較差，如高含水量、低抗剪強度和較大壓縮性等，使得軟土路基在承受荷載時可能發生較大的變形和沉降，進而導致公路路面出現不平整、車輛行駛舒適度降低，甚至影響公路的安全運行和使用壽命。因此，路基承載能力是軟土路基處理時重點考慮的因素之一。

（4）排水性能。良好的排水性能可以有效減少土體中的水分，降低土體的壓縮性和飽和度，從而提高路基的抗剪強度、承載能力和穩定性。在軟土地區建設公路時，若路基的排水性能不佳，水分難以排出，可能導致路基的抗剪強度降低，失去承載能力，甚至發生滑動等破壞[3]。此外，排水不暢還可能導致凍脹、膨脹、軟化等問題，進一步影響公路的安全和耐久性。

（5）工程成本。合理的工程成本控制可以確保項目在預算范圍內順利進行，避免資源浪費，實現投資回報的最大化。在軟土路基處理過程中，選擇合適的加固方法和材料對于降低工程成本具有重要作用，若采用高成本的處理方法和材料進行加固，可能導致項目超出預算，影響項目的經濟效益和可行性。反之，若選擇低成本但效果不佳的處理方法，可能導致路基的性能不達標，影響公路的安全和使用壽命，從而增加后期維護和修復的成本。

（6）環境影響。在軟土路基處理過程中，環境保護不容忽視，在加固方法選擇時，應對其進行綜合考慮。若采用污染性較大的材料或者處理方法進行加固，可能導致土壤、地下水等環境污染，影響周邊生態系統的穩定。此外，軟土路基處理過程中的挖掘、填充等施工活動，也可能破壞生態環境，如破壞植被、影響土地利用、改變水文條件等。

（7）施工條件。在軟土路基處理過程中，施工條件的優劣直接影響施工效率、工程成本以及最終的工程質量。因此，在選擇軟土路基處理方法和材料時，需充分考慮當地的地形、氣候、交通、供應鏈等施工條件，確保所選方案能夠適應現場實際情況，提高工程的可行性。例如，在偏遠地區或者地形復雜的軟土地區建設公路時，由于交通不便、材料供應困難或者氣候惡劣等因素，可能對軟土路基處理的施工進度和質量產生不利影響。在此情況下，選擇適應性強、對施工條件要求較低的處理方法和材料就顯得尤為重要，以確保工程順利進行。

2.2 軟土路基常用加固處理方法

（1）化學固結法。化學固結法主要通過向軟土中注入化學藥劑，包括水泥漿液、水泥+水玻璃混合漿液，使其與土體發生化學反應，形成固結體從而提高軟土的抗剪強度和承載能力。該方法適合多種軟土類型，尤其對有機質含量較低、黏結性土和高水分含量的軟土效果較好。但對于有機質含量較高或特殊類型的軟土，如泥炭、垃圾填埋土等，固結效果可能有限。

（2）墊層法。墊層法是一種通過在軟土表面鋪設一層高強度、良好排水性的材料，如碎石、砂礫等，分散上部荷載并提高軟土的承載能力的加固方法。根據換填材料的種類不同，墊層法分為碎石墊層、砂墊層、渣墊層和灰土或高山土墊層。該方法適合各種類型的軟土，特別是對于含水量較高、承載能力較差的軟土效果更為明顯。但對于厚度較大的軟土層，墊層法無法提供足夠的承載能力。墊層法簡單易行、經濟實用，適用于厚度較小的軟土層。

（3）排水固結法。排水固結法適合含水量較高、固結性較差的軟土類型，如高含水的黏性土、淤泥等。該方法通過設置排水系統，例如預應力管道、排水帶或排水井，加速軟土中水分的排放，提高土體的承載能力和穩定性。該方法的優勢在于可以在不改變土體本身結構的情況下，通過自然固結作用逐漸改善軟土性能。但其效果受軟土固結速度的影響，需較長時間才能達到預期效果。排水固結法的構造組成如圖1所示。

（4）振密擠密法。振密擠密法適合顆粒狀軟土類型，如砂、砂質黏結土和砂質淤泥等。該方法通過對土體施加振動力，使土顆粒在振動作用下重新排列、緊密排布，從而提高土體的密度、承載能力和穩定性，在顆粒狀軟土中效果較好，但對于黏結性較大的軟土，如純黏結土，該方法效果較差。此外，振動施工會對周圍環境和結構產生不利影響。按照施工工藝和加固材料劃分，振密擠密法可分為原位壓實法、強夯法、擠密砂石樁法、爆破擠密法、夯實水泥土樁法、重錘沖擴樁法及孔內夯擴法等。

（5）深層攪拌法。深層攪拌法適合各類軟土，尤其是黏結性土和有機質含量較高的軟土，如黏結土、淤泥和泥炭等。該方法通過深層攪拌機械將土體與攪拌材料（如水泥、石灰等）充分混合，形成均勻的土+攪拌材料復合體。深層攪拌法的優點在于可以改善軟土的物理和力學性能，適用范圍廣泛。但施工過程可能較為復雜，且對施工技術和設備要求較高。深層攪拌法按固化劑種類和形態的不同可分為不同的種類，具體劃分如表1。

（6）振沖置換法。振沖置換法又稱為碎石樁法，特別適合黏結性土、高含水量軟土和有機質含量較高的軟土，如黏結土、淤泥和泥炭等。該方法通過將振沖錘打入軟土層，擠壓并置換部分軟土，同時將砂礫等填充材料注入振沖錘產生的空隙，形成一種類似樁體的加固結構。振沖置換法可以有效改善軟土性能，特別適用于交通不便、施工空間有限的工程場地，但施工過程中會產生較大的振動和噪聲，對周圍環境和結構造成影響[4]。振沖置換法加固原理如圖2所示。

圖2 振沖置換法原理

（7）CFG樁加固法。CFG樁是一種混合水泥、粉煤灰和礫石的復合材料樁，并通過專用設備將樁材料打入軟土層。CFG樁適合各種類型的軟土，特別是黏結性土、高含水量軟土和有機質含量較高的軟土，如黏結土、淤泥和泥炭等。CFG樁既可承受上部結構荷載，又可作為土體加固的垂直排水通道。該加固方法具有施工速度快、承載能力高、適用范圍廣等優點，但施工過程中對材料配比、樁體質量和施工技術要求較高。

3 軟土路基沉降分析

3.1 沉降的組成

軟土路基沉降主要由三部分組成：瞬時沉降、主固結沉降和次固結沉降[5]。

（1）瞬時沉降主要是由于荷載作用下土體顆粒的重排導致的，發生在荷載施加的瞬間。

（2）主固結沉降是由于荷載作用下土體孔隙水壓力增加，導致水分從土體中擠出，通常在荷載施加后的相對較短時間內完成。

（3）次固結沉降是土體在主固結沉降結束后，由于荷載持續作用下土體微觀結構的調整和顆粒摩擦力的減小所導致的。

3.2 分析方法

軟土路基沉降分析是評估道路基礎穩定性和可靠性的關鍵環節。沉降分析方法主要包括實驗土力學方法、理論計算方法以及經驗公式法。

實驗土力學方法包括一維固結試驗、排水固結試驗等，通過實驗測定土體的固結特性參數，如固結壓力、壓縮指數、固結系數等。理論計算方法則主要基于特定的土體模型和土體力學原理，如Terzaghi固結理論、Bjerrum修正Terzaghi固結理論、Cam-Clay模型等，根據實驗測定的土體參數和荷載特性進行沉降預測。而經驗公式法則是根據已有的大量實踐經驗，提煉出各種經驗公式，結合實際工程情況和土體參數，進行沉降估算。在實際工程中，通常采用綜合分析的方法，結合實驗土力學方法、理論計算方法以及經驗公式法，對軟土路基的沉降進行預測和評估，以確保道路基礎的穩定性和可靠性。

4 結語

綜上所述，公路是現代交通運輸的重要組成部分，其建設和維護對于社會經濟的發展至關重要。在日常公路建設過程中，不可避免地會遇到軟土路基情況，其承載能力和穩定性較差，一旦處理不到位，會對整個公路工程建設質量造成嚴重影響。基于此，該文對軟土路基進行了簡要介紹，對軟土路基的處理方法進行了探討，并對其加固后的沉降情況展開了深入分析，對提高我國公路工程整體建設質量具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]張明華， 李建剛， 劉曉宇. 軟土路基加固處理技術研究進展[J]. 土木工程學報， 2018（6）： 52-62.

[2]王宇飛， 李振中， 李洋. 軟土路基加固處理對沉降性能的影響分析[J]. 公路工程， 2019（2）： 72-78.

[3]蔡建華， 張衛華， 吳明華. 不同軟土路基加固處理方法的沉降分析研究[J]. 公路交通科技， 2021（3）： 94-100.

[4]張建國， 王建明， 楊承業. 軟土路基加固處理技術研究及工程應用[J]. 土工基礎， 2011（3）： 57-61.

[5]孫凱， 潘宇， 周明. 軟土路基加固處理后沉降規律研究[J]. 中國公路學報， 2019（6）： 131-137.