高速公路施工階段軟土路基的施工技術(shù)探討

劉朝俊

摘要 軟土地基處理不當(dāng)容易導(dǎo)致路基沉降和路面開(kāi)裂等質(zhì)量病害，嚴(yán)重影響公路的使用壽命、行車(chē)安全性及舒適性。因此，軟土路基的施工技術(shù)是公路工程中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。文章以某高速公路項(xiàng)目為例，對(duì)該項(xiàng)目中遇到的軟土地基處理進(jìn)行詳細(xì)分析，首先總結(jié)填土法、水泥攪拌樁法、預(yù)制混凝土管樁法、排水固結(jié)法、強(qiáng)夯加固法等常見(jiàn)軟土路基施工技術(shù)要點(diǎn)，然后對(duì)路基的強(qiáng)度、壓實(shí)度、平整性等參數(shù)的檢測(cè)控制進(jìn)行探討，旨在為類(lèi)似項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞 高速公路項(xiàng)目；軟土路基施工技術(shù)；施工注意事項(xiàng)

中圖分類(lèi)號(hào) U418.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）11-0131-03

0 引言

為了有效解決軟土路基施工難題，提高公路工程的質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員進(jìn)行了大量研究，提出了多種軟土路基的處理方法和施工技術(shù)。根據(jù)處理原理和方法的不同，常見(jiàn)的軟土路基施工技術(shù)主要有填土法、水泥攪拌樁法、預(yù)制混凝土管樁法、排水固結(jié)法和強(qiáng)夯加固法等。這些技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的地質(zhì)條件和工程要求。因此，實(shí)際施工中需要根據(jù)軟土地基的特性、道路形狀、施工現(xiàn)場(chǎng)、黏土層等因素，綜合考慮各種技術(shù)的可行性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境影響，選擇最合適的施工技術(shù)方案。

1 工程概述

某高速公路項(xiàng)目全長(zhǎng)約100 km，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h，路基寬度為26 m，雙向四車(chē)道。該項(xiàng)目施工過(guò)程中遇到多處軟土地基，主要分布在河谷、湖泊、沼澤等地區(qū)。軟土地基的厚度從幾米到幾十米不等，土質(zhì)以粉質(zhì)粘土和淤泥為主，含水量高達(dá)80%以上，承載力低于50 kPa。軟土地基處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致路基不穩(wěn)、沉降過(guò)大等嚴(yán)重后果。

2 高速公路軟土路基施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 填土法

填土法主要是將軟土層清除，用符合要求的填料替換，其優(yōu)點(diǎn)是施工方便、成本低和環(huán)境影響小，缺點(diǎn)是需要大量填料，可能造成資源浪費(fèi)和運(yùn)輸困難[1]。運(yùn)用填土法時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

（1）清理路基表面。填土前先將路基表面的雜草、垃圾、有機(jī)物等清除干凈，避免影響填料與原地基的結(jié)合。

（2）確保路基填料符合要求。選擇質(zhì)量好、強(qiáng)度高、透水性好、壓縮性小的材料，如砂礫、碎石等。路基填料按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行檢驗(yàn)和控制，保證其符合技術(shù)要求[2]。

（3）填筑與壓實(shí)路基。填筑時(shí)按照設(shè)計(jì)標(biāo)高和縱橫坡度進(jìn)行控制，以保證路基的平整度和均勻性。進(jìn)行壓實(shí)時(shí)采用適當(dāng)?shù)臋C(jī)械設(shè)備和方法，按照分層次進(jìn)行壓實(shí)，保證每一層達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度。

（4）分層填筑。為保證路基的穩(wěn)定性和均勻性，需將路基分為若干層進(jìn)行填筑，每一層的厚度一般不超過(guò)30 cm。每一層先粗調(diào)平整，再壓實(shí)。填筑下一層前需檢查上一層是否達(dá)到要求，如有不合格應(yīng)及時(shí)修復(fù)[3]。

2.2 水泥攪拌樁法

水泥攪拌樁法對(duì)水泥漿的配比和質(zhì)量控制要求較高，控制不當(dāng)會(huì)影響樁體的強(qiáng)度和均勻性，水泥攪拌樁法施工過(guò)程主要包括以下幾個(gè)步驟：

（1）勘察設(shè)計(jì)。根據(jù)地質(zhì)條件和工程要求，確定樁的形式、尺寸、位置、間距、深度、數(shù)量等參數(shù)，編制施工方案和質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）水泥漿配制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇合適的水泥品種、摻合料、外加劑等材料，按照一定的配比和流動(dòng)度要求，用專用的攪拌機(jī)攪拌成水泥漿，通過(guò)泵送機(jī)輸送到施工現(xiàn)場(chǎng)[4]。

（3）樁孔鉆探。用專用的鉆機(jī)在預(yù)定的位置鉆出樁孔，樁孔直徑需略大于樁體直徑，樁孔深度需達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保持樁孔清潔。

（4）水泥漿注入。將水泥漿通過(guò)鉆桿輸送到樁孔底部，提升鉆桿的同時(shí)，將水泥漿從下往上注入樁孔，形成一定厚度的水泥漿環(huán)。

（5）樁體攪拌。用專用的攪拌頭沿著鉆桿旋轉(zhuǎn)并上下移動(dòng)，將水泥漿與軟土充分混合攪拌，形成均勻致密的水泥土樁體。

（6）樁體養(yǎng)護(hù)。完成攪拌后，將鉆桿和攪拌頭提出樁孔，對(duì)樁體進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，確保達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

2.3 預(yù)制混凝土管樁（PHC）法

預(yù)制混凝土管樁（PHC）法的原理是用預(yù)制的高強(qiáng)度混凝土管樁插入軟土地基中，形成復(fù)合地基。該方法施工方便、質(zhì)量可靠、環(huán)境影響小，但需要大量預(yù)制管樁，可能造成資源浪費(fèi)。其施工要點(diǎn)如下：

（1）施工準(zhǔn)備。施工前先詳細(xì)地勘察分析軟土地基，確定管樁布置方案、數(shù)量、規(guī)格、長(zhǎng)度等參數(shù)。同時(shí)對(duì)預(yù)制管樁進(jìn)行檢驗(yàn)和控制，保證其符合技術(shù)要求[5]。

（2）吊裝、插樁。吊裝時(shí)采用合適的吊具和方法，避免對(duì)管樁造成損傷。插樁時(shí)按照設(shè)計(jì)位置和方向進(jìn)行控制，保證管樁的垂直度和平行度。同時(shí)注意保護(hù)管樁的端面和接頭，避免破損。

（3）壓樁、打樁。壓樁或打樁時(shí)采用合適的設(shè)備和方法，根據(jù)土質(zhì)情況和反饋數(shù)據(jù)調(diào)整壓力或打擊能量，保證管樁達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度和承載力，同時(shí)注意觀察管樁的變形和位移情況，如有異常應(yīng)及時(shí)處理[6]。

（4）接樁。接樁時(shí)采用合適的接頭形式和方法，保證管樁之間的連接牢固可靠，同時(shí)對(duì)接頭部位進(jìn)行密封處理，防止水泥漿或土壤進(jìn)入管內(nèi)。

（5）送樁。送樁時(shí)采用合適的設(shè)備和方法，將水泥漿或其他填料從管頂注入管內(nèi)，填充空隙，對(duì)管內(nèi)壓力進(jìn)行控制，保證填料充分密實(shí)。

（6）截樁。截樁時(shí)采用合適的設(shè)備和方法，將多余的管段切除，對(duì)切口進(jìn)行平整處理。

（7）樁帽施工。進(jìn)行樁帽施工時(shí)采用合適的材料和方法，將管樁頂部與路基上層連接起來(lái)，對(duì)其進(jìn)行加固處理。

（8）預(yù)壓。預(yù)壓過(guò)程中采用合適的設(shè)備和方法，在路基上層施加一定荷載，根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制荷載大小和持續(xù)時(shí)間等參數(shù)，使軟土地基產(chǎn)生一定程度的沉降，消除殘余變形[7]。

2.4 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法的原理是用排水設(shè)施排除軟土地基中的多余水分，使軟土固結(jié)變形，提高其強(qiáng)度和剛度的方法。該方法施工簡(jiǎn)單、成本低、環(huán)境影響小，但施工時(shí)間較長(zhǎng)，效果受土質(zhì)和排水條件影響。運(yùn)用排水固結(jié)法時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

（1）施工測(cè)量。施工前先對(duì)軟土地基進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量和分析，確定排水設(shè)施的布置方案、數(shù)量、規(guī)格和深度等參數(shù)，同時(shí)對(duì)排水設(shè)施進(jìn)行檢驗(yàn)和控制，保證其符合技術(shù)要求。

（2）試驗(yàn)段施工。正式施工前先在部分區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)段施工，觀察排水設(shè)施的安裝效果和軟土地基的固結(jié)變化情況，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和反饋信息調(diào)整施工方案和參數(shù)，保證施工效果[8]。

（3）砂墊層施工。排水設(shè)施安裝前先在路基表面鋪設(shè)一層砂墊層，作為排水通道和承載層。砂墊層應(yīng)選擇質(zhì)量好、透水性好、壓縮性小的砂料，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行壓實(shí)處理。

（4）袋裝砂井施工。袋裝砂井是一種常用的排水設(shè)施，主要是將砂料裝入塑料袋中，然后用鉆機(jī)將其插入軟土地基中，形成垂直排水通道。袋裝砂井施工時(shí)注意控制鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，保證袋裝砂井的垂直度和穩(wěn)定性，此外需保護(hù)袋裝砂井的完整性，避免破損或堵塞。

2.5 強(qiáng)夯加固處理工藝

強(qiáng)夯加固處理的原理是用重錘自由落體對(duì)軟土地基進(jìn)行沖擊壓實(shí)。該方法施工快速、效果明顯、環(huán)境影響小，但需要專業(yè)的設(shè)備和專業(yè)的施工人員進(jìn)行操作。強(qiáng)夯加固處理工藝如下：

（1）施工設(shè)備。施工時(shí)選擇合適的強(qiáng)夯機(jī)和重錘，根據(jù)土質(zhì)情況和設(shè)計(jì)要求確定重錘的重量、落差、沖擊能量等參數(shù)，做好對(duì)強(qiáng)夯機(jī)和重錘的檢驗(yàn)維護(hù)，保證其正常運(yùn)行。

（2）第一遍夯點(diǎn)布置。進(jìn)行第一遍夯實(shí)時(shí)按照設(shè)計(jì)方案布置夯點(diǎn)，一般采用網(wǎng)格狀或菱形狀的布置方式，以保證夯點(diǎn)之間的距離和覆蓋范圍合理，并避開(kāi)橋梁、管道和電纜等敏感設(shè)施，防止造成損壞。

（3）吊機(jī)就位。采用合適的吊機(jī)將重錘吊起，對(duì)吊機(jī)進(jìn)行控制，保證重錘在指定的夯點(diǎn)上方準(zhǔn)確落下。觀察吊機(jī)的穩(wěn)定性和安全性，防止發(fā)生傾覆或斷裂等事故。

（4）測(cè)量計(jì)算。采用合適的儀器和方法對(duì)夯點(diǎn)的沉降量、反彈值、承載力等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷夯實(shí)效果是否達(dá)到要求。如有不合格的地方，應(yīng)及時(shí)調(diào)整參數(shù)或重復(fù)夯實(shí)[9]。

（5）使用推土機(jī)推平。完成第一遍夯實(shí)后，使用推土機(jī)將路基表面推平，對(duì)其進(jìn)行檢查和修復(fù)，保證路基的平整度和均勻性。

（6）布置第二遍夯點(diǎn)。第二遍夯實(shí)時(shí)按照設(shè)計(jì)方案布置夯點(diǎn)，一般采用與第一遍垂直或交錯(cuò)的布置方式，保證夯點(diǎn)之間的距離和覆蓋范圍合理。注意與第一遍夯點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)，防止造成局部過(guò)度壓實(shí)或不均勻。

（7）重復(fù)步驟（3）至（5）。完成第二遍夯實(shí)后，重復(fù)步驟（3）至（5），對(duì)路基表面進(jìn)行測(cè)量、推平、檢查和修復(fù)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷是否需要進(jìn)行第三遍或更多次的夯實(shí)。

3 軟土路基施工技術(shù)在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

3.1 強(qiáng)度檢測(cè)

強(qiáng)度是衡量瀝青路面施工質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，反映了路面的抗變形能力和耐久性。利用路面彎沉儀對(duì)路面進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

（1）測(cè)點(diǎn)的選擇。測(cè)點(diǎn)選擇在路面上均勻分布，一般每100 m2至少選擇9個(gè)測(cè)點(diǎn)，避開(kāi)裂縫、接縫、坑洞等缺陷處，同時(shí)保證每個(gè)測(cè)點(diǎn)與邊緣或障礙物的距離不小于30 cm。

（2）測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉值計(jì)算。測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉值可按照式（1）進(jìn)行計(jì)算：

Lt=（L1?L2）×2 （1）

式中，Lt——溫度t時(shí)路面回彈值；L1——車(chē)輪中心靠近彎沉儀測(cè)頭時(shí)的百分表讀數(shù)最大值；L2——車(chē)輛駛出彎沉影響半徑后百分表讀數(shù)的最大值。

需修正支點(diǎn)變形時(shí)，回彈彎沉計(jì)算公式如下：

Lt=（L1?L2）×2+（L3?L4）×6 （2）

式中，L3——彎沉儀最終讀數(shù)；L4——車(chē)輛超出彎沉影響半徑的彎沉儀讀數(shù)。

溫度校正。路面厚度不低于5 cm時(shí)，要根據(jù)溫度校正回彈彎沉值，因?yàn)闇囟葘?duì)瀝青路面的強(qiáng)度有較大影響。瀝青層溫度均值可通過(guò)式（3）求得：

T=（T25+Tm+Te）/3 （3）

式中，T——瀝青層溫度均值；T25——瀝青層表面溫度；Tm——瀝青層中間溫度；Te——瀝青層底面溫度。

3.2 壓實(shí)度檢測(cè)

壓實(shí)度表示干密度與標(biāo)準(zhǔn)最大干密度的比值，反映了路基填料的密實(shí)程度和穩(wěn)定性。壓實(shí)度的檢測(cè)采用核子密度儀法。

（1）在核子密度儀上設(shè)置射線探頭。射線探頭設(shè)置在路基填料的中心位置，一般距離路基表面不小于15 cm，距離邊緣或障礙物不小于30 cm，保證射線探頭與路基填料的接觸面平整，避免空氣或其他雜質(zhì)的干擾。

（2）測(cè)量密度、含水量。測(cè)量時(shí)按照核子密度儀的操作說(shuō)明進(jìn)行操作，根據(jù)土質(zhì)情況和設(shè)計(jì)要求選擇合適的測(cè)量模式和參數(shù)。觀察核子密度儀的顯示數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，如有異常，需及時(shí)處理。

（3）溫度、濕度校正。溫度和濕度對(duì)核子密度儀的測(cè)量結(jié)果有一定影響，因此，測(cè)量前后對(duì)核子密度儀進(jìn)行溫度和濕度校正，將校正后的數(shù)據(jù)作為最終結(jié)果[10]。

3.3 平整性檢測(cè)

平整性是衡量路基表面的平滑程度和均勻程度的指標(biāo)，反映了路基的幾何形狀和結(jié)構(gòu)性能。連續(xù)式平整度儀利用八個(gè)行走輪沿著路面移動(dòng)，通過(guò)無(wú)線通信方式采集路面高差數(shù)據(jù)的儀器，其位移測(cè)量范圍為0～40 mm，線性誤差為±0.001% FS，工作溫度為?10～+40 ℃。使用連續(xù)式平整度儀時(shí)需選擇合適的測(cè)點(diǎn)位置、保持儀器水平和校準(zhǔn)儀器。路面平整度計(jì)算公式為式（4）、（5）。

式中，n——單步長(zhǎng)涵括的高程值數(shù)量；Yi——單步長(zhǎng)中的第i個(gè)高程值；Ya——單步長(zhǎng)中的高程值算術(shù)平均值。

4 結(jié)論

綜上所述，各種軟土路基施工技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的地質(zhì)條件和工程要求。實(shí)際施工中，需要根據(jù)軟土地基的特性、道路形狀、施工現(xiàn)場(chǎng)和黏土層等因素，綜合考慮各種技術(shù)的可行性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境影響，選擇最合適的施工技術(shù)方案。應(yīng)用軟土路基施工技術(shù)時(shí)，除了注意各種技術(shù)本身的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)外，還需要注意對(duì)路基的強(qiáng)度、壓實(shí)度和平整性等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制，保證路基的質(zhì)量和性能；進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要選擇合適的檢測(cè)方法和設(shè)備，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行校正和計(jì)算。

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