軟土地基處理技術在公路工程施工中的應用

趙業偉

（中交一公局集團華中工程有限公司，湖北武漢 430000）

0 引言

受地質、氣候條件等影響，在公路工程施工中經常會遇到軟土地基問題，如果對軟土地基處理不到位，后續公路建成使用中會出現各種問題，如引發不均勻沉降、導致路面凹凸不平、造成橋頭跳車等，嚴重影響行車安全。為保障公路施工質量與安全，需要采取相應的技術措施，解決公路軟土地基問題，減少其危害性。

1 軟土地基概述

1.1 軟土的內涵

一般情況下，會將濱海、湖泊等沉積的淤泥、淤泥質土、高壓縮性飽和黏性土等稱為軟土，軟土的含水量高、孔隙比大、壓縮性高，導致其抗剪強度和承載力不足。在靜水、慢流水中沉積、生化作用下形成的黏性土多為淤泥、淤泥質土，其中含有有機質，天然含水量高且超過液限。對于軟土地基，在工程設計和施工中都需要認真對待可能出現的變形、強度不足等問題，要做好沉降和穩定驗算，一旦相關指標不滿足要求，就需要及時處理。

1.2 軟土地基的特點

第一，軟土地基的含水量高、密度低、強度低、壓縮性高，且具有低透水性特點，一般其含水量可達到34%～72%，液限在35～60 之間，因此軟土地基排水固結較慢、穩定性差，容易發生大的壓縮沉降。

第二，流動變換性明顯。路面上部和外部負荷大的情況下，會導致路面下沉，對公路的使用造成不良影響。在路面局部下沉的情況下，會導致路面破裂，軟土地基結構與路堤銜接處產生差異沉降，進而導致橋頭跳車等。同時，涵身和通道凹陷會拉寬沉降裂縫，進而導致滲水。路面橫坡坡度變緩，更容易積水，會逐漸損壞路面，導致路基失穩被破壞，引發路面沉陷病害等[1]。

第三，有一定結構性，也就是觸變性、蠕變性，絮狀結構導致骨架剛度加大，其力學性質與應力水平密切相關。在應力水平低的情況下，土的力學特性良好。如果應力水平較高，會破壞土的結構性，其力學性質會發生不良變化。

第四，有硬殼層存在。在地表風化、淋澆作用下會形成硬殼層，硬殼層的強度較高，且具有中等壓縮性和較強結構性。如果公路工程路堤有2～3m 高，此時可利用其硬殼層施工。

1.3 軟土地基危害性

軟土地基會導致公路工程產生以下問題：第一，強度和穩定性降低。公路建設等級高，其填土厚度大，如果地基缺乏足夠的抗剪強度，則對于路堤和路面外荷載無法承載，進而出現局部、整體剪切破壞，路堤沉陷坍塌，橋臺破壞，影響到公路工程穩定性；第二，沉降變形問題。上部荷載和外荷載作用下，地基會產生較大沉降變形，對公路的使用造成不良影響。第三，地基土會受到動力荷載的影響，比如車輛震動和地震等，尤其是飽和無黏性土會出現液化、失穩現象。

2 公路工程施工中軟土地基處理存在的問題

2.1 地基處理方法不合理

在公路工程施工中，對軟土地基的具體處理方式至關重要。因此，在進行軟土地基處理前，需考察實地環境和地質條件，選擇合適的處理措施。但目前，一些公路工程中選擇的處理方式并不合理，甚至存在盲目選擇的問題。比如，使用振密加固法處理飽和軟黏性土。同時，還存在軟土地基優化力度不足的問題，沒有全面進行方案分析，導致使用的方法不合適，不僅無法取得理想的處理效果，還會加大時間、財力和資源的浪費[2]。

2.2 機械設備落后

我國各地區地質條件存在差異，且地基情況具有一定復雜性，雖然在巖土研究發展中取得不錯的成果，軟土地基處理水平提高，施工設備也更加先進，但仍存在一些不足，比如，部分施工設備無法有效開展軟土地基作業，導致處理效果較差，最終引發公路工程損壞。

2.3 施工水平參差不齊

公路工程建設發展中，一些施工人員缺乏經驗、技術不到位，整體上文化水平較低，在企業未對其進行技術培訓的情況下，容易出現操作不規范的問題。處理地基需分析具體情況，然后選擇合適的處理方式。但一些施工人員為了省事，往往忽略實際地基處理要求，施工具有盲目性，從而對工程質量產生影響。

除了施工人員，施工單位之間也存在水平參差不齊的問題，軟土地基能否處理合格，不僅與設計的處理方案有關，也與施工單位施工水平有很大關系。但由于相關部門監管不到位，導致一些資質不足的施工單位進入市場，為追求高效益，縮短工期，違背施工規范，引發嚴重質量安全隱患。

2.4 工程監管不到位

公路工程軟土地基處理中，要保證施工質量，必須對施工過程加強監管力度。不僅要求施工企業自身做好質量控制工作，還需要監理部門、政府監管部門等參與監督。部分監管部門責任心不足，未有效對軟土地基施工開展監管，導致不少質量缺陷、安全隱患未被及時發現，后續釀成嚴重后果。

3 軟土地基處理意義與原則

3.1 軟土地基處理意義

第一，做好軟土地基處理可以提高路基承載力。路基承載力的提升也是施工重要目標，只有采取措施加強軟土地基處理，做好施工質量控制，才能避免發生質量問題，保證公路工程建設效果。施工單位需做好施工現場管理工作，加強巡視檢查，根據具體情況選擇合理的處理方案，并規范施工。

第二，滿足施工需要。施工單位需制定相關措施來處理軟土地基，并在施工中嚴格把握技術要點，才能保證處理質量，滿足工程建設需要。

第三，提升公路工程施工質量。公路工程施工質量的提升，需要控制好原材料質量，保證每道環節施工質量，采取合理方案有效處理軟土地基。并做好施工人員培訓，確保其能夠按照流程和工藝規范操作。

3.2 軟土地基設計處理原則

第一，在軟土地基上進行路堤修筑，需開展穩定驗算、沉降計算。穩定驗算過程中，可采用總應力法、有效固結應力法和準畢肖普法，其中各類計算方法中，對相關性能指標需根據其穩定安全系數容許值進行控制。沉降計算則需根據公路等級，以及具體的施工部位是橋臺與路基相鄰處還是涵洞、箱型通道處，來明確其容許工后沉降值，從而選擇合適的軟土地基處理方案。

第二，設計軟土地基處理方案時，需依據軟土地基地質勘查資料，在滿足路線布設工作基礎上，比較選擇設計方案，采用合理的鉆探技術進行處理。

第三，根據路基情況選擇處理方法。在加固處理軟土地基過程中，如果軟土層淺、薄，則適合選擇表層處理法。開挖換填法可用于重要構造物基礎處理施工，軟土層厚的情況下，可以選用表層處理法結合其他方法進行。強夯法適合處理有砂層、薄的軟土層。較厚的軟土層，其中沒有砂層的情況下，形成較長的排水距離，延長固結和沉降時間，且不會加大強度，因此可使用表層排水法進行沉降處理。若淺層部位堆積的砂層有4m 厚，下方為軟黏土層，此時不需考慮其穩定問題，使用強夯法進行沉降處理即可[3]。

第四，根據道路性質選擇。道路等級越高，則對平整度要求越高，需選擇合適的方法進行沉降處理。道路等級較低的工程，可以先簡單鋪設路面，沉降完成后，再正式進行路面鋪設，以節約資金。同時，在軟土地基處理中，需考慮到路堤設計寬度和高度。使用換填法處理軟土地基，如果路堤寬、低，則容易被損壞，高而窄的路堤更容易使用換填法處理。

第五，選擇處理方案時，需綜合地質水文條件、機械設備、環境條件等，對各方面技術性、經濟性加以比較分析，然后選擇最佳方案。

第六，使用動態設計方法，在軟土地基處理和公路施工中，各類影響設計的因素是處于變化中的，需注意做好補充勘查工作，嚴格開展試驗，對原設計進行適當調整。

4 軟土地基處理技術在公路工程施工中的具體應用

4.1 換土墊層法

軟土地基處理中，使用換土墊層法是挖去基礎底面一部分軟弱土層，然后再換填其他穩定、無侵蝕性的材料，比如砂礫、碎石和灰土等，然后夯實密實。此法操作簡單、成本低，需要的機械也比較常見，適合在厚度較薄、排水方便的軟土層使用。一般情況下，其換土深度在80cm 左右，不會超過2m。主要用以下兩種施工技術。

一是拋石擠淤法。該方法使用不易風化的石料，根據軟土稠度確定片石的大小，如果工程軟土地基為有流動性的粉砂土，則適合選用小點的片石。從路基中部逐步向兩邊拋石，上部填塞選擇小石塊，并經重型機械嚴密碾壓。同時，該方法操作中不需要抽水，因此經濟性較好。

二是砂礫墊層法。砂礫墊層的透水性較好，鋪設在軟土地基頂面后，可以使排水增加，受填土荷載作用，軟土地基可以快速排水固結，使地基強度和穩定性提高。片石經過碾壓密實后，上方分兩次鋪設砂礫墊層，然后逐層壓實，可選擇中砂、粗砂，控制好含泥量。碾壓作業中，一般砂墊層含水量不會超過12%。盡量避免操作過程擾動軟土表層，否則容易導致砂與淤泥混合，進而對墊層效果產生不利影響。

4.2 排水固結法

在當前公路工程軟土地基處理中，排水固結法應用較多，其經濟性好、適用性強，且操作便利。通過在軟土地基中設置豎向排水體將地基的邊界條件改變，使孔隙水有更多的排除途徑，固結時間減少。通常需要砂墊層作業，配合袋裝砂井、塑料排水板進行。

4.2.1 袋裝砂井

使用鏈聚合物編制而成，比如聚丙烯和聚乙烯，因此其抗拉強度好，而且耐腐蝕性強，不會對人體產生傷害，價格也比較低廉，有著廣泛應用。選擇中砂、粗砂，施工中先定位，按設計要求和施工順序做好打孔機定位。使用打孔機和無縫鋼管打孔，孔標高要符合設計要求。之后下砂袋，其中放中粗砂，要保持干燥和密實度，成孔后在孔中放入砂袋，高出地面一定距離，缺砂的情況下要及時補充。然后將套管拔出，埋好砂袋頭在設計的砂墊層中，分兩次鋪設砂墊層，以方便作業。

4.2.2 塑料排水板

要具備足夠抗拉強度、柔性和抗腐蝕性，以保障其長久使用。即使土體固結變形也不易被折裂損壞，且能夠隔離土粒滲透。塑料排水板的使用，可以提高施工效率，且排水固結效果好。

上述兩種排水固結方法在設置中都需考慮間距問題，一般為1.2～1.5cm，間距過密不易于施工，且會對原地層強度造成破壞。根據壓縮層深度情況，考慮控制其加固長度，一般需穿過軟土層到達硬層。如果軟土較厚，則可延長。在有較高含水量的軟土地區，需鋪設應力土工布，以強化地基穩定，必要的情況下可以鋪設土工格柵來促進路堤抗剪能力提升，避免滑移。使用排水固結法處理軟土地基，在完成軟基施工后，填筑路基土方時也要重視軟基排水，以保障排水固結效果[4]。

4.3 碎石樁法

相比排水固結法，碎石樁法的施工周期短、加載快速連續，需先清理好場地，配備需要的機具，沉入管樁后加料壓密，之后拔管，將機具移位。低強度軟黏土施工之后，需要將孔壁保護好，保持其暢通。開孔時不可立即到達加固深度，需先到軟弱層后加料、擠振，此層周圍分布填料護住孔壁，然后繼續向下開孔，就可以在制樁前護住整個孔道的孔壁。如果該過程中泥漿過稠，則會減緩孔內骨料下降速度，對施工速度和成樁質量產生不良影響，因此需在成孔后及時清孔，回水帶出稠泥漿。

施工中，遇到地基中的硬層，成孔要適當擴空，也就是利用振沖器在硬層中多次反復上下擠振作用下擴大孔道。每次少量填料，然后振沖器振密。

常見填料方式有三種：一是提出振沖器后，向孔中加料，然后進行振密；二是不提出振沖器，只上提一點使其離開原先振密過的部位，然后倒料、振密；三是連續加料，振沖器負責振密，深度達到一定標準后，將振沖器上提再振密。可根據地基土性質，合理選擇填料方式。由于軟土地基中坍落的軟黏土會堵塞孔道，因此需經常清理孔中的淤泥，連續加料法不太適用。

4.4 灌漿法

利用機械設備向軟基空隙中灌入漿液材料，使其擴散、固化，地基強度得以提高，同時降低軟基滲透性。先使用螺旋鉆、回轉式鉆機鉆孔，孔徑可以小一些以避免冒漿[5]。進行配比試驗選擇合適的配比方案，根據程序加料和計算，需要多少就制備多少漿液。灌漿前需不停攪拌避免沉淀對漿液質量造成影響。通過灌漿設備和管路將漿液注入目的層，灌漿前先進行現場試驗，確定單孔灌漿量，然后進行灌漿施工。灌漿量達到設計要求即可停止，如果發現地面隆起、跑漿液，需及時停止操作，下一段灌漿料酌情減少，并檢查設備和封孔裝置等，確定無問題才可繼續執行灌漿操作。

5 結語

軟土地基處理方法多樣，需根據公路工程等級、地質條件、軟土情況等合理選擇使用，設計好軟土地基處理方案，并按規范操作，保證軟土地基穩定性、強度有效提升，控制好基礎沉降，保證公路建設質量和使用安全。