高速公路施工軟土路基的處治及施工技術

張浩

（廣州公路工程集團有限公司，廣東 廣州 510075）

1 高速公路軟土路基的特征及危害

1.1 特征

1.1.1 荷載性能弱

軟土路基的特征因地而異、因層而異，不可預見性較大。其最突出的特征之一就是荷載性能弱。荷載性能直接影響高速公路路基結構的整體質量。因軟土路基的荷載性能較低，導致路基路面承載性能差，在高速公路大車流量、大荷載的影響下，極易導致路基路面出現變形開裂、沉降塌陷等病害，會影響高速公路行車安全。

1.1.2 富水性強

軟土路基主要由淤泥、黏土顆粒物等多種成分組成，其孔隙較大，含水量較高，一般在40%～70%之間，在路基施工時容易出現路基溢水、路基沉降等現象，不僅會影響高速公路施工質量，還可能延誤工期[1]。

1.2 危害

1.2.1 路基下沉

若所應用的軟土路基處治技術不合理，或處治工藝、流程不規范，會降低軟土路基處治效果，進而導致路基下沉，路基下沉量的擴大會對高速公路的正常使用造成不利影響。

1.2.2 路基滑坡

由于軟土路基的結構穩定性差、壓縮性高和含水量大等因素的影響，易發生路基滑坡現象。特別是在軟土路基處治過程中使用的技術措施不符合實際需求的情況下，會提高路基滑坡的可能性，進而對高速公路的整體建設質量造成不利影響。

1.2.3 不均勻沉降

如果對軟土路基的勘察不準確或不詳細，忽視本應該進行軟土路基處治的施工地段，容易造成地基失穩。主要是軟土路基較高的壓縮性會使建筑物發生不均勻沉降，以致公路工程開裂、損壞。

2 高速公路軟土路基處治方法分析

2.1 換填法

換填法，是目前高速公路軟土路基處治中常用的一種方法，該方法是將軟土層清理之后再填入砂碎石、鵝卵石、煤礦渣、素土等堅硬材料，然后進行夯實、振動處治，提升地基密實度，形成高強度的人工地基，最終達到軟土路基改良的目的。當前，換填法憑借操作簡單、成本低、效果好等諸多優勢被廣泛應用于不超過5m 的淤泥質土、黃土、素填土、雜填土、人工回填土的淺層軟土路基處治，并取得了良好的效果[2]。應用換填法處理高速公路軟土路基時，需做好測量放樣、備料、拌和、攤鋪、夯實、養生等工作，規范施工工序，以達到理想的施工效果，提升軟土路基強度。公路軟土路基換填法施工如圖1 所示。

圖1 公路軟土路基換填法圖示

2.2 排水固結法

排水固結法是采用人工布置排水設施的方式，收集軟土路基內的積水，然后利用排水設施將其排出，進而降低軟土路基含水量，提高軟土路基密實度、承載性能及穩定性，降低后期路基沉降、塌陷的可能性。當前，排水固結法憑借其難度低、效率高等優勢被廣泛應用于黏土質、淤泥質軟土路基處治中。排水固結法又可分為真空預壓法和砂井預壓法。

2.2.1 真空預壓法

真空預壓法是借助真空泵將軟土路基孔隙內的空氣、水分排出，降低軟土路基含水量，提高其密實度，達到加固路基的目的。尤其是一些地下水豐富、土體滲透能力差的軟土路基，應用真空預壓法可取得顯著的加固效果，該方法不會對環境造成破壞，且工作量明顯減少，但處治成本較高。

2.2.2 砂井預壓法

砂井預壓法指的是借助具備較強透水性的砂袋預壓處治軟土路基，進而在軟土路基內部形成排水通道，加速排除內部水分，將路基含水量降至安全范圍內，提升路基密實度、穩定性及承載力。砂井預壓法對砂袋有較高的要求，需要選用具備較強滲透性、耐久性且直徑在10cm 左右的砂袋[3]。

2.3 復合式地基法

當前，復合式地基法憑借其成熟的工藝、較低的成本、較高的強度等諸多優勢被廣泛應用于高速公路軟土路基處治中，此方法可極大地提升路基強度，降低后期路基沉降的概率，保證高速公路建設質量，延長其使用壽命[4]。復合式地基法包括如下方法。

2.3.1 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁是復合式地基法中常見的施工方法之一，該方法是利用攪拌樁機將水泥噴入軟弱土體中，讓水泥砂漿和軟土充分混合產生物化反應，固化成為復合式地基，進而達到固化軟土層的目的，提升軟土路基的承載力。當前，水泥攪拌樁被廣泛應用于淤泥質土、素填土、軟—可塑黏性土、松散—中密粉細砂、稍密—中密粉土、黃土等多種軟土路基加固處治中。

2.3.2 水泥粉煤灰碎石樁

水泥粉煤灰碎石樁，主要由粉煤灰、碎石以及水泥等多種物質組合而成，是在碎石樁的基礎之上，加入適量的水泥、粉煤灰及石屑，然后充分攪拌制成的具備較高黏結度的樁，利用樁身將荷載傳遞至深層土壤當中，從而降低樁間土荷載壓力。水泥粉煤灰碎石樁的摻和料來源廣泛，無須配筋，造價低，加固效果好，因而被廣泛應用于黏土、砂土、淤泥質土、粉土、雜填土等多種類型軟土路基的處治中。制作水泥粉煤灰碎石樁時，要結合土質、環境等情況合理應用外加劑，常用外加劑包括石膏、氯化鈉、硫酸鈉等。施工時要合理控制外加劑的使用量，建議在12%～13%之間為宜。水泥選用硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.45～0.5 之間，以保證水泥粉煤灰碎石樁制作質量，提升高速公路軟土路基處治效果。

2.4 水載預壓法

水載預壓法是指在填土施工的同時逐漸對路基進行施工加載。在加載時要充分考慮路基的荷載能力以及路基伸縮縫的抗沖擊力。水載預壓法在實際使用過程中，要保證排水及加固效果。排水不徹底會影響路基的抗沖擊力及密實度，而加固不徹底會影響路基的荷載承受能力。

3 高速公路軟土路基施工技術要點

某高速公路總長度為130km，為雙向六車道，設計速度為120km/h，其中K12+240—K14+180 段是由素填土層、粉質黏土、壓縮性土構成的軟土路基，其中素填土層厚度為0.5～1.1m，粉質黏土厚度為1.4～2m，最上層為新填土，厚度為0～3.5m。軟土路基土質疏松、承載力弱、穩定性差、含水量高，若不妥善處治，會影響高速公路整體質量。為了保證高速公路工程建設質量，同時為了節約處治成本，結合施工現場勘察情況，最終決定采用強夯法對軟土路基進行加固處治。

3.1 施工設備選擇

進行強夯作業前，應當做好施工設備的選擇工作，結合設計標準及現場實際情況正確選用設備。該工程最終決定選用12t 夯錘1 個，24m 高龍門支撐架1個，履帶機1 臺，起重機1 臺，推土機1 臺，水準儀1臺，并做好對上述各項設備的檢查工作，確保其處于正常、安全的使用狀態，防止發生意外。

3.2 試夯

強夯前需進行試夯，這是一項非常關鍵的工作。施工單位應當選擇該路段中具備較強代表性的軟土路基進行試夯（見圖2）。試夯前應對軟土路基進行預處治，將場地清理干凈并充分平整，結合測量數據確定夯錘質量，并對每次夯實位置進行準確標注。試夯時對夯錘擊打次數、每一夯距離、夯擊土坑填土量進行詳細記錄，便于確定最終的強夯強度及強夯次數。強夯后若土層下降不超過50mm，則代表土層非常堅硬。通過比較強夯前后的數據，分析強夯效果，靈活調整強夯參數指標。

此外，強夯施工結束后，需要檢查被夯地基的強度并采用靜載壓板試驗進行承載力檢驗。強夯后的土體強度隨間歇時間的增加而增加，因此檢驗強夯效果的測試工作，宜在強夯結束1 周后進行，不宜在強夯結束后立即進行，以免測得的強度偏低。

夯擊次數是強夯施工設計的重要參數之一。夯擊次數應通過現場試夯確定。常以夯坑的壓縮量最大、夯坑周圍隆起量最小為原則。一般根據夯擊次數-夯沉量關系曲線，以累計夯沉量占總沉降量85%所對應的夯擊數為最佳夯能。

3.3 強夯施工

首先，需確定首個夯點位置，并對場地高程進行測量。

其次，選擇夯錘后將夯錘掛上脫鉤裝置，利用起重機將夯錘起吊至設計高度，達到設計高度且夯錘正對夯點位置后，放開夯錘讓其自由下落。

最后，放下吊鉤測量錘頂高程。

反復數次，實現對軟土路基的夯實處治。夯實時若出現夯錘歪斜的現象，應及時填平坑底，保證夯錘的平穩性。首先進行高能量強夯，其次進行低能量滿夯，最后夯實現場全部軟弱土層，并測量場地高程，推平地基，添加適量的灰土，借助振動壓路機反復碾壓，壓實路基表面松土，提升其平整度及整體強度。

3.4 施工質量檢測

強夯作業完成后，應當進行施工質量檢測。

第一，要做好壓實度檢測工作，在強夯路段隨機選擇3 處位置檢測壓實度。壓實度檢測時建議采用灌砂法，對于部分較厚的路段土層，需開挖后再檢測壓實度。檢測結果表明，處治后的軟土路基密實度提升4%～9%，達到了高速公路路基施工質量要求。

第二，強夯后4 周，需進行平板荷載試驗、動力標貫試驗，檢驗強夯后路基的承載性能及密實度。試驗表明，經過4 周后，該工程路基密實度及承載力依然非常理想，符合標準，為高速公路建設及其質量控制奠定了堅實的基礎。

3.5 注意事項

第一，進行高速公路軟土路基強夯作業前，應認真做好強夯設備的準備工作，并檢查各設備的性能狀況，避免出現故障。要結合現場地質條件、設計要求等方面的因素合理選擇起重機、夯錘、支架撐等設備，合理確定夯錘重量及起吊高度，確保達到理想的夯實效果。

第二，進行強夯作業之前，應做好鉆探工作，以便于更好地了解施工現場地質條件和水文狀況，首次強夯作業時應當使用設有氣眼的風鉆。

第三，強夯作業后應做好防護工作，避免強夯后的路基被雨水浸泡導致其密實度下降、含水量升高、承載力下降。

4 結語

綜上所述，高速公路建設具有跨度大、范圍廣的特征，施工時不可避免地會遇到軟土路基，施工單位要充分意識到軟土路基的危害性，結合軟土路基特點及高速公路建設實際情況，科學選擇軟土路基施工技術，掌握軟土路基施工技術要點，妥善處治軟土路基，保證軟土路基施工質量，降低軟土路基對高速公路整體質量的影響，提升高速公路使用性能，延長其使用壽命，使其更好地促進經濟發展。