高速公路路基砂土液化處理

摘要：在高速公路工程建設中，砂土液化是一種較為常見的不良路基類型，會帶來嚴重的危害。如果沒有對砂土液化區域進行精準預測與處理，一旦發生地震問題會帶來災難性破壞。基于此，分析了地基砂土液化機理（包括形成機理、類型），進而提出了沖擊碾壓技術、振動沉管擠密碎石樁技術、強夯施工技術等地基砂土液化常見的處理方法，并結合某工程案例探究路基砂土液化的施工方案（包括項目概況介紹、施工準備、施工工藝、注意事項4個方面）。結果表明：砂土液化處理手段能夠有效提高高速公路路基的穩定性，降低砂土液化的風險，為保障高速公路的安全與暢通提供了重要的技術支持。

關鍵詞：高速公路砂土路基液化沉降地震

LiquefactionTreatmentofSandySoilonHighwaySubgrade

LIXinWANGWeiming

HeilongjiangInstituteofTechnology，HarbinCity，HeilongjiangPr6e7fd6e6a007608b900d8dc83b180eb65ed469d90d3035053ecea5ef713ef3daovince，150000China

Abstract：Intheconstructionofhighwayengineering，sandliquefactionisacommontypeofpoorroadbed，whichcancauseseriousharm.Ifthereisnoprecisepredictionandprocessingoftheliquefactionareaofsand，onceanearthquakeoccurs，itwillbringcatastrophicdamage.Basedonthis，thisarticleanalyzestheliquefactionmechanismoffoundationsand（includingtheformationmechanismandtypes），Furthermore，commontreatmentmethodsforliquefactionoffoundationsandsoilareproposed，includingImpactRollingtechnology，VibrationSinkingTubeCompactionGravelPiletechnology，andDynamicCompactionconstructiontechnology.Combinedwithacertainengineeringcase，theconstructionplanforliquefactionofsubgradesandsoilisexplored，includingprojectoverviewintroduction，constructionpreparation，constructiontechnology，andprecautions.Theresultsindicatethatsandliquefactiontreatmentmethodscaneffectivelyimprovethestabilityofhighwaysubgrade，reducetheriskofsandliquefaction，andprovideimportanttechnicalsupportforensuringthesafetyandsmoothnessofhighways.

KeyWords：Highway;Sandysoil;Subgrade;Liquefaction;Settlement;Earthquake

隨著我國社會經濟不斷發展，近年來新建高速公路工程數量也逐漸增多。由于多數高速公路建設在野外，可能會靠近山體與河流，因此會遇到多種地基情況。其中，砂土液化是一種典型的不良路基形式，具有處理難度大、危害性大等特點，如果沒有采取有效的強化措施，受到地震等外界作用的影響，會導致道路塌方、沉降、開裂、墩柱破壞等風險，因此必須要做好路基砂土液化處理工作。目前，針對砂土液化處理的方法主要有沖擊碾壓法、振動沉管擠密碎石樁法、強夯法，具體使用哪種工藝，應根據工程實際特點和需求進行科學選擇，以降低路基砂土液化的負面影響。

1高速公路路基砂土液化的機理

砂土液化作為地震作用所引發的一類自然災害形式，可誘發噴水冒砂、滑移、坍塌、地面側移、沉降、塌陷等各類風險事故，對地基造成嚴重的破壞。作為土動力學研究的重要內容，將砂土液化定義為飽和砂土在振動荷載作用力下導致抗剪強度喪失，從而失去結構穩定性的現象[1]。

飽和砂土液化可以分為多種類型，包括循環活動性、流滑、砂沸。循環活動性是指砂土在循環剪切當中，砂土會在剪脹、剪縮狀態下反復切換，導致空隙水壓力作用力在提升、降低狀態反復切換，產生間歇性液化、限制性流動現象。流滑是指在循環剪切力或單向剪切力的作用下，砂土結構體積只需產生剪縮現象，持續增加孔隙內部水壓，快速降低土層結構抗剪強度，增加了砂土整體的流動性。

2高速公路路基砂土液化處理的主流技術

2.1沖擊碾壓

沖擊碾壓法作為一種常見的路基砂土液化處理工藝，通過采用雙滾輪（非圓形）滾動產生沖擊力以及揉搓作用，改變振動壓實的頻率和振幅，將之前的高頻率轉為低頻率、低振幅轉為高振幅，從而強化對路基土方的壓實作用。相比傳統的振動壓路機，新型的三邊沖擊壓路機沖擊功能要強10倍，配合大馬力牽引拖拉機可實現速度12～15km/h的壓實速率，沖擊頻率可到2次/s，通過周期性對液化砂土進行沖擊，所產生的沖擊波逐漸傳遞到地層下方，模擬地震波傳播特性，隨著碾壓次數增加，其壓實深度也隨之增加，保證深層填料的密實度，起到路基土壤強化的作用[2]。如25KJ-T3三邊沖擊壓路機的沖擊土層深度為2.5m，最低深度為1.5m，由于沖擊性較強，對砂土含水量要求較低，即便土層含水率不在標準范圍內，依然可以保證較好的壓實度。該技術施工效率高，特別是對于工期較緊的工程，使用沖擊碾壓法對路床進行補壓可有效提升該區域的基礎荷載性能，抗早期破壞能力得到明顯提升。在具體施工中，需要著重考慮沖擊碾壓次數，實際沖擊影響深度，有效壓實厚度，通常要求壓實度達到90%以上，個別重點區域要求壓實度達到95%以上。

2.2振動沉管擠密碎石樁

該方法是采用振動式打樁機設備，通過振動沉管以及反插施工，最終形成非常密實的碎石樁柱體，樁體和周圍土體起到相互擠密作用，工程組成以碎石樁為承載主體的復合地基結構。碎石樁的強度要遠高于周圍土體強度，再加上周圍土體對其擠密作用，讓整個復合地基結構具備更小的壓縮性、更高的強度，從而達到砂土液化地基強化作用。在砂土液化地基中，采用擠密碎石樁工藝可有效提升路基整體承載性能、降低變形量、強化抗液化性能。該項工藝的強化機理為：

2.2.1擠密作用

成樁期間，由于土層中多出了樁體空間，因此樁體會對周圍土壤產生橫向擠壓，樁管內的碎石加壓樁管周圍砂層，減小樁管周圍砂土層的孔隙率，提高砂土層結構的密實度。

2.2.2排水降壓作用

在碎石樁成樁期間，主要采用返濾性較好的粗顆粒材料，如粗砂、礫石、卵石等，因此碎石樁的透水性非常好，可以讓整個樁體成為豎向降水排水通道，從而避免超孔隙水壓力提升問題，避免樁體周圍砂土液化，加速地基土壤排水固結效率。

2.2.3砂基預震效應

在成孔作業、成樁作業當中，會產生強烈振動反應，讓填入料、地基土壤擠密期間得到持續預震作用，有助于提升砂土層的整體抗液化能力。其中，復合土層可起到墊層的作用，快速擴散荷載力度，讓荷載保持均勻分布，提升路基整體的荷載性能，避免產生不均勻沉降問題[3]。

2.2.4地基土置換作用

由于在路基施工區域設置多個碎石樁，這些碎石樁取代了同體積的液化砂土，也就是對路基局部土壤進行了置換，形成復合地基形式，讓地基的整體性能得到進一步提升。

2.3強夯法

強夯法也被稱為動力固結法，是軟基強化中較為傳統的工藝。強夯法是指利用巨錘從一定高度下自由落體，憑借自身的大重量沖擊土層產生沖擊波，土壤受到較大沖擊應力時會瞬時產生結構變形，壓縮了沖擊區域土層孔隙，讓土體局部液化，夯實點周圍因承受不住巨大沖擊而產生裂隙，作為土層結構的排水通道，將土層內的水、氣體從裂隙中排出。

（1）在單位夯實沖擊力達到2000kN·m時，在無特殊影響條件的情況下，砂土有效夯實加固深度約在6～7m之間，而黏性土、粉土的有效夯實加固深度在5～6m之間。

（2）單點夯實次數應根據前期夯實試驗得出的夯實次數、夯沉量曲線關系確定最終次數。如果單點夯實沖擊力不足2000kN·m時，最后2次夯實的夯沉量應控制在50mm以內。夯實區域周邊不應存在較大隆起或夯實坑過深等情況。

（3）在2次夯實中間應停留一段時間間隔，具體要根據超靜孔隙水壓力消散時間而確定。如果沒有精準的實測資料作為支撐，可根據土層滲透系數確定。如果是黏土地基，由于滲透性差，夯實間隔應在3min以上。對于滲透性較好的地基可采用連續夯擊法[4]。

3高速公路路基砂土液化施工方案

3.1工程概況

某高速公路為雙向四車道，路基寬度為28.5m，結合前期工程勘察材料得知，區域內存在13.2km嚴重砂土液化段以及11.9km中度砂土液化段，為了保證高速公路工程整體施工質量，避免后期出現沉降、開裂等問題，經設計單位反復論證以及征求監理工程師和業主建議，最終決定采用擠密碎石樁施工方案進行處理。并對設置試驗路段開展試驗，確定最終的施工參數。

3.2施工準備

對施工現場的雜草、石塊、樹干枝條等清理，施工區域整理成中四周稍低、中間稍高的地形條件，起到地表水排放作用，在樁體標定區域鋪設40cm碎石避免樁基傾斜，完成施工后將其清除干凈。按照設計圖紙布設孔位，由于碎石樁規格較大，對每根樁體的主孔位進行測量難度很大，施工中在場地外橫縱方向設置基線，從而測出樁體的間距和排距，繪制碎石樁平面圖，標注樁體間距，并測量放線標定、標號即可。完成標定工作后，準備設備進場，如振動沉管樁機等。本工程碎石樁材料規格在1～5cm之間，具有良好的級配，碎石材料含泥量經檢測在3%以內。

53a40c169aa6b8c0637fe2388cb669f13.3施工工藝

在施工中，應先將樁機準備就位，對管樁垂直度進行一次校正，標注樁體長度。開啟振動沉管樁機，讓管樁一邊振動一邊下沉，直到下沉到設計標高為止。之后，將樁管稍稍提升，打開樁尖，關閉振動沉管樁機，按照總方數的50%標準灌料。進行拔管作業，一邊振動一邊拔管，每次拔管長度達到1m時，停止繼續拔管，持續保持振動1min，在樁管內碎石投完后進行反復多次的反插作業。進行第二次投料，投料量為剩下的50%。啟動拔管，一邊振動一邊拔管，同樣是每上拔1m停止繼續拔管，并持續保持振動1min，直至樁管全部拔出為止，將管樁提升高于地面，關閉振動沉管樁機，并按照設計標準向孔內補充填料。啟動反插設備，對孔口持續加壓，直到前機架被抬起為止，即完成一根碎石樁施工作業[5]。采用跳樁法按照上述流程反復作業即可。

3.4注意事項

（1）在拔管施工階段，不宜過快拔管，且拔管期間不再持振、反插。結合以往工作經驗，通常將拔管速率控制在1.3m/s左右為宜。

（2）在整個振動施工中，會對樁體周圍土壤造成擾動或擠密作用，對于機密性好的土層，振動可讓上層土層下沉，提高下層土層的密度，地面下沉。擠密性較差的土層會在橫向應力作用下屈服向地面隆起，并且樁距越小其隆起高度越高，嚴重會導致成樁斷裂、縮頸等問題。

（3）樁體施工順序確定。可以分為連續打樁、跳樁兩種方式，其中，連續打樁是指從首根樁體連續打至最后一根樁體；跳樁是指橫向跳躍式打樁，如打第一排樁、第三排樁、第五排樁等。由于連續打樁方法會導致相鄰樁體土層被擠壓，而跳樁法可減少這一現象，因此本文工程采用的是跳樁法。如果打樁區域土質較硬，在已經成樁區域中間部位補打新樁時，可能存在沉管深度難以達標問題。因此，要根據施工場地土質情況確定樁體間隔。滿堂布樁法不宜采用四周向中心的順利流程，這會限制土層向外部擠壓產生較大中心隆起，因此應采用一側向另一側打樁的順序施工[6]。

（4）碎石樁深度應穿越砂土液化層并插入持力層50cm以上深度。

（5）如果施工期間出現土層異常情況，如沉樁速度過快等，立即停止施工并上報監理工程師，找出異常情況產生的原因，并及時進行處理。

4結語

綜上所述，為了保障高速公路工程建設質量，必須確保路基綜合性能達標。針對砂土液化地基情況，必須要結合施工現場實際情況，合理選擇加固處理工藝。在施工中，嚴格按照設計標準作業，同時加強現場質量管理和技術指導工作，嚴控每一道施工工序，做到及時發現和解決問題，保證路基工程順利完工。

參考文獻

[1] 管星宇.某市政道路路基砂土液化與軟土震陷的判別及處理[J].地基處理，2023，5（1）：76-81.

[2] 李建康.河南省平原區高速公路路基設計探究[J].低碳世界，2023，13（5）：160-162.

[3] 曾林，吳濤.宜春市某公路軟土路基水泥混合固化劑加固技術研究[J].江西交通科技，2023（3）：10-15，21.

[4] 石峰.公路施工中軟土路基的處理措施分析[J].工程與建設，2023，37（4）：1291-1293.

[5] 張闊.黃泛區改擴建高速公路新舊路基差異沉降控制技術研究[D].泰安：山東農業大學，2022.

[6] 任偉.建元高速公路二標段土石混合高填路基的壓實過程控制及沉降變形研究[D].成都：西南交通大學，2020.