公路路基加固加寬施工技術研究

中圖分類號：U416.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)14-0178-04

Abstract:Softsoilfoundation treatmenttechnologyplaysacrucialroleinensuringthestabilityoftheroadbedinhighway reconstructionandexpansionprojects.Thisarticle takesthewideningprojectofsoftsoilsubgradeasthebackground，and conductsasystematicstudyontwo foundation treatmentschemes: CFGpileandhigh-pressrerotary jet groutingpile.Combined withengineringpractice，itcomparesandanalyzestheirtechnicalcharacteristicsandapplicationefects.Throughengiering caseverfication，itwasfoundthatthedesignofCFGpilesneedstofocusoncordinatingtheselectionandthicknesscontrolof bufferlayermaterials，matchingofpilestrengthoptimizationofpilespacing，selectionofpilediameter，anddetermnationofpile length，amongotherkeyparameters，toensurethatthecombinationofvariousparametersmetsthegeologicalconditionsand constructionqualityrequirementsonsite.Duringtheconstructionprocess，itisimportanttofocusoncontrolingthequalityofthe lowerpartofthepilebody，scientificalldevelopingaconstructionscheduletoavoiddamagetothecontinuityofthepilebody， andestablishingapreventionmechanismandemergencyresponse planforpilebreakage isses.Theresearchresultsindicatethat thereasonableaplicationofflexiblereinforcementcushiontechnologyinCFGpilecompositefoundationcansignificantlymprove theoverallbearingperformanceofthefoundation，efectivelyregulatetheloaddistribution，andsupressdferentialsetlement. Comparedwithhigh-presurerotaryjetgroutingtechology，CFGpileshaveobviousadvantagesinsoftsoilreinforcementffect andeconomy.Thequalityofpileformationandconstructioneficiencyhaveahigherdependenceonmechanicalselection， processparameters，andprocesscontrol.Thisresearchachievementprovidesimportanttechnicalreference forthecomparisoand construction quality control of soft foundation treatment schemes in similar projects.

Keywords: highwaysubgrade;reinforcement treatment; widening treatment; constructionscheme；soft soil subgrade

隨著中國經濟的快速增長，基礎設施建設迎來重大發展契機，其中高速公路改擴建工程已成為提升交通網絡效能的重要舉措。在既有道路拓寬工程實施過程中，新老路基的物理力學特性差異成為核心技術挑戰，具體表現為：新舊填筑體在壓實度、含水量、顆粒級配等材料參數存在顯著差異，其彈性模量、塑性變形及強度特性呈現非均勻性分布。同時，基底地質條件的非對稱特征進一步加劇了工程復雜性，原路基下伏土層歷經多年固結沉降，其承載特性與新建區段天然地基形成明顯對比。在多重外部因素耦合作用下，包括區域地質條件差異、周期性氣候影響及動態車載效應、工程面臨三大核心問題：既有路基穩定性評估、差異沉降控制及路面結構完整性維護。值得注意的是，當前改擴建領域存在技術體系不完善現象，突出表現在勘察設計規范缺失、施工工藝標準待優化、質量管控指標不統一等方面。相較于新建工程，改擴建項目特有的界面處理技術、差異沉降協調機制及動態施工控制方法尚未形成系統理論體系，特別是新舊路基協同變形機理研究、過渡段結構優化設計等關鍵技術環節亟待突破。針對這些技術瓶頸，本研究系統剖析了路基拓寬工程中的界面銜接技術、加筋補強工藝、差異沉降控制策略等關鍵要素，并通過數值模擬與工程實證相結合的方法，對分層填筑工藝、土工合成材料應用、動態監測技術等創新措施進行效能評估，為建立科學規范的改擴建工程技術體系提供理論支撐與實踐指導。

1公路加寬路基的破壞機理分析

新老路基的非協調性變形主要表現為差異沉降，其本質源于填筑體與地基的耦合位移響應。由于既有路基歷經長期固結和行車荷載作用，其工后沉降趨于穩定，而拓寬區新填筑體受施工擾動及自重固結影響，地基附加應力場重新分布，導致新舊區段產生非對稱豎向位移。填筑時序差異進一步加劇了界面變形矛盾：既有路基填料經歷史期壓密形成穩定結構層，而新填筑體在施工期及工后階段持續發生壓縮變形，兩者模量梯度及固結速率的顯著差異在頂面形成位移差。此外，施工技術參數(如壓實功、分層厚度)與填料物理力學特性(滲透系數、壓縮模量)的離散性，造成新填筑區壓縮固結速率與既有路基變形特征失配，最終導致界面處產生彎拉應力集中，形成頂面變形不協調的力學響應。

1.1土質結構變形破壞

土的壓縮性表征其在外荷載作用下的體積變形特性，作為巖土工程的核心本構關系，直接影響工程構筑物的長期穩定性和服役性能。土體受壓產生的體積壓縮響應源于三相體系的相互作用機理，具體表現為3種物理過程：首先，土顆粒自身在應力重分布下發生彈性或塑性形變；其次，孔隙內氣液兩相介質的壓縮導致多相介質體積變化，其中封閉氣泡的壓縮模量顯著影響瞬態變形特征；最后，自由孔隙流體的排出引發有效應力轉移，促使土顆粒骨架重構并伴隨孔隙率降低。這種固-液-氣耦合的壓縮機制具有顯著的時間依賴性，飽和土表現為固結排水過程，非飽和土則涉及基質吸力變化與氣相壓縮的復雜相互作用。工程實踐中，準確量化壓縮系數、壓縮指數等參數對地基沉降預測、填方工程穩定性分析具有決定性作用，特別是在軟土地區或高填方工程中，次固結變形引起的長期沉降更需重點考量。

1.2 地基中的應力破壞

地基應力場與地下水動態存在顯著耦合效應。當地下水位上升時，孔隙水壓力增大導致土體有效應力降低，同時上層覆土自重應力增量使土骨架承受附加壓力，誘發土層固結沉降；反之，水位下降引起孔隙水壓力消散，土體有效應力重新分布，超固結土體可能產生彈性回彈變形。城市大規模地下水開采形成區域性降落漏斗，生活與工業用水抽排使含水層系統失衡，這種持續的水-力耦合作用觸發地面沉降鏈式反應，其速率與沉降量呈現顯著時空相關性，如上海等沿海城市已觀測到累計數米的地面高程損失。

道路工程中，路基荷載產生的附加應力增量通常處于彈性變形區間，可采用Boussinesq彈性理論解進行應力場解析。當路基軸線方向與地基各向異性主軸存在夾角時，土體模量方向異性將導致計算結果偏差，需引入橫觀各向同性本構模型修正。對于半無限地基表面分布的條形荷載，其沿寬度方向的任意荷載分布形式(如梯形、拋物線形)均可通過Fourier級數展開進行應力場分解，但需滿足沿長度方向的荷載分布一致性條件，此時垂直應力擴散規律與均布荷載工況具有可比性，但剪應力分布特征呈現顯著差異。公路路基的梯形應力場如圖1所示。

對于公路路基中的各種應力變化，可以采用檢測樁進行檢測，如圖2所示。

2典型工程案例及其加固加寬處理

公路地基土體的壓縮強度與其物理力學特性顯著相關，高壓縮性軟弱土層普遍呈現低承載力特征，其工程性質受有機質含量、孔隙比及膠結程度控制。典型軟土可劃分為5大類：淤泥類（高孔隙比、低滲透性）泥炭質土（有機質含量大于 10% ）粉質黏土（黏粒含量主導塑性）軟黏土（靈敏性顯著)和腐殖質土（植物殘體分解產物）。其中泥炭土因孔隙率超 80% 、壓縮模量小于 2MPa ，在荷載作用下易產生塑性流動變形，需特殊地基處理措施。

側 30m 范圍實施過渡型樁土協同設計。施工周期統籌為18個月，其中前12個月完成全部樁基工程與70% 路基填筑，后6個月開展路面結構層施工，關鍵工序應用BIM技術進行樁位偏差動態調控（誤差小于等于 50mm. )，樁體強度通過 齡期鉆芯取樣驗證（抗壓強度大于等于 15MPa )，具體工藝參數與空間布置模式詳如圖4（CFG樁位布置三維模型）圖5（過渡段樁土協同作用力學解析圖）所示。

本文中選取的公路路基加固加寬案例，示意圖如圖3所示。

本工程針對不同地質條件實施差異化地基處理方案：一般性軟土路基段（里程 M1+101～M15+000 ，總長9.8km 采用CFG樁復合地基技術，樁徑 400mm ，以正三角形網格化布樁模式實現應力擴散，布樁間距按1.2～2.5m 梯度遞減；深厚軟基區域則選用高壓旋噴樁進行深層加固，形成連續防滲帷幕。主體工程按雙向六車道標準建設，路基橫斷面寬度 35.6m ，橋涵構造物銜接段設置特殊處理區—橋臺后 50m 范圍采用加密樁網（間距 0.8m 控制差異沉降，小型結構物雙

3加固加寬施工中基坑回填處理

解析圖

在公路路基加固工程中，橋臺結構失穩(傾覆)及橋頭行車顛簸(跳車)現象是典型技術難題，其核心誘因在于橋臺剛性基礎與臺背填筑區柔性體間的不均勻沉降效應。究其機理，橋臺結構幾何參數固定，而臺后填筑材料的壓縮模量、滲透系數等物理力學特性與橋臺基底持力層存在顯著差異，隨著填筑高度的上升中 _H=5-15m ，界面區域的應力重分布引發結構變形失穩，具體表現為：填筑體豎向壓縮變形速率與橋臺沉降速率的非同步性(時變差達2\\~3倍)，導致臺背結合部形成階梯狀沉降突變帶（梯度大于等于 20mm/m ）為此，需建立填筑高度-應力應變耦合模型，通過數值模擬揭示不同填高（ _{H=8，12，15m} 工況下路堤內部主應力偏轉規律：當 H>10m 時，最大剪應力區從基底向上遷移至填筑體中部，塑性區貫通風險提升 35% 。試驗數據表明，采用Burgers黏彈性模型可精準擬合填料的流變特性（相關系數 R²=0.96 ），結合分層總和法計算的累計沉降量誤差控制在 5% 以內，為優化填筑工藝參數（含水率 18±2% 、壓實度大于等于 96% ）提供理論支撐。路基沉降與填充深度的關系，如圖6所示。

橋臺背墻與填土接觸區因側向土壓力分布異常易誘發滑移失穩及傾覆破壞，其破壞機理源于接觸界面剪應力集中與土體塑性區貫通，由于修復工程涉及結構整體性恢復，往往引發不可逆的結構損傷及高額修復成本。基于此，需建立有限元接觸模型（采用摩爾-庫倫準則)定量解析不同填筑高度 (H=8～15m) 工況下臺背土體側向應力演變規律：當 H>12m 時，最大水平應力值達 230kPa 且作用點上移 2.4m ，導致側向位移增量達12mm/m ，顯著超出規范限值(小于等于 5mm/m ），需通過設置反壓護道或優化樁土剛度比實現應力重分布控制。應力變化與向下深度的關系如圖7所示。

基于超載預壓原理，公路軟基加固采用分層填筑法：將級配砂石(最大粒徑小于等于 50mm )與黏性王按2:1體積比分層攤鋪于作業面，通過分級加載(每層厚 0.6m ，間隔期7d)觸發土體主固結過程，核心機理在于加速超靜孔隙水壓力消散，促使有效應力提升至設計值（ σ^′?150kPa ）。當雙曲線法監測的固結度達90% 且次固結系數 Cα?0.005 時，實施預壓荷載分級卸載(速率小于等于 20kPa/d )，確保工后沉降量控制在 30mm 以內，具體實施標準參照沉降速率-時間曲線拐點判定準則。給出具體的施工流程，如圖8所示。

4結論

軟土地基處理技術的科學選擇直接影響路基穩定性與工程效益。本文基于軟土路基拓寬項目，系統探討CFG樁與高壓旋噴樁的工藝原理及實施效果差異。研究表明，CFG樁設計需統籌緩沖材料選擇、厚度控制、樁體強度、樁距調整、樁徑匹配及樁長設定等核心要素，通過多參數協同優化實現地質條件與施工目標的動態平衡。施工階段應強化樁基下部成型質量管控，優化機械作業流程以減少樁體斷裂風險，同時建立施工進度與質量聯控機制。工程對比分析表明，柔性增強墊層技術與CFG樁復合地基的結合可顯著改善地基荷載傳遞效率，降低不均勻沉降概率。相較于高壓旋噴樁工藝，CFG樁在軟基加固中展現出更優的性價比和承載性能，其施工質量與效率取決于設備選型精度、工藝參數適配性及全流程動態管理能力。研究成果為軟土路基處理方案的選擇提供了理論支撐，突出強調了參數集成優化與施工過程精細化控制在提升地基處理效果中的核心作用，對同類工程具有實踐指導價值。

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