軟土地基處理技術在路基工程中的應用研究

0 引言

軟土地基強度低、壓縮性高，常含有有機質，對路基穩定性構成嚴峻挑戰，它廣泛分布于我國沿海地區、江河中下游及湖泊周邊，制約著基礎設施建設。在這些地區，由于沉積環境和地質構造的特殊性，形成了大面積的軟弱土層。軟土的工程特性復雜多變，給路基設計和施工帶來諸多難題，因此對軟土地基進行有效處理，確保路基的長期穩定性，成為工程建設的關鍵環節。

本文以提高路基穩定性為切入點，分析軟土地基的主要特征及其對路基工程的影響，并系統闡述了土質置換、強夯加固、排水加固以及水泥攪拌樁等多種處理技術，旨在為軟土地基處理方案的選擇和優化提供理論依據和實踐指導。

1軟土地基的主要特征

1.1 含水量高

一般情況下，軟土地基的自然含水量普遍維持在34%～72% 的區間，遠高于一般土體的正常水平。這種特殊的物理性質，源于軟土中大量存在的粉土顆粒表面帶有負電荷，使其具備強烈的親水性和較高的吸水能力，當暴露在潮濕環境中時會持續吸收空氣中的水分。

土體中過量的水分不僅弱化了土顆粒之間的結構連接，還導致土體呈現出明顯的軟弱性和可塑性。在實際工程建設中，這種高含水量的特征對地基的整體性能和工程安全構成重大挑戰，土體在外部荷載作用下容易產生較大變形。

1.2壓縮系數高

軟土壓縮性極高，壓縮系數較高通常在 0.5～1.5MPa^-1 之間，甚至可達 4.5MPa^-1 ，在荷載作用下易發生壓縮變形。壓縮系數高的地基在承受路基荷載時會產生巨大的沉降變形，這種變形不僅體現在豎向位移上，還會引起橫向擠壓變形。

地基土體的壓縮變形過程可分為初始壓縮階段和固結壓縮階段。初始壓縮階段主要表現為骨架結構的瞬時變形，而固結壓縮階段則體現為孔隙水壓力逐漸消散過程中的長期變形。

地基壓縮系數高會引起路基不均勻沉降，這種沉降差異可能導致路面開裂、錯臺等病害，嚴重影響道路使用性能和行車安全。

1.3 流變性強

土體的流變特性與其膠體顆粒的物理化學性質密切相關，水分子在其中起到潤滑劑的作用。在持續荷載的作用下，軟土顆粒間的接觸應力會引起土骨架結構的持續調整，導致土體產生顯著的蠕變變形。這種變形過程不僅體現在豎向位移上，還包括水平向的側向擠壓變形，進而引發路基的不均勻沉降和穩定性問題。軟土流變變形具有累積性和長期性的特點，即使在較小荷載作用下也可能在長期作用下產生顯著變形[1]。

2路基工程中的軟土地基處理技術

2.1土質置換法

土質置換法適用于淺層軟土的處理，通常用于置換深度在 0.5～3.0m 之間的軟弱土層。其核心是將承載力不足的軟弱土層挖除，回填強度更高的優質填料，以提升地基的整體穩定性和承載能力。

2.1.1 填料選擇

實施土質置換法，填料的選擇至關重要，不同類型的填料具有不同的特性和適用范圍。砂和砂石墊層宜選用級配良好、質地堅硬的中粗砂，可摻入適量碎石以提高墊層的排水性能和抗變形能力。其顆粒的不均勻系數最好不小于10，含泥量宜控制在 3%～5% 之間。同時，應避免含有植物殘體、垃圾等有機雜質，以保證墊層的長期穩定性。

素土墊層可利用施工過程中開挖的黏性土，但不得含有凍土或膨脹土，也不宜使用地表耕植土、淤泥、淤泥質土以及有機質含量超過 5% 的土料。碎石墊層一般可采用粒徑為 5～50mm 的自然級配碎石，含泥量不應超過 5% 。

灰土墊層通常是將石灰和土按照一定體積比例混合，并在最佳含水量條件下分層回填夯實。石灰的活性越高，灰土的強度也就越高，因此通常選擇活性氧化鈣和氧化鎂含量不低于 50% 的Ⅲ級以上熟石灰粉末，并將其儲藏時間控制在3個月以內，以防止活性降低。拌制灰土的土料粒徑不宜大于 15mm ，且不應含有凍土、膨脹土以及有機質含量超過 8% 的土料。

礦渣墊層需根據工程的具體情況選擇合適的礦渣材料。大面積應用時，多采用不經篩分的高爐混合礦渣，其最大粒徑通常不超過 200mm 或碾壓分層虛鋪層厚的2/3。小面積應用時則可采用 20～60mm 的分級礦渣，其松散密度通常不小于 1.1t/m³ 。

2.1.2施工方法

若地基表層存在承載力較強的硬殼層，可采用分堆攤鋪法施工。該方法是將填料堆放成多個砂堆后，再用機械或人工攤平。如果硬殼層承載力較弱，無法支撐常規機械設備，則應采用順序推進攤鋪法，以保證施工安全和效率。

對于表層極其軟弱的地基，例如新近沉積或吹填的超軟地基，需要先進行預處理，提高表層承載力，使其能夠承受施工人員和輕型運輸工具的質量，之后再進行土質置換[2]。

2.2強夯加固技術

在路基工程的軟土地基處理中，強夯加固技術適合處理濕陷性黃土、素填土及黏性土等地基，對改善深層軟土地基具有顯著效果。

2.2.1 強夯機理及作用

強夯法利用重錘高落差產生的巨大沖擊能，對地基土進行加固。重錘自由下落時，將沖擊能傳遞至地層，有效壓縮土體孔隙、排出孔隙中的氣體和水分，提高土體的密實度和強度。這種沖擊作用還能降低土體的壓縮性，減輕甚至消除砂土的振動液化風險，并有效抑制濕陷性黃土的濕陷性，最終提升地基的均勻性，減少不均勻沉降。

2.2.2合理選擇技術參數

在強夯法的工程應用中，合理選擇各項技術參數至關重要。有效加固深度，需綜合考慮工程規模、地基土層情況以及工程特性，并結合現場試夯或當地經驗確定。一般情況下，粗顆粒土的單位夯擊能取值范圍為1000～3000kN/m² ，細顆粒土則為 1500～4000kN/m² 。

夯錘的質量和落距，需要根據預定的有效加固深度、所需夯擊能以及施工設備等條件進行綜合考慮，并通過現場試夯進行驗證。一般來說，最后兩擊的平均夯沉量應不超過規定值，夯坑周圍地面隆起不應過大，且夯坑深度不應導致起錘困難[3]。

2.2.3 夯點布置

夯點平面布置通常采用三角形或正方形布置。第一遍夯擊點間距一般為夯錘直徑的 2.5～3.5 倍，后續夯擊點則布置在第一遍夯擊點之間，且間距可適當減小。兩遍夯擊之間的時間間隔與土體中超靜孔隙水壓力的消散時間相對應。對于滲透性較好的碎石和砂土，可以連續夯擊。對于滲透性較差的黏性土，則需要間隔3＼～4周以上。

2.3 排水加固法

排水加固法通過加速軟土層中孔隙水的排出，提高地基的強度和穩定性。此方法適用于飽和軟黏土、淤泥以及泥炭土等含水量高、壓縮性大的地基類型。

2.3.1 砂墊層法

砂墊層法主要適用于淺層、滲透性較好的軟土層。其原理是通過在地表鋪設一定厚度的砂墊層，為軟土中的孔隙水提供便捷的排出通道。在外荷載作用下，軟土中的水逐漸滲入砂墊層并最終排走，從而使土體固結，強度得以提升。墊層材料宜采用級配良好的中砂、粗砂、砂礫或碎石，最大粒徑宜小于 50mm ，含泥量應控制在 5% 以內。為保證排水效果，墊層鋪設時應注意保持一定的流水坡度并進行分層壓實。

2.3.2 豎向排水法

當軟土層較厚或滲透性較差時，單純依靠砂墊層排水效果有限，此時需要借助豎向排水體加速排水固結過程。砂井排水法和塑料排水板法是兩種常見的豎向排水技術。砂井排水法是利用沉管式打樁機（插板機）將套管插入預定深度，然后灌入砂料形成砂井。塑料排水板法是在砂井中插入帶有縱向排水通道的塑料板，進一步提高排水效率。

在施工過程中，套管拔起時應保持垂直，防止帶出或損壞砂井或排水板[4]。砂井或排水板的底部應延伸至砂墊層內，以確保排水暢通。

2.3.3 真空預壓法

真空預壓法通過在覆蓋于地基表面的不透水膜下抽真空，形成負壓梯度，促使土體中的孔隙水快速排出。這種方法特別適用于飽和度高、滲透性低的軟土層。實際工程中，真空預壓法通常與砂墊層和豎向排水體聯合使用，以達到最佳的加固效果。

2.4水泥攪拌樁施工技術

2.4.1施工原理及適用范圍

水泥攪拌樁施工技術的核心是利用水泥漿液與軟土進行原位攪拌，形成強度較高、壓縮性較低的水泥土復合地基。該技術通過改善土體的物理力學性質，有效提高地基承載力，并減小路基沉降變形。水泥攪拌樁適用于多種土層，包括淤泥、淤泥質土、素填土、軟可塑黏性土以及松散至中密粉細砂等，尤其適用于埋深較淺（一般小于20m）的軟土地基處理。

2.4.2施工方案編制

施工前，必須對現場進行詳細的地質勘察，準確掌握地質條件、地下水位、土層分布以及可能存在的地下障礙物等信息。基于勘察結果，編制科學合理的施工方案。

2.4.3場地平整與樁位放樣

場地平整是施工準備的關鍵環節，需要清除樁位處的地上和地下障礙物。如果場地低洼，應回填黏土，嚴禁使用雜土回填，以確保施工機械的正常運行和水泥攪拌樁的施工質量。

施工人員需嚴格按照設計圖紙進行樁位放樣，精確確定樁位和鉆機定位，確保鉆頭正對樁位中心。同時，調整鉆機底盤，使其主軸傾斜度控制在 1% 以內，以保證樁身的垂直度和均勻性[5]

2.4.4水泥漿液制備與輸送

水泥漿液的制備是保證樁身質量的關鍵。應根據試驗確定的配合比，嚴格控制水灰比，并使用經過校核的定量容器加水，確保計量準確。水泥漿必須充分拌和均勻，使用砂漿攪拌機時，每次投料后的拌和時間不得少于3min。

同時，需要對水泥漿液的密度進行檢測并記錄，以保證漿液的質量符合設計要求。制備好的水泥漿液經過篩網過濾后，倒入貯漿桶，然后啟動灰漿泵，將漿液輸送至攪拌頭。當漿液從噴嘴噴出并具有一定的壓力后，方可開始鉆進攪拌。

2.4.5鉆進攪拌與補漿

根據試樁結果調整灰漿泵的壓力檔次，確保噴漿量滿足設計要求。在鉆進過程中，需連續噴入水泥漿液，直至達到設計樁長或遇到硬土層。到達預定深度后，應原地噴漿攪拌30s，確保水泥漿液與土體充分混合。如果發現局部位置噴漿不足，應在反轉提升過程中進行補漿，確保樁身質量均勻。

鉆頭提升至地面后，應反向鉆進復攪，復攪過程中對局部噴漿不足的樁身部位進行補漿，同時防止噴漿口堵塞。當重復攪拌提升到樁體頂部時，關閉噴漿泵，停止攪拌，完成單根樁的施工。水泥攪拌樁施工完成后，應滿足JTGD30—2015《公路路基設計規范》中對路基承載力的要求承載力，通常不得小于120kPa[6]。

3結束語

綜上所述，對軟土地基進行科學的處理能夠顯著提升路基的穩定性和耐久性，保障道路的長期安全運營。選擇合適的處理技術并進行精細化施工，是確保工程質量的關鍵。

未來，應加強對新型環保材料和智能化施工技術的研發，并結合具體工程條件進行綜合分析，以期實現更加經濟、高效、環保的軟土地基處理目標，推動路基施工技術的不斷進步。

參考文獻

[1]王先軍.軟土地基處理技術在高速公路施工中的應用研究[J].工程建設與設計，2024（16）：206-208.

[2]韓世德.公路橋梁施工中軟土地基施工技術處理要點[J].交通世界，2024（24）：153-156.

[3]任宏偉，徐瑞御.塑料排水板處理公路隧道軟土地基[J].塑料助劑， 2024（4）：60-63+67

[4]尹國慶，馮安翠.公路工程軟土地基處理技術措施研究[J].運輸經理世界，2024（17）：16-19.

[5]付齠銓.高速公路軟土地基快速施工處理技術對比研究[J].價值工程，2024，43（10）：158-161.

[6]JTGD30—2015公路路基設計規范[S].2015.