解析軟土處理技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用

■朱 熠，張 通

■1.贛州市公路管理局龍南分局，江西 贛州 341000;2.贛州市公路管理局定南分局，江西 贛州 341000

1 引言

在所有交通形態(tài)中，公路與人民生活和經(jīng)濟(jì)建設(shè)距離最近。經(jīng)濟(jì)落后的地方，其發(fā)展往往受到公路通行能力的“瓶頸”限制。人流、物流加速流動(dòng)的趨勢，既要求公路設(shè)計(jì)“加速”，也要求相關(guān)線形指標(biāo)“水漲船高”。軟土路基是過往公路施工盡量回避繞行的“禁區(qū)”，現(xiàn)代工程技術(shù)則為“穿越”這一“禁區(qū)”提供了工程實(shí)現(xiàn)的能力。針對軟土特性，正確對軟土區(qū)域進(jìn)行路基處理，既能使施工進(jìn)度按要求推進(jìn)，又能在交付使用后使公路的正常使用得到保障，獲得經(jīng)濟(jì)效益和工程效益的雙豐收。各地都出現(xiàn)了成功的施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)實(shí)踐。本文主要就此進(jìn)行分析。

2 特性

(1)含水量大。軟土路基含水量超過20%，高出通常土體15 個(gè)百分點(diǎn)以上，造成其只有15～20 較低值的塑形指數(shù)。(2)孔隙率高。軟土土體往往密致度較低，形成較多對壓縮特性造成影響的孔隙，也造成土體更難以固結(jié)。軟土的壓縮特性容易受到土體中直徑較大的孔隙影響，而且由于在較大范圍內(nèi)分布的粒間孔隙與粒內(nèi)孔隙相互聯(lián)通，并在其液限較高的共同作用下，直接造成其壓縮性較大，而固結(jié)過程較慢而容易在外部載荷作用下變形。(3)滲透系數(shù)小。軟土土體難以較快固結(jié)，其土體強(qiáng)度即使在外部荷載作用下也難以盡快提高。如果不能盡量排出土體之間的多余水量，則難以利用外部載荷分層壓實(shí)。(4)抗剪強(qiáng)度與排水條件關(guān)系復(fù)雜。沒有較大的抗剪強(qiáng)度就沒有整體穩(wěn)定的路基。影響抗剪強(qiáng)度的主要是水。軟土土體中的水在外部載荷下會(huì)從土體排出，同時(shí)其引起土體固結(jié)，進(jìn)而影響路基的抗剪強(qiáng)度。在一定條件下，土體在能夠排水固結(jié)的情況下，其抗剪強(qiáng)度與承受的有效荷載成正比增大關(guān)系;在土體含水難以排出、土體不能完成固結(jié)的情況下，其抗剪強(qiáng)度越小，則剪切變形成越大。因此強(qiáng)化排水能力是在工程上實(shí)現(xiàn)軟土路基穩(wěn)定性的根本途徑。(5)恢復(fù)性低。軟土土體強(qiáng)度會(huì)隨著結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)的破壞而降低，許多土體流動(dòng)就是因強(qiáng)度降低嚴(yán)重而造成。即使其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度因外部荷載消失而在較長時(shí)間內(nèi)可以恢復(fù)，也難以恢復(fù)原狀。

綜上所述，軟土具有不同于通常土體的工程特性，其含水量高、承載力低、固結(jié)難度大的特點(diǎn)，都對公路路基施工提出了更高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求。

公路建設(shè)尤其是農(nóng)村公路建設(shè)中，必須在實(shí)地檢驗(yàn)和掌握軟土路段土體特性的基礎(chǔ)上對癥下藥，嚴(yán)防軟土路基處理不當(dāng)對路基、路堤、路面、橋涵等造成破壞。

3 處理

3.1 水泥攪拌樁法

水泥可以與軟土中的水發(fā)生水化作用，在此作用下更土之間會(huì)關(guān)聯(lián)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。作用形成的樁體由于在結(jié)構(gòu)上具有相對強(qiáng)度，故而使路基的承載能力和整體穩(wěn)定性都得到提高。目前，主要采用干法和濕法對軟土地基進(jìn)行水泥攪拌樁法處理。從工藝上看，干法使土體強(qiáng)度提高的材料主要是水泥粉，因基本不用水而較為簡單方便，但在用量上不好掌握，成樁強(qiáng)度不高。濕法能對成樁質(zhì)量和樁體分布進(jìn)行精確控制，成樁強(qiáng)度和長度都超過干法，很容易受到所用水量的影響。在具體道路施工中，必須根據(jù)現(xiàn)場條件和工程造價(jià)綜合考慮使用哪種方法施工。

3.2 換土墊層法

如部分厚度較淺的軟土路基即使經(jīng)處理也難以滿足承載力和變形要求，就可用換土墊層法來處理。這種方法因其工藝簡單(挖除軟土層、換填穩(wěn)定性好的材料)，造價(jià)較低(一般換填砂石材料)，而更符合農(nóng)村公路建設(shè)的需要。由于軟土層在剪切變形后容易破壞換填層，進(jìn)而使路基承載力隨之降低;因此施工處理換填材料時(shí)，一要分層壓實(shí)，二要保證厚度。材料換填后，路基應(yīng)力分布會(huì)因材質(zhì)差異而不同，但總體看，均擁有相近的極限承載力。必須注意，在換填時(shí)不透水基層材料不能與軟土層直接相連。因?yàn)檫@將導(dǎo)致軟土中的水不能從路基范圍排出，只能在填料兩側(cè)流動(dòng)，從而影響路基土底部的快速固結(jié)，并加大路基含水在土體內(nèi)部空隙的壓力，甚至降低路基整體強(qiáng)度，并進(jìn)而引發(fā)塑性破壞。因此處理軟土路基墊層，材料一般要選砂石(因其透水性好)。透水墊層為把土體內(nèi)的水排出路基范圍提供了快速通道，也為消解水在孔隙中的壓力提供了可能，從而使軟土層固結(jié)速度加快，強(qiáng)度提高，塑性破壞得以避免。換土墊層法的由于其最大限度直接減少了軟土使用量，而能夠使路基獲得更高達(dá)整體穩(wěn)定性，但缺點(diǎn)是既要挖除和運(yùn)出軟土、又要換填從其它地方挖來的新土，造成土石方作業(yè)量加大，運(yùn)輸距離拉長，挖掘和運(yùn)輸機(jī)械使用多，現(xiàn)場調(diào)度復(fù)雜，容易拖延工期。比如在南方水網(wǎng)地區(qū)，由于符合標(biāo)準(zhǔn)的換填材料往往距離施工現(xiàn)場較遠(yuǎn)，僅僅運(yùn)出軟土和運(yùn)進(jìn)填料就要花費(fèi)更多的時(shí)間和預(yù)算。

3.3 土工合成材料加筋

在特殊路段，為使軟土路基獲得更高的整體穩(wěn)定度，使路基沉降概率降到最低，可以在施行其它工藝時(shí)，輔助使用土工合成材料加筋法對路基進(jìn)行處理。為了使土體獲得更高的抗拉強(qiáng)度，可以把強(qiáng)度和韌性都較優(yōu)越的土工合成材料加入軟土路基，從而均勻分散傳導(dǎo)到基層的路面荷載，避免路基因荷載集中在局部而被破壞。埋設(shè)土工合成材料時(shí)，必須精心計(jì)算埋設(shè)位置和深度。土工合成材料加筋不需要多么先進(jìn)的施工技術(shù)和裝備，比較適合于造價(jià)較低的農(nóng)村低等級公路建設(shè)。同時(shí)，在地面沉降嚴(yán)重的采礦區(qū)，公路建設(shè)中也常用到加筋法。比如，河北一條省道在通過煤礦采空區(qū)時(shí)，就在多處沉降區(qū)路段輔助使用了加筋法用于施工。

3.4 排水固結(jié)法

縮短軟土路基的固結(jié)時(shí)間，也可以通過排出土體中過高的水量而實(shí)現(xiàn)。在重力和外部載荷的共同作用下，土體中的水會(huì)向下或向兩側(cè)滲透，使路基因受浸泡而出現(xiàn)局部軟化、變形、坍塌，使土體壓縮性加大而抗剪強(qiáng)度變小，引發(fā)路面開裂、沉降甚至崩塌。為此，可以在路基下或旁側(cè)設(shè)置逐級加載的排水設(shè)施(沉井、沙井等)，藉此排出路基土中的水分，促使土體沉降和加速固結(jié)。鄉(xiāng)村公路施用此方法處理軟土路基的原則是，在完成(部分完成)路基整體沉降之前，切不可開展上面層鋪筑;否則，公路交付后將因?yàn)槁访娌痪鶆虺两刀荒苷Ｊ褂?。公路是在空間拉長的一個(gè)條狀構(gòu)體，外部應(yīng)力對其穩(wěn)定性構(gòu)成破壞的角度，一般不在橫向斷面，而是縱向斷面或者側(cè)面。因此，制定方案避免路面不均勻沉降的方向，一般要關(guān)注其縱向斷面或側(cè)面，提高其向兩側(cè)排水的能力。一是要確保排水設(shè)施完善有效，可以利用沙井等實(shí)現(xiàn)豎向排水，也可以利用水平設(shè)施實(shí)現(xiàn)橫向排水，使排水途徑更多，距離更短，效率更高。二是加壓設(shè)施正常運(yùn)行。不管是真空法，還是堆載法，或者降低地下水位法，都必須保證能把外部載荷施加的固結(jié)壓力傳輸?shù)杰浲谅坊Ｈ菍?shí)現(xiàn)排水設(shè)施的體系化、網(wǎng)絡(luò)化，減少路基水對施工成品質(zhì)量的影響，強(qiáng)化路基土壓實(shí)工序質(zhì)量要求，確保能利用外部載荷加快路基水的排出和土體的固結(jié)。

4 結(jié)語

在所有公路路基施工中，軟土路基因其特性復(fù)雜而在處理上具有較高技術(shù)難度。軟土路基路段承載能力受路基施工質(zhì)量影響更大。加大抗剪強(qiáng)度和拉伸力度、加快水的排出、降低其壓縮特性，是使軟土路基整體穩(wěn)定的工程實(shí)現(xiàn)辦法。必須認(rèn)真分析具體軟土土體的特性，把新技術(shù)新工藝運(yùn)用于施工實(shí)踐，提升軟土地基處理技術(shù)水平。

［1］王益斌.試論軟土地基處理技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用［J］.江西建材，2015(01).

［2］林敬樟.軟土地基處理技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用探究［J］.科技與企業(yè)，2014(15).

［3］段崇峰.軟土地基處理技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用分析［J］.科技視界，2014(10).