軟土地基處理技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用

劉勁

摘要：近年來，我國的道路工程獲得了迅猛的發(fā)展。在道路建設(shè)中，受地質(zhì)情況的影響，沿線路基下經(jīng)常有厚度或淺或深的軟土層，如果在施工中沒有得到較好的處理，可能會導(dǎo)致沉降等一系列問題的發(fā)生，進而發(fā)生各種路面質(zhì)量病害，造成道路正常使用壽命大大縮減。在本文中，就軟土地基處理技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用進行一定的闡述和研究。

Abstract： In recent years， the road engineering in China has obtained rapid development. In road construction， under the influence of geological conditions， there are often soft soil layers under the roadbed. If the soft soil layers are not treated well in the construction， a series of problems such as settlement may occur， and causes a variety of pavement quality diseases， which will greatly shorten the normal life of the road. This paper studies the application of soft soil foundation treatment technology in road construction.

關(guān)鍵詞：軟土地基；處理技術(shù)；公路施工；應(yīng)用

Key words： soft soil foundation；treatment technology；highway construction；application

中圖分類號：U416.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）07-0159-03

0 引言

軟土地基處理一直以來是公路施工領(lǐng)域非常重視的問題，也是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在施工過程中如果軟土地基處理不好，直接影響以后公路的運營舒適性和壽命。公路運行時間長了，隨著路面上荷載的增加，地基承載的壓力越大。如果軟土地基處理不合格，公路運行時間長了，地基會出現(xiàn)翻漿、裂縫等問題，并且地基開始緩慢沉降，路面出現(xiàn)傾斜、裂縫和破損，給車輛在行駛過程中會造成安全事故。本文將綜合分析軟土地基的特點及危害，進而通過工程實例提出一套科學(xué)可行的軟土地基處理措施，以供同行參考。

1 軟土地基的類型、特點及危害

1.1 類型

目前公路工程領(lǐng)域的軟土地基主要分為飽和軟土和非飽和軟土兩類，其特點如下：

1.1.1 飽和軟土

①主固結(jié)、次固結(jié)。

在固結(jié)實驗當(dāng)中，人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超孔隙土體水壓力試驗之后，隨著時間的發(fā)展，試樣的變形情況也將不斷增大，該種現(xiàn)象即為次固結(jié)。同其對應(yīng)，孔隙水壓力消散土體的固結(jié)即稱之為主固結(jié)。對于次固結(jié)來說，其具有著較多的影響因素，同物理化學(xué)環(huán)境以及粘土礦物成分有關(guān)，且當(dāng)荷載增量比加大時，其變化值將加大。

②再固結(jié)。

受到軟土地基滲透性方面影響，在動荷載情況下引起的水壓力并不能夠在較短的時間內(nèi)消散，飽和軟土在靜荷載作用下穩(wěn)定固結(jié)，之后在在動荷載作用下升高，之后消散，這個過程即為土的再固結(jié)。在靜荷載狀態(tài)下，飽和軟土由骨架進行外部荷載的承擔(dān)，而在動荷載作用下，該結(jié)構(gòu)則因此受到破壞，并將原有承載的荷載傳遞給孔隙水壓力，在上升孔壓的情況下減小有效應(yīng)用，即同以往相比使骨架具有更為穩(wěn)定的狀態(tài)。

③超固結(jié)。

在工程當(dāng)中，地基土自身也具有超固結(jié)性，即在受到?jīng)_擊荷載作用下形成骨架，土體表面較強的固結(jié)性，且隨著沖擊遍數(shù)的增加，該比例逐漸增大。

1.1.2 非飽和軟土

同飽和土相比，非飽和土在荷載作用下具有不同的固結(jié)機理，在非飽和土當(dāng)中，其中存在的氣體壓縮性較高，在實際固結(jié)當(dāng)中，土當(dāng)中的氣與水將相互發(fā)生作用。對于非飽和土，其在滲透性方面同結(jié)構(gòu)性影響具有密切的關(guān)聯(lián)，并因此具有了更為復(fù)雜的固結(jié)作用，需要對孔隙蒸汽、骨架變形、空氣以及熱運動耦合問題作為其固結(jié)問題。

1.2 特點

軟土性質(zhì)同地基土沉積年代、成因類型以及成層構(gòu)造間具有密切的聯(lián)系，具體來說，其具有的性質(zhì)有：

第一，含水量較高。軟土當(dāng)中的成分主要為粉土粒以及粘土粒組，且具有少量的有機質(zhì)，該類土體具有較高的孔隙比以及含水量。當(dāng)其含水量越大時，其在抗剪程度方面表現(xiàn)越小，且具有更大的壓縮性。如含水量較低，那么則具有較小的壓縮量以及較大的強度。

第二，透水性差。透水性差也是軟土的一項主要性質(zhì)類型，在荷載作用下具有較慢的固結(jié)速度。如果地基當(dāng)中具有較高的有機質(zhì)含量，土當(dāng)中則可能產(chǎn)生氣泡，在對滲流通道造成堵塞的情況下對其滲透性產(chǎn)生影響，即如果在軟土層施工，那么其上方的建筑將在較長時間以后才能夠穩(wěn)定，且在荷載作用下，強度也具有較為緩慢的增長速度。該種情況的存在，對地基土工程特性的改善具有不利影響。

第三，抗剪強度低。軟土自身所具有的抗剪程度較低，且同排水固結(jié)性具有密切的聯(lián)系，在不排水剪切時，其內(nèi)摩擦角接近于0，內(nèi)聚力在20-25kPa范圍內(nèi)；第四，流變性強。在荷載作用下，軟土在剪切力作用下將逐漸產(chǎn)生剪切變形情況，并因此衰減抗剪強度，即在主固結(jié)沉降完成后，且能夠繼續(xù)產(chǎn)生固結(jié)沉降情況。

1.3 危害

軟土地基在工程建設(shè)過程中基本屬于不可預(yù)見性的問題，勘測設(shè)計過程中沒有詳細資料進行描述軟土地基具體情況時，施工過程中一定要按照規(guī)范規(guī)程以及工程實地軟土地基情況進行實施。一旦處理不合理，就可能發(fā)生質(zhì)量事故。一般出現(xiàn)的主要質(zhì)量事故為路面局部出現(xiàn)凹凸不平、大面積不均勻沉陷，路面局部出現(xiàn)不均勻裂縫和部分路段傾斜，嚴(yán)重的時候地基出現(xiàn)問題可能引發(fā)交通事故。

2 公路工程中軟土地基處理方法

2.1 表層處理法

該方式主要是對路基的表層進行處理，其具體方式有：第一，表層排水法。即在填筑路基前先在地面上做好水溝的挖掘，在對地表水進行排出的基礎(chǔ)上對地基表層含水量降低，保證施工機械能夠具有較好的機械條件，同時，使用具有較好透水性的沙礫材料做好回填；第二，砂墊層法。該方式即在地基頂面鋪設(shè)一層厚度在0.6-1m的砂墊層，將其作為固結(jié)工作所需的上部排水層，在對沉降速度加快的基礎(chǔ)上實現(xiàn)固結(jié)過程的縮短。該方式可以作為路堤地下排水層應(yīng)用，以此實現(xiàn)堤內(nèi)水位的降低，對施工條件進行改善。以該種方式處理時，需要選擇粗砂或者中砂，并做好及配方面的控制；第三，穩(wěn)固劑表層處理。該方式即通過水泥、生石灰以及土壤離子穩(wěn)固劑作為材料將其摻入到表層地基土當(dāng)中，在對地基強度、壓縮性進行改善的基礎(chǔ)上保障施工條件，實現(xiàn)路堤填土效果的提升。

2.2 強夯法

該方式又稱之為動力固結(jié)法，即將重錘以反復(fù)的方式提高到高處自由落下，以此形成對地基的夯實，進而不斷降低其壓縮性、提升地基強度。該方式適合應(yīng)用在雜填土、碎石土、粘性土以及粉土等地基類型當(dāng)中，不僅能夠有效提升地基強度，且能夠?qū)ν恋臐裣菪赃M行消除、實現(xiàn)抗振動液化能力的改善，并因此可以應(yīng)用在濕陷性黃土地基當(dāng)中。而對于飽和度較高的粘性土，其處理效果則不明顯。

2.3 換填法

在該方式中，其將基礎(chǔ)之下不太深的軟弱土層挖掉，使用具有更高強度、性能更為穩(wěn)定且質(zhì)地堅硬的砂石材料分層充填，并以機械或者人工的方式分層振動夯實，使其在達到要求密實度的情況下成為好的人工地基。當(dāng)目標(biāo)地基軟弱土層較薄，且上部荷載并不大時，適合以該方式處理。

2.4 土工合成材料法

土工合成材料是以人工合成聚化物所制成的產(chǎn)品，能夠應(yīng)用在巖土以及工程結(jié)構(gòu)表面、每部當(dāng)中，具有防滲、隔離、加筋、防護以及過濾功能。通過在土體當(dāng)中對筋材的設(shè)置，則能夠形成筋材復(fù)合體。由于土抗拉抗剪性能較差，在土體中加筋后，筋材料則作為抗拉構(gòu)件同土相互摩擦，對土體的側(cè)向變形以及上下土體產(chǎn)生了限制作用，即在對其施加側(cè)壓力增量的基礎(chǔ)上使其獲得更高的整體性以及強度，近年來，該方式在工程處理中應(yīng)用的較為廣泛。

3 公路工程軟土地基施工技術(shù)的應(yīng)用實踐

3.1 工程概況

我國某公路工程，為一級公路，路基寬度22.5m，雙向四車道，全長11.029km，荷載等級為掛車-120，汽車-超20級。經(jīng)地質(zhì)勘探，該區(qū)域地基為軟土性質(zhì)，且具有較強的潮濕性，需要在實際施工前做好路基的處理。

3.2 軟土路基施工方法

根據(jù)軟土物理力學(xué)性質(zhì)、材料條件、路堤高度以及埋層深度等，對以下處理措施進行了制定：第一，對于具有較小厚度淤泥層路段，使用土工格柵+山皮石+土工格柵+改良土方式處理。在淤泥上，具有55-75cm的亞粘性土，具有一定的穩(wěn)定性，地面積水在排除方面較為簡單。對此，決定以該方式處理，且由于具有較高的地下水位，公路沿線軟土水穩(wěn)定較差，如果浸水，其承載力將受到很大影響，通過山皮土同土工格柵的應(yīng)用，則能夠在對填料水穩(wěn)性進行提升的基礎(chǔ)上降低毛細作用對路基產(chǎn)生的不良影響；第二，對于具有較大厚度淤泥、且水位較高的路段，使用拋石擠淤+土工格柵+改良土方式處理。當(dāng)淤泥厚度在2-3m范圍時，不僅無法清淤，且排水也非常困難，通過該處理方式的應(yīng)用，并對水面線以下的路堤寬度進行增加，則能夠在對路基穩(wěn)定性進行提升的基礎(chǔ)上實現(xiàn)路基沉降控制。

3.3 軟土路基施工方法技術(shù)措施

3.3.1 淤泥層厚度小路段

在該路段施工中，主要的施工技術(shù)有：第一，清表。整平地面，將腐殖土以及蘆根進行清除；第二，測量放線。嚴(yán)格按設(shè)計圖、工藝流程進行中線測量，重點控制路基兩側(cè)邊腳、邊溝以及路基邊線的測量質(zhì)量；第三，鋪設(shè)首層土工格柵。提前處理好一側(cè)溝壁，從該側(cè)溝壁向另一側(cè)橫向鋪設(shè)土工格柵。鋪設(shè)時先確保格柵搭接部分不宜超過20cm，再用22號鉛絲沿搭接部分逐步綁扎，鋪設(shè)好之后再排壓整平，鋪設(shè)范圍不得超出設(shè)計寬度；第四，填筑山皮土。鋪筑、倒運等土工作業(yè)采用推土機、裝載機完成，填土厚度約50cm為宜，填筑時須實時觀測山皮土的高程，填筑完畢后將填土整平，按照操作規(guī)程碾壓，直至達到設(shè)計要求為止；第五，第二層土工格柵鋪筑。根據(jù)放樣位置從一側(cè)向另一側(cè)鋪設(shè)，之后使用壓路機碾壓整平；第六，第一層改良土鋪筑。提前做好土以及石灰材料的化驗分析，根據(jù)一定配比做好改良土的標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗，根據(jù)配比做好灰土拌合，嚴(yán)格按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)控制灰土含水量、鋪設(shè)厚度、鋪設(shè)寬度、土層壓實度等項目參數(shù)。對于首層填筑，其厚度為50cm為宜，并在施工當(dāng)中對其寬度以及厚度嚴(yán)格控制，保證壓實標(biāo)準(zhǔn)在85%以上，并在壓實后及時檢測，在滿足要求后再進行二層土鋪筑。二層改良土厚度為30cm，三層改良土厚度為20cm，其施工方式同第一層施工相同，保證壓實度標(biāo)準(zhǔn)控制在90%以上；第七，鋪筑第三層土工格柵，并填筑第二層改良土。

3.3.2 淤泥層厚度大路段

在該路段施工中，主要的施工技術(shù)有：第一，當(dāng)淤泥較厚、水位較高時，則需要以拋填片石的方式處理以確保其不低于30cm。拋填作業(yè)應(yīng)該從中線逐步向兩側(cè)展開，遇到坡度大于1：10的橫坡時，應(yīng)該從同向低處進行拋填，使淤泥從兩側(cè)擠出。拋出水面后，再用小石塊將原處墊平，并做好碾壓以及填土；第二，根據(jù)設(shè)計拋石底腳，使用竹竿做好坡腳位置的明確，之后從原有路通過濕地推土機以及挖掘機的應(yīng)用向深部填筑，保證規(guī)格在30cm左右，避免出現(xiàn)腐殖石塊以及體積過大情況，待拋石頂面高出水面或淤泥頂面20cm后填筑石屑進行初步找平，然后用采用50T振動壓路機碾壓；第三，在完成片石的填筑之后，要及時做好填筑寬度、壓實情況填筑高度的檢測，在檢測合格之后再進行后續(xù)施工，并根據(jù)設(shè)計要求于第一步改良土完工后進行彎沉檢驗。

3.4 竣工驗收

軟土地基處治完畢后，工程部及時按照以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)組織竣工驗收：

①砂墊層：砂的規(guī)格和質(zhì)量必須符合設(shè)計要求和規(guī)范規(guī)定；適當(dāng)灑水，分層壓實；砂墊層寬度應(yīng)寬出路基邊腳0.5～1.0m，兩側(cè)端以片石護砌；砂墊層厚度及其上鋪設(shè)的反濾層應(yīng)符合設(shè)計要求。

②反壓護道：填筑材料、護道高度、寬度應(yīng)符合設(shè)計要求，壓實度不低于90%。

③軟土地基上的路堤，應(yīng)在施工過程中進行沉降觀測和穩(wěn)定性觀測，并根據(jù)觀測結(jié)果對路堤填筑速率和預(yù)壓期等做出必要調(diào)整。

實測結(jié)果如表1所示，各項目的實測結(jié)果均在允許偏差的控制范圍內(nèi)，從整體上評價該軟土地基工序的施工效果符合預(yù)期要求。

4 結(jié)論

上述工程中，由于技術(shù)控制嚴(yán)格，工后各項目的檢測結(jié)果均符合技術(shù)指標(biāo)，有效避免了公路在日后運營過程中出現(xiàn)翻漿、地基沉降等質(zhì)量缺陷。在公路施工中，地基處理質(zhì)量的高低將直接對路基的基礎(chǔ)承載力產(chǎn)生影響。在上文中，我們對軟土地基處理技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用進行了一定的研究，需要在施工中能夠做好把握，通過地基處理技術(shù)的科學(xué)選擇與應(yīng)用提升施工質(zhì)量。

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