軟土路基處理在高速公路施工中的應(yīng)用

熊亮

【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)公路交通的需求也在日益提升。但是由于我國國土地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，在實(shí)際建設(shè)過程中往往會(huì)遇到軟路基的問題，如果不能有效地處理，不僅會(huì)影響公路的穩(wěn)定，而且會(huì)導(dǎo)致公路運(yùn)行中發(fā)生重大安全事故。據(jù)此，文章對(duì)高速公路軟土路基常用的路基加固方法進(jìn)行分析，并以某高速公路工程為研究案例，分析軟土路基處理在高速公路工程中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】高速公路;軟土路基;路基加固技術(shù)

【中圖分類號(hào)】U416.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）08-0198-03

針對(duì)高速公路施工中的軟土路基問題，如今常用的施工方法是換土法，此種方法雖然可以有效改善高速公路路基的力學(xué)性能，但在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)受地質(zhì)環(huán)境等因素的限制，導(dǎo)致工程進(jìn)度和成本受到嚴(yán)重影響。因此，在實(shí)際高速公路工程中，針對(duì)軟土路基的處理，應(yīng)結(jié)合高速公路工程的實(shí)際情況，合理選用不同的軟土路基處理方法，在保障高速公路路基力學(xué)性能符合國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，降低工程成本，縮短工程周期，最終提高高速公路工程項(xiàng)目的整體經(jīng)濟(jì)效益。

1 軟土路基的特點(diǎn)及影響分析

1.1 富水性

在施工作業(yè)中，富水性的主要特點(diǎn)為土壤的含水量大，施工材料土壤結(jié)合情況不理想，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。富水性的路基結(jié)構(gòu)，決定了路基結(jié)構(gòu)的防滲性低，后期施工中易出現(xiàn)路基結(jié)構(gòu)面沉降、結(jié)構(gòu)裂縫等病害現(xiàn)象，對(duì)高速公路工程后期安全穩(wěn)定應(yīng)用和工程壽命造成較大影響。

1.2 孔隙率大

孔隙率大主要表現(xiàn)為土壤結(jié)構(gòu)間孔隙較大，土壤呈現(xiàn)松散的特性，靜荷載力不足，難以荷載上方施工物料，也難以安全進(jìn)行應(yīng)用機(jī)械設(shè)備的施工，增加施工難度，延緩施工進(jìn)度，增大施工成本。

2 施工前期準(zhǔn)備

2.1 技術(shù)準(zhǔn)備

首先，由項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人組織技術(shù)交底工作，關(guān)鍵是要明確質(zhì)檢評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和施工工藝標(biāo)準(zhǔn)。其次，要對(duì)軟土路基的專項(xiàng)施工方案進(jìn)行審查，并審驗(yàn)土工的試驗(yàn)結(jié)果。最后，深入施工現(xiàn)場，核對(duì)各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)信息。

項(xiàng)目部技術(shù)人員要充分熟悉設(shè)計(jì)圖紙，充分理解設(shè)計(jì)意圖，掌握施工技術(shù)，在進(jìn)行路基換填施工的指導(dǎo)工作時(shí)，要嚴(yán)格遵循應(yīng)用設(shè)計(jì)圖紙與技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

2.2 現(xiàn)場準(zhǔn)備

對(duì)現(xiàn)場質(zhì)檢人員、安全管理人員、技術(shù)人員、施工人員進(jìn)行培訓(xùn)。

確定路基換填的取料場，制定路線，方便材料運(yùn)輸;在換填前挖除不良土壤，并將不良土壤運(yùn)輸?shù)綏壨翀?，同時(shí)要在路基和換填的兩側(cè)開挖排水溝，以排除不良路基下的地下水，確保路基順利開挖。

3 高速公路常用的軟土路基處理方法

3.1 換土法

換土法也稱換填法，是高速公路工程施工中最常用的軟土路基加固處理方法。結(jié)合實(shí)際情況來看，換土法主要是將路基下方一定區(qū)域范圍內(nèi)實(shí)際承載能力相對(duì)較弱的土層置換為承載能力和耐腐蝕能力、耐久性能更強(qiáng)的路基材料，并通過碾壓等方式壓實(shí)，以改變軟土層的承載能力，保證高速公路路基滿足國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。換土法在實(shí)際應(yīng)用過程中需要著重關(guān)注換土層的厚度，并在實(shí)際換土作業(yè)過程中采用分層換土、分層碾壓的方式，尤其是針對(duì)橋臺(tái)臺(tái)背部分的換土作業(yè)，更需要著重關(guān)注換土層厚度及實(shí)際承載能力，避免高速公路施工過程出現(xiàn)不均勻沉降等嚴(yán)重影響公路施工質(zhì)量的問題 [1]。通常來說，高速公路工程換土作業(yè)時(shí)的每層松鋪層厚度應(yīng)小于20 cm，如此不僅可以有效消除路基換土碾壓后的膨脹作用，還能夠防止高速公路在實(shí)際應(yīng)用過程出現(xiàn)凍脹情況，減少路基溫度應(yīng)力問題，進(jìn)而增強(qiáng)高速公路的使用壽命及使用安全性。

此外，高速公路工程中換土法的應(yīng)用還需要注意以下事項(xiàng)。

（1）適用范圍。高速公路路基下方的軟土層厚度小于3 m，若大于此數(shù)值，則不適宜采用換土法進(jìn)行軟土路基加固處理。

（2）材料要求。置換土中碎石的粒徑應(yīng)控制在19～63 mm，并且碎石的實(shí)際含泥量應(yīng)控制在10%以下;置換土中的砂礫粒徑應(yīng)控制在10 mm以下，最佳砂礫材料為天然級(jí)配砂，并且實(shí)際材料選用應(yīng)保證砂礫的實(shí)際含泥量低于5%;置換土中的石渣粒徑應(yīng)控制在100 mm以下，實(shí)際抗壓強(qiáng)度高于30 MPa [2]。

（3）施工要點(diǎn)。在高速公路工程應(yīng)用過程中，應(yīng)先挖除路基下方的軟土層，然后在挖除后的基底部分回填一層粒徑較大的片石或者卵石，對(duì)基底回填層進(jìn)行壓實(shí)處理后，在基底回填層上攤鋪符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的透水性材料，并在攤鋪過程中采用分層攤鋪方式，每層攤鋪層的松鋪厚度應(yīng)小于20 cm [3]，同時(shí)在每次攤鋪以后，對(duì)回填層進(jìn)行壓實(shí)處理，處理后的路基承載力應(yīng)符合國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)高速公路路堤進(jìn)行換土作業(yè)時(shí)，若換土層厚度超過1.2 m，而且換土層最低處在地下水水位之上，那么可以換填承載能力較強(qiáng)的山皮土或者其他路堤同種材料，實(shí)際換填過程應(yīng)將路堤邊坡破角控制在0.5 m以內(nèi) [4]。

3.2 排水固結(jié)法

所謂排水固結(jié)法，就是通過向軟弱路基區(qū)域施加預(yù)壓荷載，將軟土路基中的水分?jǐn)D出，并通過預(yù)先埋設(shè)好的豎向排水井和盲溝將擠出的水進(jìn)行排除，如此不僅可以有效減少路基層的含水量，還能夠減少路基層的孔隙率，實(shí)現(xiàn)路基層的排水固結(jié)效果，提高路基層整體力學(xué)性能。結(jié)合實(shí)際情況來看，排水固結(jié)法適用于含水量較高的軟弱路基區(qū)域，如沼澤、淤泥質(zhì)土等，具體施工過程中應(yīng)結(jié)合土層的厚度、含水量等諸多因素，科學(xué)確定排水固結(jié)法應(yīng)用過程中的預(yù)壓荷載及時(shí)間，保障高速公路軟土路基處理成效的同時(shí)，降低施工成本。

3.3 砂樁擠密法

砂樁擠密法應(yīng)用過程中要在軟土路基層中通過鉆機(jī)或者爆破等方式進(jìn)行成孔，然后將礫石、卵石、碎石分層填入、分層搗實(shí)，進(jìn)而形成砂樁，以對(duì)軟土層進(jìn)行擠密處理，提高軟土層的承載能力。具體施工過程中，應(yīng)確保砂樁填入材料的含泥量低于5%，實(shí)際應(yīng)控制在50 mm以下 [5]。結(jié)合實(shí)際情況來看，砂樁擠密法多用于對(duì)路基承載力有較高要求，但整體結(jié)構(gòu)相對(duì)松散的軟土路基層處理路段。通過將質(zhì)地堅(jiān)硬的卵石和砂石，以分層擠壓的方式與原來的軟土路基進(jìn)行層層融合，改造并優(yōu)化了基礎(chǔ)路基結(jié)構(gòu)。在實(shí)際施工過程，砂樁擠密法的應(yīng)用對(duì)于軟土地基的排水能力提升、沉降質(zhì)量控制及高速公路施工基礎(chǔ)強(qiáng)度的提高有重要意義。

3.4 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法就是將重錘提到高處，然后利用重力對(duì)軟土路基層進(jìn)行夯實(shí)，在夯實(shí)過程中，重錘對(duì)軟土路基層產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力，對(duì)軟土路基層產(chǎn)生振動(dòng)壓實(shí)效果，進(jìn)而綜合提高路基層的綜合承載能力 [6]。強(qiáng)夯法在軟土路基施工中的應(yīng)用，具有施工成本低、工藝簡單、容易操作、施工效率高的優(yōu)點(diǎn)。強(qiáng)夯法的應(yīng)用對(duì)高速公路施工中軟土路基的有效處理、工程施工進(jìn)度的加快有重要作用?，F(xiàn)階段，由于強(qiáng)夯法具有操作簡單、施工成本低等優(yōu)勢(shì)，其同換土法一樣，成為當(dāng)前高速公路軟土路基層處理過程中的常用方法之一。不過，同其他方法一樣，強(qiáng)夯法也有其使用局限性，其主要適用于軟土層、碎石土層等含水量較低的不穩(wěn)定路基層。

3.5 高壓注漿法

從上文軟土路基的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)分析來看，靜荷載力不足是軟土地基的主要特點(diǎn)，因此以靜荷載力不足的角度分析軟土路基存在的問題，解決方式則是提升軟土地基的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，高壓注漿法是一個(gè)非常實(shí)用的策略。高壓注漿法是一種通過氣壓、液壓等預(yù)制的水泥漿注入軟土層，在注入過程中，水泥漿將會(huì)順著軟土層的孔隙流入軟土層的各處，將軟土層中的水分、空氣擠出，水泥漿固結(jié)后對(duì)土層進(jìn)行加固，并促使原本的軟土路基層成為一個(gè)整體。相對(duì)于原本的軟土路基層，經(jīng)過高壓注漿加固后的軟土路基層不僅具有良好的承載能力，而且具有優(yōu)秀的防水能力和耐腐蝕能力，可以有效提高高速公路的使用壽命，促使高速公路工程符合相應(yīng)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合實(shí)際情況來看，高壓注漿法多用于整體結(jié)構(gòu)較為松散的含水路基層，并且在實(shí)際應(yīng)用過程中需要根據(jù)高速公路路基的實(shí)際情況，從滲透注漿、噴射注漿、劈裂注漿及壓密注漿4種注漿方式中合理選擇，保障路基層的綜合性能。

3.6 深層攪拌法

所謂深層攪拌法就是利用特制的深層攪拌機(jī)將石灰、水泥等材料泵入路基深層，然后將這些材料與土層進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌?，促使土層與材料混合成類似混凝土的膠質(zhì)結(jié)構(gòu)，如此不僅可以通過相關(guān)材料對(duì)混凝土進(jìn)行加固處理，還能夠利用相關(guān)材料對(duì)軟弱土層中的水分進(jìn)行吸附，降低土層中的含水量，提高土層的承載能力 [7]。同時(shí)，相關(guān)材料與土層攪拌混合后形成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)還具有較強(qiáng)的抗?jié)B透和防沉降性能，進(jìn)一步提高了路基的使用壽命和強(qiáng)度。

4 軟土路基處理在高速公路工程中的具體應(yīng)用

4.1 工程概況

根據(jù)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，某高速公路某段的設(shè)計(jì)路基承載力要求高于300 kPa，并且路邊邊坡設(shè)置有漿砌片石擋土墻和土釘墻復(fù)合式邊坡防護(hù)加固。但在實(shí)際施工過程中，由于工程現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境的限制，為有效控制路邊邊坡的開挖范圍，相關(guān)設(shè)計(jì)均未按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以至于高速公路實(shí)際承載能力受到嚴(yán)重影響，路邊邊坡穩(wěn)定性也存在安全隱患，嚴(yán)重威脅行人及車輛的通行安全。

4.2 工程地質(zhì)變化

在某高速公路工程項(xiàng)目中存在隧道段，此隧道段主要分為明洞段和削竹式洞門段兩部分。原設(shè)計(jì)中的地質(zhì)資料顯示，施工區(qū)域內(nèi)的路基為碎石路基，并且碎石的含水量相對(duì)較高，碎石層密度為中密-密實(shí)，碎石的粒徑區(qū)間為20～40 mm，最大碎石粒徑為100 mm，碎石的主要成分為火山石、火山礫巖，碎石中充填有粉質(zhì)黏土，實(shí)際承載力符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。但在實(shí)際施工過程中發(fā)現(xiàn)，施工段碎石層下方存在素填土層，并在進(jìn)一步勘測后發(fā)現(xiàn)施工段路基部分的碎石層下方還存在素填土層、粉質(zhì)黏土層，兩種土層均會(huì)在一定程度上影響高速公路路基的實(shí)際承載力，進(jìn)而影響到高速公路的通行安全，具體情況如下。

素填土層：土層厚度為1.9～3.3 m，土層整體呈灰黑色，含水量相對(duì)較高，土層內(nèi)部砂石含量約55%，砂石粒徑區(qū)間為2～20 mm。土層中黏性土含量為20%～40%，大部分黏性土為回填土，整體分布較不均勻。在進(jìn)行深入分析后發(fā)現(xiàn)，素填土層的整體承載性能相對(duì)較差，無法達(dá)到高速公路路基持力層的標(biāo)準(zhǔn)要求，綜合現(xiàn)有的軟土路基處理方法，最終選用換土法進(jìn)行處理，并在計(jì)算后確定經(jīng)過換土法處理后的路基符合設(shè)計(jì)要求。

粉質(zhì)黏土層：施工段的粉質(zhì)黏土層厚度約0.6 m，土層呈黃褐色，整體含水量相對(duì)較高，具有較強(qiáng)的可塑性。在實(shí)際勘察過程中發(fā)現(xiàn)，粉質(zhì)黏土層的實(shí)際承載能力不符合高速公路路基的承載力需求，需要通過軟土路基處理技術(shù)進(jìn)行有效加固處理。

4.3 仰拱路基加固處理設(shè)計(jì)

施工段存在仰拱軟弱路基情況，需要進(jìn)行加固處理。在結(jié)合現(xiàn)場周邊環(huán)境及地質(zhì)水文條件后，最終確定在施工段仰拱軟弱路基區(qū)域采用微型鋼管樁進(jìn)行加固處理。具體方案為先在仰拱路基區(qū)域通過挖掘機(jī)將碎石層下方的素填土進(jìn)行挖除，挖除厚度為1 m左右。然后，在仰拱路基區(qū)域打下微型鋼管注漿孔，具體注漿孔深度需要根據(jù)素填土和粉質(zhì)黏性土的厚度進(jìn)行綜合確定。為保證后續(xù)加固效果，在該階段中間留一部分鋼管樁頂，在工程中留250 mm。

完成上述工作后，在注漿區(qū)域的頂面部分澆筑200 mm厚的混凝土層作為止?jié){層，在完成此階段施工以后，微型鋼管樁仍然需要有一部分留在止?jié){層外部，此部分微型鋼管樁長度約為50 mm。之后，開展正式對(duì)微型鋼管樁進(jìn)行注漿施工，此階段的注漿應(yīng)采用單漿液水泥漿，并在實(shí)際注漿過程中根據(jù)工程區(qū)域的實(shí)際情況，科學(xué)控制注漿壓力。施工段注漿過程中，水泥漿的注漿初壓控制在1.0～1.5 MPa，為保障注漿加固成效，必須嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿速度。在完成注漿以后，在止?jié){層上方通過鋼筋混凝土進(jìn)行加固處理。注漿施工標(biāo)準(zhǔn)見表1。

5 結(jié)語

綜上所述，如今可應(yīng)用到高速公路工程中的軟土路基處理技術(shù)日趨豐富，在實(shí)際應(yīng)用過程中，為有效提高軟土路基處理技術(shù)的應(yīng)用成效，必須結(jié)合高速公路工程的實(shí)際情況，綜合選用最佳的軟土路基處理技術(shù)，延長高速公路的使用壽命，降低高速公路施工的整體成本，最終多維度地提高高速公路工程的整體經(jīng)濟(jì)效益。

參 考 文 獻(xiàn)

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