高速公路施工中的軟土路基施工技術(shù)分析

辛潔

煙臺(tái)市萊山區(qū)公路工程處 山東煙臺(tái) 264003

公路建設(shè)過(guò)程中軟土路基的天然孔隙比大于0.3，這種孔隙比特性使軟土路基在荷載作用下極易發(fā)生變形，當(dāng)荷載作用超過(guò)變形極限時(shí)，將直接導(dǎo)致軟土路基破壞，造成相應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，帶來(lái)安全隱患。高速公路建設(shè)過(guò)程中，會(huì)受到不良軟土地基地影響。軟土路基受自然因素的影響，其承載力較弱，造成路基沉降，為了避免質(zhì)量問題的出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)合理的方法對(duì)高速公路軟土路基進(jìn)行加固處理。

1 高速公路建設(shè)中軟土地基地不利影響及人為因素分析

軟土地基地定義在高速公路行業(yè)中基本上和建筑業(yè)中大同小異，表現(xiàn)為強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透性差等，可歸為軟弱土范疇。軟土地基在高速公路建設(shè)中的不利影響非常大，這主要是由于高速公路地面運(yùn)輸?shù)男再|(zhì)，地形、地質(zhì)、水文等有很強(qiáng)的依賴性，而對(duì)于任何一種建設(shè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，地基是最基本的組成部分。高速公路基礎(chǔ)直接決定高速公路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，影響高速公路建設(shè)的成本和難度，影響高速公路的安全。通過(guò)分析軟土地基的不良影響，加強(qiáng)了有關(guān)方面的注意。一是路面沉降，地面沉降是影響高速公路路基施工質(zhì)量的最大因素，也是最常見的現(xiàn)象，客觀上沉降的原因很多，如地基下存在的洞室、裂縫，或施工工藝和施工過(guò)程中出現(xiàn)的問題。結(jié)合軟土地基地分析，由于施工中未能掌握路基壓實(shí)度，導(dǎo)致穩(wěn)定性降低或在過(guò)渡段和銜接段施工過(guò)程不當(dāng)，如采用傳統(tǒng)的帶式結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致超載交通下的韌帶斷裂。相對(duì)而言，高速公路過(guò)渡段，粘結(jié)沉降問題的可能性較大，這是因?yàn)槌两当旧砼c周圍環(huán)境的變化密切相關(guān)，如雨水進(jìn)入土壤結(jié)構(gòu)后會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致水土流失，強(qiáng)度減弱，道路碾壓后引起沉降。二是路面的侵蝕和松動(dòng)，硬化是路面處理的基本要求。從技術(shù)分析，路面結(jié)構(gòu)層主要由碎石、混凝土、瀝青等材料組成。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的通行和雨水侵蝕后，材料的緊密性會(huì)受到嚴(yán)重破壞，特別是在雨季。鋪筑的路基材料會(huì)被沖刷松散并滲透到土層中，軟土地基會(huì)加速路面的穩(wěn)定性。三是造成路面不規(guī)則硬化，由于混合模式在軟土地基地組成、組成比例、缺乏統(tǒng)一性等方面，受軟土地基的影響不穩(wěn)定，且路面施工材料易出現(xiàn)不規(guī)則硬化現(xiàn)象，這是因?yàn)?，瀝青混凝土路面施工的主要材料，與其配套的路面硬化問題有很大關(guān)系，如果不在合理的范圍內(nèi)，就會(huì)造成膨脹、沉降等跡象，進(jìn)而形成路面呈現(xiàn)不規(guī)則硬化的現(xiàn)象[1]。

軟土地基對(duì)高速公路施工質(zhì)量、造價(jià)、進(jìn)度等有著客觀的影響，但同時(shí)，人的因素也不容忽視。施工人員作為高速公路建設(shè)中唯一的能動(dòng)因素，具有對(duì)設(shè)備、材料和技術(shù)的控制能力。一是高速公路工程施工人員在勘察設(shè)計(jì)中由于對(duì)軟土地基地處位置的不詳細(xì)了解造成了不準(zhǔn)確和不完整的問題；二是在高速公路工程施工人員忽視施工的基礎(chǔ)上改善軟土地基處理，導(dǎo)致路基和路面施工后期出現(xiàn)問題甚至危及附近建筑物；三是高速公路工程施工人員使用的施工工藝、工藝、材料、設(shè)備不合理，造成路面沉降或垮塌；四是高速公路建設(shè)中材料存放不當(dāng)，如未按要求進(jìn)行分層填筑，造成土體過(guò)快壓實(shí)，易失穩(wěn)。

2 高速公路軟土地基處理過(guò)程中的問題

2.1 容易產(chǎn)生變形

軟土地基受到上層壓力時(shí)容易產(chǎn)生變形，一旦壓力超過(guò)一定的限值，軟土地基就會(huì)產(chǎn)生收縮或者沉降。通常情況下，壓力主要來(lái)自路面荷載。當(dāng)出現(xiàn)壓力的時(shí)候，軟土地基就會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)上的變形，而且如果壓力持續(xù)作用，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形加劇，無(wú)法恢復(fù)，影響軟土地基地穩(wěn)固性，這對(duì)高速公路的建設(shè)十分不利。

2.2 無(wú)法有效控制滲透性能

目前，很多施工單位在對(duì)軟土地基進(jìn)行處理的過(guò)程中，無(wú)法有效地控制軟土地基地滲透性能。軟土地基的土質(zhì)比較松散、密度小、空隙大、滲水能力比較強(qiáng)，滲透性能不好把控。高速公路軟土地基地滲透系數(shù)需要符合相關(guān)規(guī)范要求，要確保影響軟土地基地排水效果，否則將會(huì)影響高速公路的建設(shè)[2]。

2.3 路面沉降

如果在對(duì)高速公路軟土地基進(jìn)行處理的時(shí)候，沒有按照相關(guān)的規(guī)定，或者沒有達(dá)到相關(guān)的要求，就很容易使得高速公路在使用過(guò)程中發(fā)生沉降。特別是在地基過(guò)渡的部分，如果在施工中沒有有效地加固軟土地基，路基很容易在受到外力影響時(shí)發(fā)生沉降，產(chǎn)生變形，影響高速公路的安全穩(wěn)定性。

3 軟土路基常用技術(shù)應(yīng)用概述

3.1 置換技術(shù)

在軟土路基建設(shè)中，置換技術(shù)是現(xiàn)實(shí)生活中常用的處理技術(shù)之一，最常用的施工技術(shù)處理方法就是通過(guò)一定的操作手段來(lái)改變土壤建設(shè)結(jié)構(gòu)，提高土壤軟土路基的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和密度，進(jìn)而延長(zhǎng)道路使用周期。這時(shí)施工建設(shè)人員如果能夠很好地運(yùn)用置換技術(shù)，就可以有效提高軟土路基的土壤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性程度，防止道路坍塌、裂縫等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

常見的置換技術(shù)主要包括人工挖掘置換和爆破置換兩個(gè)技術(shù)層面，核心建設(shè)人員應(yīng)該結(jié)合具體的施工狀況對(duì)工程場(chǎng)地進(jìn)行基礎(chǔ)性的適當(dāng)改造。例如，在人工設(shè)備挖掘過(guò)程中，可以利用相關(guān)設(shè)備穩(wěn)定程度較高、應(yīng)用范圍較廣等特點(diǎn)，發(fā)揮其內(nèi)在施工作業(yè)進(jìn)度較快等優(yōu)勢(shì)，并不斷摒棄建設(shè)成本較高等缺點(diǎn)。另外，爆破置換恰恰與人工挖掘置換相反，其主要優(yōu)勢(shì)為施工速度較快、建設(shè)成本較低，但其穩(wěn)定性和安全性和人工挖掘爆破相比較弱一些，有關(guān)部門應(yīng)該將兩者有機(jī)協(xié)調(diào)起來(lái)，充分提高軟土路基建設(shè)管理水平。

3.2 強(qiáng)夯技術(shù)

3.2.1 施工技術(shù)簡(jiǎn)介

強(qiáng)夯技術(shù)施工法又可以稱為強(qiáng)力夯實(shí)技術(shù)法，也被業(yè)內(nèi)人士稱為動(dòng)力固結(jié)法，其主要應(yīng)用機(jī)理是相關(guān)建設(shè)人員通過(guò)大型履帶式強(qiáng)夯機(jī)的操作，把重量為9-31t的重錘從6.5-30.5m的高度自由落下，并對(duì)土壤進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，最后迅速加強(qiáng)軟土路基的承載能力和壓縮模量，形成比較緊密的路基軟土層[3]。

3.2.2 適用范圍

在施工建設(shè)結(jié)構(gòu)的不斷研究中，隨著建筑技術(shù)的日漸更新以及生產(chǎn)建設(shè)設(shè)備的不斷升級(jí)，強(qiáng)夯技術(shù)施工法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高速道路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、核電站以及大型工業(yè)園區(qū)建設(shè)，對(duì)一些地質(zhì)情況較為復(fù)雜、含水量較高的路基建設(shè)地段也存在著重大影響。另外，強(qiáng)夯技術(shù)法還適用于碎石處理、沙土飽和與黏性土壤等地基建設(shè)。

3.3 排水固結(jié)

排水固結(jié)法是針對(duì)天然地基，在建設(shè)地基中設(shè)置砂井等豎向結(jié)構(gòu)的排水體，相關(guān)工作人員對(duì)建筑物的本身重量進(jìn)行相應(yīng)加載，或者在建筑物的工程場(chǎng)地上進(jìn)行加載預(yù)壓，把路基中的孔隙水分不斷排出，在逐漸固結(jié)的基礎(chǔ)之上，使得地基不斷沉降，強(qiáng)度逐漸增加。為了加速固結(jié)，有效地解決方法即可以在建設(shè)土層中增加適量的排水途徑，并不斷縮短排水距離，進(jìn)而加速地基固結(jié)，減少預(yù)壓工程的預(yù)期時(shí)間，將沉降工作提前完成。另外，有關(guān)部門人員還可以增加地基抗剪的長(zhǎng)度，確保施工負(fù)荷率的增長(zhǎng)速率明顯小于地基承載力的運(yùn)行速率，提升軟土路基的穩(wěn)定性。排水固結(jié)法主要適用于處理飽和以及軟弱土層建設(shè)中，對(duì)于那些滲透性相對(duì)較低的泥炭土應(yīng)該慎重對(duì)待，采用合理的方法提升地基安全性[4]。

排水固結(jié)法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組成，其中，豎向排水體構(gòu)成和平排水墊層構(gòu)成了完整的排水系統(tǒng)。豎向排水體主要由袋裝砂井、普通砂井以及塑料排水板構(gòu)成；加壓系統(tǒng)指通過(guò)固結(jié)作用的荷載，對(duì)施工工程的地基形成一定的凝結(jié)壓力進(jìn)而達(dá)到凝結(jié)效果。

3.4 壓載法

該方式主要是利用壓載技術(shù)，采用重壓車對(duì)高速公路軟土進(jìn)行反復(fù)的壓制，利用重壓的作用將軟土中的水分有效排出并且將其由于軟土密度不夠所產(chǎn)生的空隙進(jìn)行填充，增強(qiáng)軟土的密度和堅(jiān)固性，從而有效地改善了軟土的性質(zhì)，增加軟土的承載力。但是在使用該方式之前，需要對(duì)軟土的含水量以及軟土在混合材料中所占的比例以及其性質(zhì)進(jìn)行分析和測(cè)量，然后制定合適的壓制辦法和策略，從而針對(duì)不同的軟土情況進(jìn)行針對(duì)性壓載處理。在實(shí)施的過(guò)程中，應(yīng)不斷地對(duì)軟土情況和性質(zhì)進(jìn)行觀察與檢驗(yàn)，以免軟土自身原因?qū)狠d法的實(shí)施產(chǎn)生影響，從而保證高速公路施工質(zhì)量和效率。

3.5 高壓噴射注漿法

通過(guò)高壓鉆孔機(jī)鉆孔，之后在土層的預(yù)定處放入有噴口的注漿管，向外部噴射巖漿，這種方式應(yīng)用在強(qiáng)度比較低、含水量大的軟土中，其作用效果會(huì)更明顯。同時(shí)可以降低軟土地基里的含水率，防止軟土地基因?yàn)檩^低的承載力而發(fā)生地基變形，進(jìn)一步加固軟土地基。不過(guò)在應(yīng)用該技術(shù)的時(shí)候，在面對(duì)含水量不高的軟土地基時(shí)，該技術(shù)對(duì)其并沒有太大的作用，所以在施工時(shí)面對(duì)不一樣的地質(zhì)條件要采取不一樣的處理技術(shù)[5]。

3.6 碎石樁加固技術(shù)

在素填土以及軟弱黏土的區(qū)域，通常將碎石樁加固作為核心支撐，要求施工單位能夠從多元化角度著手，先行確定所需要選擇的孔洞位置，而后利用相應(yīng)的振動(dòng)設(shè)備來(lái)完成沖擊工作。在應(yīng)用水壓做打孔處理的時(shí)候，需要嚴(yán)格操作，以此來(lái)保障孔洞底端的結(jié)構(gòu)不會(huì)受到破壞，否則就要及時(shí)停止施工。在清理孔洞的時(shí)候，要反復(fù)降低泥漿里的含沙量，之后在其中填滿砂石并開始振搗，以此為基礎(chǔ)，切實(shí)有效地縮減砂石間的空襲，且讓碎石往四周的黏土擠壓，提高孔洞緊密性的同時(shí)提升碎石樁的強(qiáng)度，從而使軟土地基地抗壓能力與沉降性能得到提高。在使用碎石樁加固相關(guān)技術(shù)時(shí)，放入煤灰與水泥等，可以大大提升其使用的性能?，F(xiàn)如今，碎石樁的技術(shù)施工方便、成本低，這項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用得越來(lái)越普遍。

3.7 粉噴樁加固技術(shù)

粉噴樁技術(shù)也是應(yīng)用極為普遍的施工方案，借助于粉體噴射的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)石灰粉以及水泥的攪拌處理，而后將其注射在軟土地基當(dāng)中。在軟土地基當(dāng)中添加相應(yīng)的固體材料以后，針對(duì)性地開展攪拌工作，而后利用粉噴樁壓縮的方式，到達(dá)軟土地基更深的位置，全面加固，保障軟土地基本身的穩(wěn)定性及完整性[6]。與此同時(shí)，復(fù)合地基是由所有的樁體共同形成的，可以進(jìn)一步加固軟土地基。

3.8 加載填土的施工技術(shù)

加載填土的施工技術(shù)能大幅提升軟土的沉降能力，提高地基地強(qiáng)度，防止填土的上方或者填土路段周圍發(fā)生沉降問題。對(duì)地基地上方增加一定的壓力可以更好地推動(dòng)地基固結(jié)沉降，降低填充物間的間隙。除此之外，還可以在地基表層上覆蓋不透氣密封膜，制造真空層去加速地面沉降。先填土再進(jìn)行加載，大多數(shù)的填土選擇的都是承載力強(qiáng)、透水性能好的土體，比如沙壤土、粗砂以及水泥土等，并且在進(jìn)行填土的時(shí)候，要避免出現(xiàn)超挖或欠挖等情況。

4 結(jié)語(yǔ)

軟土路基施工的關(guān)鍵要素是保證路基的穩(wěn)定性和承載能力，由于軟土的環(huán)境多樣化，因此需針對(duì)不同的情況，結(jié)合現(xiàn)有的施工技術(shù)，注重當(dāng)前科技發(fā)展中新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，不斷完善軟土路基施工技術(shù)，從而提高高速公路路基質(zhì)量，增加高速公路使用壽命，為人們出行安全提供保障。