軟土路基處理在公路工程施工中的應(yīng)用探究

李松青

（南充高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)管理委員會(huì)，四川南充 637000）

0.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，公路行業(yè)的快速發(fā)展，工程技術(shù)的突飛猛進(jìn)，在施工過(guò)程中，軟基處理施工質(zhì)量是影響工程整體質(zhì)量的主要因素之一。因此，需要在進(jìn)行軟基施工時(shí)利用加固技術(shù)，進(jìn)而提升工程整體的施工質(zhì)量和水平。

1.軟土地基的形成及分析

結(jié)合筆者公路工程施工管理的實(shí)際情況來(lái)看，軟土地基主要是由道路路基處于淤泥、腐質(zhì)土、松軟沖填土、雜填土與其他高壓縮性軟弱土層，以上種類(lèi)土層的含水率或孔隙率較大，可塑性較高或者空氣中的水分滲透到地基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致軟土地基內(nèi)部水分含量增加，使得整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度下降。施工過(guò)程需要針對(duì)這些情況進(jìn)行有效處理，重點(diǎn)提升軟土地基的強(qiáng)度，降低土質(zhì)可塑性，保證地基結(jié)構(gòu)的施工可以高質(zhì)量完成，避免影響到后續(xù)道路工程施工，從而降低路基沉降影響道路質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)安全；如果未能針對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理，會(huì)導(dǎo)致軟土地基在后續(xù)的使用過(guò)程中長(zhǎng)期受到外力的影響出現(xiàn)不同程度的變形，一旦地基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)軟土流動(dòng)情況，會(huì)嚴(yán)重影響到地基結(jié)構(gòu)的承載力，路基就會(huì)出現(xiàn)沉降、變形、開(kāi)裂、滑移等病害，導(dǎo)致路面安全隱患，影響使用功能和營(yíng)運(yùn)安全。并且，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快，大挖大填現(xiàn)象日益突出，雜填土和素填土大有存在，如南充高新區(qū)內(nèi)科技一路長(zhǎng)1530m路段，就有920m路段為2017年修建廠房挖山傾填的雜填土，填土高度最深達(dá)24.8m，按照新的規(guī)劃需在此修建科技一路道路，該路段雖經(jīng)過(guò)幾年的自然沉降，由于這些填土經(jīng)山水、雨水浸泡，空隙較大，具有較高的含水量，經(jīng)鉆堪試驗(yàn)分析K0+360-K0+720路段，1m～2m范圍已風(fēng)化、軟化成塑狀黏性土，2m～5.2m范圍碎塊風(fēng)化程度一般為強(qiáng)風(fēng)化，部分中風(fēng)化，均勻性差，粒徑大小一般為2cm～15cm，局部可達(dá)30cm以上，充填少量細(xì)粒土，鉆探時(shí)偶有掉鉆現(xiàn)象，結(jié)合動(dòng)力觸探試驗(yàn)可知局部存在較大孔隙，空隙高度一般為4m～10cm，5.2m以下為較完好的雜填土，但仍存在極少部分空隙，空隙高度一般為3m～6cm。經(jīng)過(guò)土質(zhì)分析，抗剪能力相對(duì)較弱，與此同時(shí)，填土中包含部分粉土粒和黏土粒，整體的黏性相對(duì)較低，在外界力的綜合作用下，形成所謂的軟弱地基?？偟膩?lái)說(shuō)，形成軟弱地基的原因很多，有自然因素，也有人為因素，我們?cè)谑┕ぶ幸獏^(qū)別對(duì)待，認(rèn)真分析，采取切實(shí)有效的軟基處理方式，從而達(dá)到理想效果。

2.道路軟基處理的意義與原則

2.1 軟基處理的意義

一是軟土地基處理是提升公路工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵。結(jié)合目前公路工程的施工情況來(lái)看，施工環(huán)節(jié)的技術(shù)應(yīng)用和施工質(zhì)量與工程實(shí)際需求還存在一定的差異，尤其是在西南地區(qū)，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)、梅雨氣候的特殊性，如果軟基處理不到位，導(dǎo)致道路在修建過(guò)程就出現(xiàn)承載力不足，產(chǎn)生質(zhì)量病害。二是軟土地基處理是道路安全營(yíng)運(yùn)的保障。因軟土地基并不具備較強(qiáng)的使用性能，從而導(dǎo)致后續(xù)道路使用過(guò)程中存在較大的安全隱患，不僅會(huì)影響道路的使用壽命，形成較為嚴(yán)重的安全隱患，也可能導(dǎo)致道路安全事故。三是舒適生活的新要求。隨著人們生活水平的提高，科學(xué)技術(shù)的日趨成熟，交通行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)公路質(zhì)量要求提出了新的更高要求，對(duì)公路的通行能力，感官要求也提出了更高要求，公路質(zhì)量的要求不僅僅是“通”，更是朝著“暢（通）”“安（全）”“舒（適）”的新標(biāo)準(zhǔn)、新要求發(fā)展，軟土地基處理不當(dāng)造成后期道路變形、沉降、波浪等病害，影響行車(chē)舒適性，甚至影響正常通行，出現(xiàn)安全隱患，因此軟土地基的加固技術(shù)水平和處理方式關(guān)系到道路的整體質(zhì)量，我們需要根據(jù)不同路段的具體情況，以及施工區(qū)域的地質(zhì)條件等，選擇不同的軟基處理加固技術(shù)，以滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求。

2.2 軟基加固處理的原則

在公路工程軟土路基施工的過(guò)程中，需要遵循以下原則：一是需要遵循針對(duì)性原則。目前公路施工軟土地基的加固處理技術(shù)種類(lèi)較多，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，各種方法和基本原理都存在一定的特定性和指向性，也存在技術(shù)缺陷，一種方法并不適合所有的軟弱地基處理，因此，我們?cè)谶x擇軟基加固處理技術(shù)的過(guò)程中，需要充分結(jié)合施工路段土質(zhì)、位置、特性的具體要求，通過(guò)比較、分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)最終掌握不同施工技術(shù)和施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，可以針對(duì)不同的施工內(nèi)容采取針對(duì)性的處理方案，堅(jiān)持整合與整體相結(jié)合的原則，結(jié)合施工區(qū)域的地質(zhì)條件，盡可能降低施工環(huán)節(jié)的各項(xiàng)資源損耗，避免施工工作對(duì)周?chē)h(huán)境造成負(fù)面影響。二是需要遵循經(jīng)濟(jì)性原則。在施工過(guò)程中應(yīng)注重經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及安全保護(hù)，軟土路基加固技術(shù)的應(yīng)用需要根據(jù)軟土設(shè)計(jì)情況以及技術(shù)原理，對(duì)路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮到公路工程的實(shí)際施工要求與施工區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn)，保證軟土地基的施工設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。同一種軟土路基處理可以采取多種方法，在正式設(shè)計(jì)之前，需要針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況、土壤質(zhì)量、施工要求進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并結(jié)合當(dāng)?shù)乜赡艹霈F(xiàn)的自然災(zāi)害以及公路施工的各種數(shù)據(jù)情況，制定有效的預(yù)防措施，選取最為經(jīng)濟(jì)適用，效果明顯的處理方式。三是需要遵循安全性原則。軟土路基處理我們還要綜合兼顧周邊環(huán)境，確保周邊構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)安全，確保施工安全，如上述科技一路從經(jīng)濟(jì)性上考慮強(qiáng)夯法處理應(yīng)是最好的方法，但科技一路周邊企業(yè)已經(jīng)形成，廠房樁基礎(chǔ)距離道路最近僅18m位置，強(qiáng)夯勢(shì)必對(duì)企業(yè)廠房及其他構(gòu)筑物造成影響，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。四是需要遵循可靠性原則。在對(duì)軟土地基進(jìn)行施工時(shí)，巖土的數(shù)據(jù)參數(shù)會(huì)對(duì)軟土地基的具體加固技術(shù)的應(yīng)用造成較大的影響，因此，設(shè)計(jì)人員需要提前針對(duì)地基施工區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，了解土壤質(zhì)量分布，在軟土地基的加固技術(shù)的應(yīng)用環(huán)節(jié)，需要多個(gè)技術(shù)應(yīng)用方案和解決方案，進(jìn)而增強(qiáng)軟土地基施工的可靠性。

3.施工中的軟基加固方法

3.1 置換加筋法

置換法公路工程軟土路基的加固施工是最簡(jiǎn)單，也是最直接的一種方法。該方法簡(jiǎn)單、方便、適用，沒(méi)有任何技術(shù)含量，也就是直接把承載力不夠、含水量高或不宜做路基回填土的有機(jī)土挖除，換填合格的土質(zhì)即可。該方法不適于大面積或是換填深度較大的軟基處理，上述科技一路軟土地基面積較大，但K0+960-K1+100路段屬頁(yè)巖高挖方路段，挖出棄土正好項(xiàng)目利用，我們采取挖至路基高程后，再行挖除3.5m～5.2m被雨水、地下水侵蝕的軟土后，經(jīng)過(guò)翻挖1m進(jìn)行分層碾壓填筑，每1m增設(shè)一道高筋土工格柵以提高土體整體結(jié)構(gòu)性能，每層填筑厚度嚴(yán)格按照路基填筑規(guī)范進(jìn)行，并分層測(cè)定壓實(shí)度（壓實(shí)度按92控制，附設(shè)計(jì)圖圖1）。

圖1 特殊路基處理設(shè)計(jì)圖（一）

該項(xiàng)目施工翻挖時(shí)，應(yīng)特別注意對(duì)不良土體進(jìn)行清除，包括大型的石塊以及淤泥或含水量偏高的土質(zhì)，再根據(jù)道路工程的施工要求，選擇其他路段挖出的新鮮頁(yè)巖充當(dāng)回填材料，按分層厚度30cm左右進(jìn)行回填，我們采用26t的振動(dòng)碾壓機(jī)壓實(shí)，分層檢測(cè)壓實(shí)度，均達(dá)到設(shè)計(jì)值92，該道路經(jīng)過(guò)一年的營(yíng)運(yùn)，未出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題。該項(xiàng)目如采用其他的軟基處理方法如CFG樁、注漿加固也許都能達(dá)到效果，但造價(jià)上將會(huì)增加許多，并且工期也將增長(zhǎng)。

3.2 強(qiáng)夯加固法

強(qiáng)夯加固技術(shù)是目前公路工程道路施工軟土地基加固過(guò)程中最近幾年興起的一種軟土地基處理方法，該技術(shù)擁有造價(jià)低、施工速度快、適應(yīng)能力較強(qiáng)、應(yīng)用范圍較廣等特點(diǎn)，因此得到廣泛運(yùn)用，特別是夯擊能的不斷增大，現(xiàn)在很多夯實(shí)設(shè)備已經(jīng)達(dá)到單擊能30000kN·m，夯實(shí)深度達(dá)到25m。該加固技術(shù)主要是通過(guò)施加作用力的方式對(duì)原有的土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，達(dá)到動(dòng)力固結(jié)、動(dòng)力密實(shí)以及密實(shí)置換的效果，夯擊能的大小，錘頭落距、夯實(shí)擊數(shù)、間距都將直接影響土體的沉降度。故需要根據(jù)施工環(huán)境的氣候、構(gòu)筑物的建筑特性，嚴(yán)格按照施工圖紙和技術(shù)流程進(jìn)行施工，避免影響、破壞周邊構(gòu)筑物，該方法雖工期短、成本低，但具有振動(dòng)大、擾動(dòng)大等特點(diǎn)，對(duì)周邊環(huán)境及構(gòu)筑物間距要求較高，在公路工程已被廣泛使用，但市政道路建設(shè)，特別是在周邊環(huán)境復(fù)雜情況下慎用。

3.3 反壓護(hù)道法

反壓護(hù)道主要用于施工過(guò)程中路堤基本成型，道路出現(xiàn)軟弱地基產(chǎn)生剪切、滑移，導(dǎo)致路基沉降、開(kāi)裂、變形，路基邊坡外已出現(xiàn)隆起病害情況下使用的一種補(bǔ)救措施方法。也就是為防止并保證路基穩(wěn)定，對(duì)積水路段和填土高度超過(guò)臨界高度路段在路堤一側(cè)或兩側(cè)填筑具有一定寬度和厚度的土體，增加路側(cè)土體重量，起到反壓作用防止邊坡坡腳部位隆起，達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，以提高路堤在施工中的滑動(dòng)破壞安全系數(shù)，從而保證路堤的穩(wěn)定，其填筑高度一般不宜超過(guò)路堤高度的1/2。該種方法不需要特殊專用設(shè)備機(jī)具和材料，施工簡(jiǎn)單方便，但使用有一定的局限性，特別是耕作區(qū)和取土困難的地區(qū)不宜使用，后期沉降量大，養(yǎng)護(hù)成本高，故多使用于施工過(guò)程中已經(jīng)明顯出現(xiàn)不穩(wěn)定的填方或發(fā)生了滑移破壞填方時(shí)，作為應(yīng)急措施和修復(fù)措施適用。

3.4 排水固結(jié)法

排水固結(jié)是充分利用地基排水固結(jié)特性，通過(guò)施加頂壓荷載，并增設(shè)各種排水條件（砂井和排水墊層等排水體），以加速飽和軟黏土固結(jié)發(fā)展的一種軟土地基處理方法。由于軟土地基結(jié)構(gòu)中有大量水分，如果地基結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在空氣中，會(huì)受到環(huán)境因素的影響快速吸收空氣中的水分，而過(guò)量的水分含量會(huì)導(dǎo)致軟土地基的整體性能受到影響。因此，我們需要針對(duì)這一情況，采取排水固結(jié)技術(shù)降低軟土地基結(jié)構(gòu)中的水分含量。在應(yīng)用加固技術(shù)的過(guò)程中，將塑料排水板橫向鋪設(shè)在軟土地基中形成排水柱，同時(shí)施加壓力將軟土地基的水分快速排出到提前挖好的排水道中，當(dāng)軟土地基結(jié)構(gòu)中的水分大量排出后，會(huì)提升軟土地基結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和抗剪性能，從而起到固化土質(zhì)，保障路基穩(wěn)定，提高道路施工質(zhì)量的目的。在正式施工之前，要充分分析土壤的沉降量以及地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定特性，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，當(dāng)達(dá)不到施工要求時(shí)，那么排水固結(jié)的結(jié)構(gòu)就需適當(dāng)調(diào)整，重新進(jìn)行分析測(cè)算，以達(dá)到最佳效果。同時(shí)還需要根據(jù)軟土地基加固施工的實(shí)際情況，選擇排水量和排水范圍，相關(guān)設(shè)施都需要符合排水要求。該方法對(duì)處理泥炭土、有機(jī)質(zhì)土和其他次固結(jié)變形占很大比例的土效果較差，只有當(dāng)主固結(jié)變形和次固結(jié)變形相比所占比例較大時(shí)才有明顯效果。

3.5 砂（碎石）墊層法

砂墊層其實(shí)也是一種置換軟土地基的一種方法，也是將一定厚度的軟弱地基層全挖除，采用置換為中粗砂或級(jí)配碎石、卵碎石進(jìn)行分層填筑的施工方法。砂（碎石）墊層的主要作用是提高軟土地基結(jié)構(gòu)持力層承載力，可以有效降低基礎(chǔ)沉降量，由于砂墊層具有較強(qiáng)的透水性，可以加快地基結(jié)構(gòu)水分的排出速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軟土地基的固結(jié)。在對(duì)砂（碎石）墊層進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們需要確定斷面的合理厚度和寬度，保障有足夠的厚度可以置換可能剪切破壞的軟土層，同時(shí)需要在砂墊層的兩側(cè)留有足夠的寬度。在對(duì)砂墊層進(jìn)行施工時(shí)，需要合理控制軟土地基結(jié)構(gòu)的含水量，采取分層鋪筑、分層壓實(shí)的技術(shù)方法。該方法具有施工簡(jiǎn)便、功效好、承載力大、沉降量小等特點(diǎn)，但隨著環(huán)保要求越來(lái)越高，砂石資源越來(lái)越緊缺，砂（碎石）成本越來(lái)越高，該方法使用空間越來(lái)越窄。

3.6 預(yù)應(yīng)力管樁法

預(yù)應(yīng)力管樁加固路基是一種擠密軟土，通過(guò)預(yù)應(yīng)力樁及擠密后的土地共同作用增加地基承載力的一種方法，該技術(shù)的應(yīng)用不僅可以保證軟土地基有效加固，也可以縮短軟土地基的加固時(shí)間，避免地基結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在空氣環(huán)境中。該方法有施工效果好、地基承載力強(qiáng)等特點(diǎn)，但具有施工工藝復(fù)雜、技術(shù)要求高、工程造價(jià)高等缺點(diǎn)，不被大面積適用，一般用于較低級(jí)承臺(tái)樁基，軟基較深且無(wú)孤石、障礙物、堅(jiān)硬夾層的軟基處理。在應(yīng)用該技術(shù)的過(guò)程中需要注意：一是施工人員需要明確軟土路基的具體位置，并針對(duì)特定位置進(jìn)行加固處理，可以有效避免出現(xiàn)施工方案與實(shí)際情況不符的問(wèn)題發(fā)生；二是需要根據(jù)軟土地基的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提前做好測(cè)量打樁工作，重點(diǎn)提升打（靜壓）樁的準(zhǔn)確度，保證后續(xù)加固工作可以有效開(kāi)展；三是需要考慮到軟土地基的結(jié)構(gòu)地形，合理確定打樁位置，選擇預(yù)應(yīng)力管樁的規(guī)格。

3.7 碎石樁加固法

碎石樁有純碎石樁和各類(lèi)復(fù)合材料組成的碎石樁，對(duì)軟弱地基進(jìn)行處理的統(tǒng)稱，最終形成復(fù)合地基的一種處理方法，其中以CFG樁為代表。CFG樁也就是水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機(jī)械制成的具有一定強(qiáng)度的可變強(qiáng)度樁，也是一種低強(qiáng)度混凝土樁，也是充分利用樁與土的摩擦力，增加其土間承載力，并可傳遞荷載到深層地基中去的一種處理方式，該方法具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果，也因?yàn)榧夹g(shù)成熟，處理成本相對(duì)較低，地基承載力高的優(yōu)點(diǎn)廣泛運(yùn)用于高等級(jí)道路中。南充高新區(qū)高新大道是南充市交通的“五縱六橫”中五縱之一，也是高新區(qū)和西充縣融南新區(qū)之間的一條交通主干道，全長(zhǎng)約9.6km，標(biāo)準(zhǔn)路段紅線寬度為80m，雙向八車(chē)道設(shè)計(jì)，其交通重要性凸顯，路線范圍廣泛分布在魚(yú)塘、水田、河灘地等場(chǎng)地內(nèi)，根據(jù)勘察報(bào)告，軟土類(lèi)型包括軟塑黏以及耕植土等，設(shè)計(jì)采用在高路堤K9+000-K9+360段或橋頭軟弱地基范圍內(nèi)存在超過(guò)較厚的軟塑或可塑粉質(zhì)黏土層時(shí)，設(shè)計(jì)采用復(fù)合地基的碎石樁，以提高路堤穩(wěn)定性，降低后期沉降。如圖2所示。

圖2 碎石樁處理橫斷面圖

3.8 注漿加固法

注漿加固主要是軟弱地基土體注入固化劑（水泥、石灰、粉煤灰等）用以填充土體孔隙，并使土體膠結(jié)成整體的一種加固方法。該方法利用高壓氣壓或高壓液壓加以填充滲透、擠密等方式，把能凝固的漿液注入土體中，驅(qū)走土體中孔隙內(nèi)的氣體或水分，并以其填充，待漿液硬化后使土體膠結(jié)為一個(gè)整體，用以改善土體受力狀態(tài)和有效傳遞荷載的功能，從而加固土體，防止不均勻沉降，達(dá)到改善路基承載力的目的。該方法也主要是對(duì)后期病害的一種處理方法，其施工設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、破壞小、修復(fù)快等特點(diǎn)，被比較廣泛運(yùn)用于構(gòu)筑物墻背回填變形處理。在蓬安縣工業(yè)園區(qū)主干道上的潘家扁橋2012年修建后，橋臺(tái)回填出現(xiàn)比較均勻沉降，出現(xiàn)橋頭跳車(chē)，但對(duì)橋梁主體未發(fā)生影響，2013年我們采用Φ110mm孔徑，孔間距1.5m的梅花樁型布孔，注入普通硅酸鹽水泥P.O32.5水泥調(diào)制而成的水灰比為1：1的純水泥漿，該橋梁運(yùn)行近10年未出現(xiàn)質(zhì)量病害，是又一軟弱地基處理成功案例。

4.結(jié)語(yǔ)

軟土地基結(jié)構(gòu)是保障公路工程整體質(zhì)量的重要組成部分，其加固處理方法很多，各種方法均有不同特性，我們需要根據(jù)公路工程施工的具體要求，針對(duì)施工區(qū)域環(huán)境和地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析，對(duì)不同土壤地質(zhì)結(jié)構(gòu)和不同施工環(huán)境進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性對(duì)比，選取合適的機(jī)械設(shè)備，編制恰當(dāng)?shù)募庸谭桨?，科學(xué)組織施工，才能有效保障公路工程質(zhì)量。