高速公路工程施工軟土地基處理技術(shù)

張有春

（灤南縣交通運輸局，河北 唐山 063500）

0 引言

隨著我國高速公路建設(shè)項目的不斷增多，施工涉及各種較為復(fù)雜的地勢環(huán)境，其中包括軟土路基施工。為保證整體的承載能力、穩(wěn)定性以及高速公路項目具有良好的使用性能，在軟土地基處理中應(yīng)熟練掌握并合理運用各類關(guān)鍵技術(shù)。

1 軟土地基簡介及其主要特點

1.1 軟土地基簡介

軟土地基指一種具有較高壓縮量和較低強度的松軟土層類型。歐美一些國家將軟土地基定義為在土質(zhì)結(jié)構(gòu)地基中塵土和黏土等顆粒含量較高的有機質(zhì)土層或松軟土層。對于軟土地基，在施工中應(yīng)引起高度重視并給予妥善處理，否則直接影響到整個公路工程項目的施工建設(shè)質(zhì)量，不但會大大降低公路地基的整體穩(wěn)定性，還會導(dǎo)致路面沉降問題的出現(xiàn)。僅僅依靠傳統(tǒng)的施工方法去處理軟土地基顯然是不夠的，施工中應(yīng)大力應(yīng)用先進的新技術(shù)和新材料，切實提高軟土地基的牢固性和穩(wěn)定性，并為公路工程項目后續(xù)施工作業(yè)打下堅實基礎(chǔ)。

1.2 軟土地基的主要特點

在我國雨水量較為豐富的地區(qū)或江河地區(qū)的周邊經(jīng)?？梢娷浲恋鼗?，煤礦開采地區(qū)的附近也易出現(xiàn)軟土地基，其通常具有以下3個特點：

（1）軟土地基的土質(zhì)空隙大、松散程度高、含水量較大。一般情況下，構(gòu)成軟土地基的物質(zhì)有兩種，即黏土顆粒和淤泥，其中也可能有一定含量的有機物質(zhì)，外界諸多因素都容易對其產(chǎn)生影響，含水量一般在40%～75%范圍內(nèi)。

（2）軟土地基通常抗剪強度不足，一般在20kPa 以下，且由于軟土地基的含水量偏高，施工過程中應(yīng)重點做好排水疏導(dǎo)工作，否則其抗剪強度會進一步下降。

（3）軟土地基的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。軟土地基自身會受外力影響，且外界自然環(huán)境和天氣條件等因素也會影響地基的穩(wěn)定性。我國南北地區(qū)的自然環(huán)境和天氣條件有著顯著差異，而不同地區(qū)構(gòu)成軟土地基的材料和成分有一定區(qū)別，因此各自有不同的特點。

2 高速公路軟土地基處理中的常見問題

2.1 易發(fā)生變形

當(dāng)上層壓力過大時，軟土地基就會出現(xiàn)變形，而當(dāng)上層壓力超過了軟土地基所能承受的最大限值后，便會出現(xiàn)沉降或收縮等。一般情況下，壓力的主要來源是路面荷載，在施工過程中一旦有壓力作用，軟土地基結(jié)構(gòu)就可能出現(xiàn)變形現(xiàn)象，在壓力長期持續(xù)作用下，變形會越來越明顯。這種變形一旦出現(xiàn)就是不可逆的，恢復(fù)變形非常困難，軟土地基的整體穩(wěn)定性會因此受到很大影響，高速公路項目的后續(xù)施工作業(yè)也可能無法順利進行。

2.2 對滲透性能無法有效控制

相比于普通土質(zhì)類型，軟土地基區(qū)域的土質(zhì)空隙大、密度小且松散程度很高，這就導(dǎo)致其滲水能力也很強，要想有效把控其滲透性能有一定難度。因此，在對高速公路軟土地基進行施工設(shè)計時，一定要保證所設(shè)計的滲透系數(shù)符合國家相應(yīng)規(guī)范要求，確保軟土地基具備優(yōu)良的排水能力，確保整個項目施工建設(shè)工作的有序進行。

2.3 路面沉降問題

高速公路項目施工單位在處理軟土地基時，一定要根據(jù)規(guī)范流程采取相應(yīng)的處理方式，與行業(yè)要求相適應(yīng)，否則高速公路項目在竣工后投入使用階段就可能出現(xiàn)質(zhì)量問題，尤其要對地基過渡位置采取加固措施，避免外力作用對其產(chǎn)生過大影響而發(fā)生沉降或變形等問題，降低高速公路的整體穩(wěn)定性和安全性。

3 高速公路軟土地基處理方法

高速公路的軟土地基常見處理方法如下。

（1）雙灰樁法

該方法適用于條形基礎(chǔ)的地基加固處理，其施工的具體位置緊靠地基邊緣，要使用鉆機鉆出豎直方向或斜向多排孔，同時制作與之相匹配的樁頂土塞，長度約為1.4m，樁的實際直徑應(yīng)控制在17～21cm 的范圍內(nèi)，樁中心距為樁徑的4倍。

（2）旋噴樁法

這種方法的工作原理為將具有較強壓力的水玻璃漿液或水泥漿液迅速噴入土中并促使其成樁，可將樁徑控制在0.7～2.1m 范圍內(nèi)，適用于砂土、黃土和黏性土為主要結(jié)構(gòu)的軟土地基加固，但若軟土地基的地下水流動速度過快則不建議采用這一處理方法。另外，計算和確定單樁的整體承載能力時，一定要考慮增層結(jié)構(gòu)也受地基附加沉降現(xiàn)象的影響。

（3）注漿法

該方法的工作原理是在路基的下土層中注入水泥漿液、化學(xué)漿液或水泥黏土混合漿液等液體，從而有針對性地改善原有軟土地基的土力學(xué)性質(zhì)。適用于一般黏性的軟土地基和砂礫性軟土地基，在其施工過程中也要考慮到地基附加沉降會對增層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

（4）鋪墊法

該方法的工作原理是利用砂層對位于過渡段的軟土地基進行處理，有針對性地提升其排水性能，施工中需要進行填土作業(yè)，這會增加軟骨地基負荷，在荷載壓力的影響下，軟土地基內(nèi)部材料的緊密程度會不斷加大，達到增強其強度的效果。

（5）粉噴樁法

該方法的工作原理是持續(xù)從回轉(zhuǎn)的鉆機鉆頭中向周圍被攪動后處于松散狀態(tài)的土中噴灑生石灰粉，從而對軟土地基起到良好的保護和加固作用。其樁身具有較高的無側(cè)限抗壓強度，最高值可超過2 000kPa，如果是鋼筋混凝土樁，該方法更能顯現(xiàn)出眾多優(yōu)點，如縮短工期、節(jié)約材料和降低成本等，大大提升施工單位的經(jīng)濟效益。

（6）管樁法

該方法的工作原理是利用樁徑為100～250mm、進行就地灌注作業(yè)處理的鋼筋混凝土樁，以豎直方向或斜向起到加固地基的作用。如果是豎直方向的管樁，可參考摩擦樁的數(shù)值來設(shè)計承載力；如果是斜向管樁，可提前進行多次試驗來確定其承載力。

4 高速公路軟土地基處理關(guān)鍵技術(shù)

近些年來，我國公路建設(shè)施工技術(shù)水平有了顯著提升，其在為高速公路項目建設(shè)質(zhì)量提供了重要保障的同時，也暴露出一些突出問題。現(xiàn)階段高速公路項目施工面臨復(fù)雜的地勢環(huán)境，其施工難度較過去大幅增加，特別是在處理軟土地基時更需要掌握相應(yīng)的核心技術(shù)，制定科學(xué)的施工方案，確保項目建設(shè)質(zhì)量。

4.1 表面處理技術(shù)

軟土地基表面處理中，應(yīng)選擇更具針對性的鋪墊材料，盡可能提升軟土地基排水能力，確保水分不會對軟土地基產(chǎn)生太大影響，為后續(xù)各個階段的施工作業(yè)打下牢固基礎(chǔ)。一般情況下，軟土地基表面處理中會將大量級配合格的粗砂鋪撒在軟土地基表層。為了保證軟土地基表層處理效果，還可以將土工織物鋪設(shè)在地基表層，避免高速公路工程施工建設(shè)過程中軟土地基區(qū)域出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，從而切實提升高速公路路基表層的整體承載能力。設(shè)計高速公路表層結(jié)構(gòu)時，也需要對排水系統(tǒng)進行妥善處理。為保證土質(zhì)具有良好的密實度，要在其中添加適量的添加劑，提升路基的整體壓縮性能，從而改善路基強度和硬度。常用添加劑種類有很多，如石灰石、熟石灰和水泥等材料，可有效去除軟土地基中的水分而起到加固地基的效果，進而在一定程度上提升軟土地基的綜合性能。為了取得更好的排水效果，可采用挖溝槽的設(shè)計方案，既能降低軟土地基中的含水量，又可提升基層的實際排水性能。

4.2 換填處理技術(shù)

換填處理技術(shù)是高速公路軟土地基處理的又一常見方法，即先挖除軟土地基中的原有土體，將其運輸?shù)狡渌胤剑挠镁哂懈邚姸鹊牟牧献鳛樘娲镞M行換填。最常用的換填材料是廢石，其成本低廉、強度高，不但能節(jié)約施工成本，而且有利于保護當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。應(yīng)用換填處理技術(shù)之后還需要進行專業(yè)的碾壓處理，具體可采用大型的碾壓機械設(shè)備進行作業(yè)，保證整體加固效果，切實提升高速公路軟土地基硬度和強度。

4.3 排水固結(jié)法

水分是軟土地基穩(wěn)定性影響的關(guān)鍵因素之一。施工作業(yè)過程中如果沒有對其水分進行嚴(yán)格把控，高速公路在后期使用階段就可能出現(xiàn)沉降和變形等問題，路基的整體承載能力也會降低。在項目施工作業(yè)中，要盡可能地排出軟土地基中的水分，有針對性地提升其抗壓能力和整體承載能力，而排出水分最常用的技術(shù)便是排水固結(jié)法。該方法的技術(shù)原理是采用加壓抽水的方式，將軟土地基中的大部分水分抽出，從而提升內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實度，降低變形和沉降現(xiàn)象發(fā)生概率。通常情況下，排水固結(jié)法常與其他方法配合使用，如真空預(yù)壓法。對于含水量較高的軟土地基，將真空預(yù)壓法與排水固結(jié)法聯(lián)合使用后能有效提升排水效果，對后續(xù)施工作業(yè)起到良好的推進作用，需要注意的是該方法不適用于滲透性能較強的泥碳土層。

4.4 深層土振動擠壓技術(shù)

深層圖振動擠壓技術(shù)的運用對于提升軟土地基土層的固結(jié)能力和密實度具有明顯作用。施工作業(yè)時，一線施工者應(yīng)通過采用打樁機完成成孔作業(yè)，之后將一定量的加固材料放入孔中并采用振動棒將這些材料振搗均勻，從而有效提升軟土地基的整體穩(wěn)定性。應(yīng)用這一關(guān)鍵技術(shù)時，施工單位一定要考慮外界環(huán)境可能對施工環(huán)節(jié)產(chǎn)生的不良影響，避免沙土松散問題，充分提升土層密實度。施工中可先將一定量的重物或砂石放入地基，以有利于提升軟土地基抗壓能力。

4.5 深層攪拌樁法

這種軟土地基處理技術(shù)施工效率和成本均較高，它是提升軟土地基整體承載力最有效的方法。施工中一定要嚴(yán)格遵循具體的工藝原理，選擇適宜的材料。通常情況下，施工單位可選擇水泥攪拌樁或水泥粉煤灰碎石樁，根據(jù)軟土地基的實際強化要求，準(zhǔn)確地計算出成樁的直徑和間距等參數(shù)以及不同材料的配合比，對水泥漿料進行科學(xué)配比，充分保證成樁的實際質(zhì)量和承載能力。采用深層攪拌樁法對于提升軟土地基整體承載力是最有效果的。

5 結(jié)語

基于軟土地基的主要特點，本文探討了高速公路軟土地基處理中的常見問題、軟土地基處理方法及關(guān)鍵技術(shù)。高速公路施工中的軟土地基處理是一項重要工作，在實際施工作業(yè)時要考慮外界因素的影響，選擇具有針對性的處理工藝和關(guān)鍵技術(shù)，切實提高路基硬度和強度，保證其與項目建設(shè)要求相符，確保高速公路整體質(zhì)量。