軟土地基處理技術(shù)在公路工程施工中的應(yīng)用

趙業(yè)偉

（中交一公局集團華中工程有限公司，湖北武漢 430000）

0 引言

受地質(zhì)、氣候條件等影響，在公路工程施工中經(jīng)常會遇到軟土地基問題，如果對軟土地基處理不到位，后續(xù)公路建成使用中會出現(xiàn)各種問題，如引發(fā)不均勻沉降、導(dǎo)致路面凹凸不平、造成橋頭跳車等，嚴重影響行車安全。為保障公路施工質(zhì)量與安全，需要采取相應(yīng)的技術(shù)措施，解決公路軟土地基問題，減少其危害性。

1 軟土地基概述

1.1 軟土的內(nèi)涵

一般情況下，會將濱海、湖泊等沉積的淤泥、淤泥質(zhì)土、高壓縮性飽和黏性土等稱為軟土，軟土的含水量高、孔隙比大、壓縮性高，導(dǎo)致其抗剪強度和承載力不足。在靜水、慢流水中沉積、生化作用下形成的黏性土多為淤泥、淤泥質(zhì)土，其中含有有機質(zhì)，天然含水量高且超過液限。對于軟土地基，在工程設(shè)計和施工中都需要認真對待可能出現(xiàn)的變形、強度不足等問題，要做好沉降和穩(wěn)定驗算，一旦相關(guān)指標不滿足要求，就需要及時處理。

1.2 軟土地基的特點

第一，軟土地基的含水量高、密度低、強度低、壓縮性高，且具有低透水性特點，一般其含水量可達到34%～72%，液限在35～60 之間，因此軟土地基排水固結(jié)較慢、穩(wěn)定性差，容易發(fā)生大的壓縮沉降。

第二，流動變換性明顯。路面上部和外部負荷大的情況下，會導(dǎo)致路面下沉，對公路的使用造成不良影響。在路面局部下沉的情況下，會導(dǎo)致路面破裂，軟土地基結(jié)構(gòu)與路堤銜接處產(chǎn)生差異沉降，進而導(dǎo)致橋頭跳車等。同時，涵身和通道凹陷會拉寬沉降裂縫，進而導(dǎo)致滲水。路面橫坡坡度變緩，更容易積水，會逐漸損壞路面，導(dǎo)致路基失穩(wěn)被破壞，引發(fā)路面沉陷病害等[1]。

第三，有一定結(jié)構(gòu)性，也就是觸變性、蠕變性，絮狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致骨架剛度加大，其力學(xué)性質(zhì)與應(yīng)力水平密切相關(guān)。在應(yīng)力水平低的情況下，土的力學(xué)特性良好。如果應(yīng)力水平較高，會破壞土的結(jié)構(gòu)性，其力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生不良變化。

第四，有硬殼層存在。在地表風(fēng)化、淋澆作用下會形成硬殼層，硬殼層的強度較高，且具有中等壓縮性和較強結(jié)構(gòu)性。如果公路工程路堤有2～3m 高，此時可利用其硬殼層施工。

1.3 軟土地基危害性

軟土地基會導(dǎo)致公路工程產(chǎn)生以下問題：第一，強度和穩(wěn)定性降低。公路建設(shè)等級高，其填土厚度大，如果地基缺乏足夠的抗剪強度，則對于路堤和路面外荷載無法承載，進而出現(xiàn)局部、整體剪切破壞，路堤沉陷坍塌，橋臺破壞，影響到公路工程穩(wěn)定性；第二，沉降變形問題。上部荷載和外荷載作用下，地基會產(chǎn)生較大沉降變形，對公路的使用造成不良影響。第三，地基土?xí)艿絼恿奢d的影響，比如車輛震動和地震等，尤其是飽和無黏性土?xí)霈F(xiàn)液化、失穩(wěn)現(xiàn)象。

2 公路工程施工中軟土地基處理存在的問題

2.1 地基處理方法不合理

在公路工程施工中，對軟土地基的具體處理方式至關(guān)重要。因此，在進行軟土地基處理前，需考察實地環(huán)境和地質(zhì)條件，選擇合適的處理措施。但目前，一些公路工程中選擇的處理方式并不合理，甚至存在盲目選擇的問題。比如，使用振密加固法處理飽和軟黏性土。同時，還存在軟土地基優(yōu)化力度不足的問題，沒有全面進行方案分析，導(dǎo)致使用的方法不合適，不僅無法取得理想的處理效果，還會加大時間、財力和資源的浪費[2]。

2.2 機械設(shè)備落后

我國各地區(qū)地質(zhì)條件存在差異，且地基情況具有一定復(fù)雜性，雖然在巖土研究發(fā)展中取得不錯的成果，軟土地基處理水平提高，施工設(shè)備也更加先進，但仍存在一些不足，比如，部分施工設(shè)備無法有效開展軟土地基作業(yè)，導(dǎo)致處理效果較差，最終引發(fā)公路工程損壞。

2.3 施工水平參差不齊

公路工程建設(shè)發(fā)展中，一些施工人員缺乏經(jīng)驗、技術(shù)不到位，整體上文化水平較低，在企業(yè)未對其進行技術(shù)培訓(xùn)的情況下，容易出現(xiàn)操作不規(guī)范的問題。處理地基需分析具體情況，然后選擇合適的處理方式。但一些施工人員為了省事，往往忽略實際地基處理要求，施工具有盲目性，從而對工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。

除了施工人員，施工單位之間也存在水平參差不齊的問題，軟土地基能否處理合格，不僅與設(shè)計的處理方案有關(guān)，也與施工單位施工水平有很大關(guān)系。但由于相關(guān)部門監(jiān)管不到位，導(dǎo)致一些資質(zhì)不足的施工單位進入市場，為追求高效益，縮短工期，違背施工規(guī)范，引發(fā)嚴重質(zhì)量安全隱患。

2.4 工程監(jiān)管不到位

公路工程軟土地基處理中，要保證施工質(zhì)量，必須對施工過程加強監(jiān)管力度。不僅要求施工企業(yè)自身做好質(zhì)量控制工作，還需要監(jiān)理部門、政府監(jiān)管部門等參與監(jiān)督。部分監(jiān)管部門責(zé)任心不足，未有效對軟土地基施工開展監(jiān)管，導(dǎo)致不少質(zhì)量缺陷、安全隱患未被及時發(fā)現(xiàn)，后續(xù)釀成嚴重后果。

3 軟土地基處理意義與原則

3.1 軟土地基處理意義

第一，做好軟土地基處理可以提高路基承載力。路基承載力的提升也是施工重要目標，只有采取措施加強軟土地基處理，做好施工質(zhì)量控制，才能避免發(fā)生質(zhì)量問題，保證公路工程建設(shè)效果。施工單位需做好施工現(xiàn)場管理工作，加強巡視檢查，根據(jù)具體情況選擇合理的處理方案，并規(guī)范施工。

第二，滿足施工需要。施工單位需制定相關(guān)措施來處理軟土地基，并在施工中嚴格把握技術(shù)要點，才能保證處理質(zhì)量，滿足工程建設(shè)需要。

第三，提升公路工程施工質(zhì)量。公路工程施工質(zhì)量的提升，需要控制好原材料質(zhì)量，保證每道環(huán)節(jié)施工質(zhì)量，采取合理方案有效處理軟土地基。并做好施工人員培訓(xùn)，確保其能夠按照流程和工藝規(guī)范操作。

3.2 軟土地基設(shè)計處理原則

第一，在軟土地基上進行路堤修筑，需開展穩(wěn)定驗算、沉降計算。穩(wěn)定驗算過程中，可采用總應(yīng)力法、有效固結(jié)應(yīng)力法和準畢肖普法，其中各類計算方法中，對相關(guān)性能指標需根據(jù)其穩(wěn)定安全系數(shù)容許值進行控制。沉降計算則需根據(jù)公路等級，以及具體的施工部位是橋臺與路基相鄰處還是涵洞、箱型通道處，來明確其容許工后沉降值，從而選擇合適的軟土地基處理方案。

第二，設(shè)計軟土地基處理方案時，需依據(jù)軟土地基地質(zhì)勘查資料，在滿足路線布設(shè)工作基礎(chǔ)上，比較選擇設(shè)計方案，采用合理的鉆探技術(shù)進行處理。

第三，根據(jù)路基情況選擇處理方法。在加固處理軟土地基過程中，如果軟土層淺、薄，則適合選擇表層處理法。開挖換填法可用于重要構(gòu)造物基礎(chǔ)處理施工，軟土層厚的情況下，可以選用表層處理法結(jié)合其他方法進行。強夯法適合處理有砂層、薄的軟土層。較厚的軟土層，其中沒有砂層的情況下，形成較長的排水距離，延長固結(jié)和沉降時間，且不會加大強度，因此可使用表層排水法進行沉降處理。若淺層部位堆積的砂層有4m 厚，下方為軟黏土層，此時不需考慮其穩(wěn)定問題，使用強夯法進行沉降處理即可[3]。

第四，根據(jù)道路性質(zhì)選擇。道路等級越高，則對平整度要求越高，需選擇合適的方法進行沉降處理。道路等級較低的工程，可以先簡單鋪設(shè)路面，沉降完成后，再正式進行路面鋪設(shè)，以節(jié)約資金。同時，在軟土地基處理中，需考慮到路堤設(shè)計寬度和高度。使用換填法處理軟土地基，如果路堤寬、低，則容易被損壞，高而窄的路堤更容易使用換填法處理。

第五，選擇處理方案時，需綜合地質(zhì)水文條件、機械設(shè)備、環(huán)境條件等，對各方面技術(shù)性、經(jīng)濟性加以比較分析，然后選擇最佳方案。

第六，使用動態(tài)設(shè)計方法，在軟土地基處理和公路施工中，各類影響設(shè)計的因素是處于變化中的，需注意做好補充勘查工作，嚴格開展試驗，對原設(shè)計進行適當調(diào)整。

4 軟土地基處理技術(shù)在公路工程施工中的具體應(yīng)用

4.1 換土墊層法

軟土地基處理中，使用換土墊層法是挖去基礎(chǔ)底面一部分軟弱土層，然后再換填其他穩(wěn)定、無侵蝕性的材料，比如砂礫、碎石和灰土等，然后夯實密實。此法操作簡單、成本低，需要的機械也比較常見，適合在厚度較薄、排水方便的軟土層使用。一般情況下，其換土深度在80cm 左右，不會超過2m。主要用以下兩種施工技術(shù)。

一是拋石擠淤法。該方法使用不易風(fēng)化的石料，根據(jù)軟土稠度確定片石的大小，如果工程軟土地基為有流動性的粉砂土，則適合選用小點的片石。從路基中部逐步向兩邊拋石，上部填塞選擇小石塊，并經(jīng)重型機械嚴密碾壓。同時，該方法操作中不需要抽水，因此經(jīng)濟性較好。

二是砂礫墊層法。砂礫墊層的透水性較好，鋪設(shè)在軟土地基頂面后，可以使排水增加，受填土荷載作用，軟土地基可以快速排水固結(jié)，使地基強度和穩(wěn)定性提高。片石經(jīng)過碾壓密實后，上方分兩次鋪設(shè)砂礫墊層，然后逐層壓實，可選擇中砂、粗砂，控制好含泥量。碾壓作業(yè)中，一般砂墊層含水量不會超過12%。盡量避免操作過程擾動軟土表層，否則容易導(dǎo)致砂與淤泥混合，進而對墊層效果產(chǎn)生不利影響。

4.2 排水固結(jié)法

在當前公路工程軟土地基處理中，排水固結(jié)法應(yīng)用較多，其經(jīng)濟性好、適用性強，且操作便利。通過在軟土地基中設(shè)置豎向排水體將地基的邊界條件改變，使孔隙水有更多的排除途徑，固結(jié)時間減少。通常需要砂墊層作業(yè)，配合袋裝砂井、塑料排水板進行。

4.2.1 袋裝砂井

使用鏈聚合物編制而成，比如聚丙烯和聚乙烯，因此其抗拉強度好，而且耐腐蝕性強，不會對人體產(chǎn)生傷害，價格也比較低廉，有著廣泛應(yīng)用。選擇中砂、粗砂，施工中先定位，按設(shè)計要求和施工順序做好打孔機定位。使用打孔機和無縫鋼管打孔，孔標高要符合設(shè)計要求。之后下砂袋，其中放中粗砂，要保持干燥和密實度，成孔后在孔中放入砂袋，高出地面一定距離，缺砂的情況下要及時補充。然后將套管拔出，埋好砂袋頭在設(shè)計的砂墊層中，分兩次鋪設(shè)砂墊層，以方便作業(yè)。

4.2.2 塑料排水板

要具備足夠抗拉強度、柔性和抗腐蝕性，以保障其長久使用。即使土體固結(jié)變形也不易被折裂損壞，且能夠隔離土粒滲透。塑料排水板的使用，可以提高施工效率，且排水固結(jié)效果好。

上述兩種排水固結(jié)方法在設(shè)置中都需考慮間距問題，一般為1.2～1.5cm，間距過密不易于施工，且會對原地層強度造成破壞。根據(jù)壓縮層深度情況，考慮控制其加固長度，一般需穿過軟土層到達硬層。如果軟土較厚，則可延長。在有較高含水量的軟土地區(qū)，需鋪設(shè)應(yīng)力土工布，以強化地基穩(wěn)定，必要的情況下可以鋪設(shè)土工格柵來促進路堤抗剪能力提升，避免滑移。使用排水固結(jié)法處理軟土地基，在完成軟基施工后，填筑路基土方時也要重視軟基排水，以保障排水固結(jié)效果[4]。

4.3 碎石樁法

相比排水固結(jié)法，碎石樁法的施工周期短、加載快速連續(xù)，需先清理好場地，配備需要的機具，沉入管樁后加料壓密，之后拔管，將機具移位。低強度軟黏土施工之后，需要將孔壁保護好，保持其暢通。開孔時不可立即到達加固深度，需先到軟弱層后加料、擠振，此層周圍分布填料護住孔壁，然后繼續(xù)向下開孔，就可以在制樁前護住整個孔道的孔壁。如果該過程中泥漿過稠，則會減緩孔內(nèi)骨料下降速度，對施工速度和成樁質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，因此需在成孔后及時清孔，回水帶出稠泥漿。

施工中，遇到地基中的硬層，成孔要適當擴空，也就是利用振沖器在硬層中多次反復(fù)上下擠振作用下擴大孔道。每次少量填料，然后振沖器振密。

常見填料方式有三種：一是提出振沖器后，向孔中加料，然后進行振密；二是不提出振沖器，只上提一點使其離開原先振密過的部位，然后倒料、振密；三是連續(xù)加料，振沖器負責(zé)振密，深度達到一定標準后，將振沖器上提再振密?？筛鶕?jù)地基土性質(zhì)，合理選擇填料方式。由于軟土地基中坍落的軟黏土?xí)氯椎溃虼诵杞?jīng)常清理孔中的淤泥，連續(xù)加料法不太適用。

4.4 灌漿法

利用機械設(shè)備向軟基空隙中灌入漿液材料，使其擴散、固化，地基強度得以提高，同時降低軟基滲透性。先使用螺旋鉆、回轉(zhuǎn)式鉆機鉆孔，孔徑可以小一些以避免冒漿[5]。進行配比試驗選擇合適的配比方案，根據(jù)程序加料和計算，需要多少就制備多少漿液。灌漿前需不停攪拌避免沉淀對漿液質(zhì)量造成影響。通過灌漿設(shè)備和管路將漿液注入目的層，灌漿前先進行現(xiàn)場試驗，確定單孔灌漿量，然后進行灌漿施工。灌漿量達到設(shè)計要求即可停止，如果發(fā)現(xiàn)地面隆起、跑漿液，需及時停止操作，下一段灌漿料酌情減少，并檢查設(shè)備和封孔裝置等，確定無問題才可繼續(xù)執(zhí)行灌漿操作。

5 結(jié)語

軟土地基處理方法多樣，需根據(jù)公路工程等級、地質(zhì)條件、軟土情況等合理選擇使用，設(shè)計好軟土地基處理方案，并按規(guī)范操作，保證軟土地基穩(wěn)定性、強度有效提升，控制好基礎(chǔ)沉降，保證公路建設(shè)質(zhì)量和使用安全。