路面設(shè)計(jì)中的幾種常見(jiàn)軟基處理方法研究

摘要：在公路工程中，軟基是指土壤地基的一種特殊類型，其承載能力較低，容易引起路面沉陷和變形。因此，軟基處理方法的研究對(duì)于確保公路路基路面的穩(wěn)定性至關(guān)重要。本文介紹常見(jiàn)的軟基處理方法，主要包括換填處理法、樁基法和排水固結(jié)法等，分析這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合實(shí)際工程案例，提出未來(lái)的研究應(yīng)該集中在軟基處理方法的優(yōu)化和改進(jìn)上，從而提高公路路基路面的穩(wěn)定性。此外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)軟基處理方法在不同地質(zhì)環(huán)境下的適用性研究，以期為實(shí)際工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：軟基處理方法；公路路基路面；加固與加筋；預(yù)壓；土體改良

中圖分類號(hào)：U416.1"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：2096-2118（2024）06-0098-04

Research Soft Foundation Treatment Methods in Pavement Design

MA Qiang

（Lanzhou Qianyuan Transportation Planning and Design Consulting Co.，Ltd.，Lanzhou Gansu 730030，China）

Abstract：In highway engineering，soft foundation refers to a special type of soil foundation with low bearing capacity，which is prone to causing road surface settlement and deformation.Therefore，the study of soft foundation treatment methods is crucial for ensuring the stability of highway subgrade and pavement.This article introduces common methods for soft foundation treatment，including reinforcement treatment method，pile foundation method and drainage consolidation method，and analyzes the advantages and disadvantages of these methods.Based on practical engineering cases，it is proposed that future research should focus on the optimization and improvement of soft foundation treatment methods，in order to improve the stability of highway subgrade and pavement.In addition，it is necessary to strengthen the research on the applicability of soft foundation treatment methods in different geological environments，in order to provide a scientific basis for practical engineering applications.

Keywords：soft foundation treatment methods；highway subgrade and pavement；reinforcement and reinforcement；prepressing；soil improvement

0 引言

公路路基路面設(shè)計(jì)是公路工程中的重要環(huán)節(jié)，其直接影響道路的承載能力和使用壽命。而軟基處理方法研究則是提高公路路基路面設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)，軟基指的是土質(zhì)較為松軟、含水量較高或具有較差承載力的地層。由于軟基的特殊性，如果不經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，可能?huì)引發(fā)路基沉降、路面破損等問(wèn)題，嚴(yán)重影響道路的正常使用。因此，在公路路基路面設(shè)計(jì)中，軟基處理方法的研究尤為重要，工作人員要對(duì)軟基進(jìn)行全面勘察，了解其物理力學(xué)性質(zhì)、水文特性等信息，再根據(jù)軟基的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)能浕幚矸椒ā?/p>

目前，常見(jiàn)的軟基處理方法主要包括換填處理法、樁基法和排水固結(jié)法等方法。在選擇軟基處理方法時(shí)，需要考慮不同地區(qū)的氣候條件、土質(zhì)特點(diǎn)和交通荷載等因素的影響，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、可行性和環(huán)境影響等因素，選擇最佳的軟基處理方法，能有效提高道路的承載能力并保障交通運(yùn)輸?shù)臅惩ㄐ訹1]。

1 公路路基路面設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的軟基處理方法

1.1 換填處理法

填料是指用于填充軟基土層的材料，其要具備較強(qiáng)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，可有效滿足工程的實(shí)際要求。一般來(lái)說(shuō)，填料要具有良好的穩(wěn)定性、排水性、抗沖刷能力，填料粒徑應(yīng)適中，不宜過(guò)大或過(guò)小，以保證填料的密實(shí)度。在進(jìn)行換填處理時(shí)，若軟弱土層較淺，土層厚度≤3 m，宜采用換填處理法進(jìn)行施工，并注意施工操作的規(guī)范性，先對(duì)軟基土層進(jìn)行全面開(kāi)挖和清理工作，確保填料能充分填充到軟基土層中，填料要按照規(guī)范施工工藝進(jìn)行填充，增強(qiáng)填料的密實(shí)度。在填充過(guò)程中，要注意控制填料的水分含量，避免填料過(guò)濕或過(guò)干，從而影響地基的穩(wěn)定性；填充時(shí)應(yīng)注意分層填充，確保整個(gè)填料層的均勻性。稻田地填筑地段，挖除淤泥與腐殖土，換填1 m～2 m山皮石材料，若淤泥厚度大，宜選用拋石擠淤方法；同時(shí)，在進(jìn)行換填處理時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制，以確保填料的物理和化學(xué)性質(zhì)符合要求。在施工過(guò)程中應(yīng)適時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，并對(duì)換填處理后的軟基進(jìn)行定期維護(hù)，以及必要的評(píng)估，以加強(qiáng)其處理效果的持久性（見(jiàn)圖1）。

1.2 樁基法

樁基法通過(guò)在軟基中安置垂直于地表的樁基，利用樁基的承載力來(lái)分擔(dān)路面荷載，并通過(guò)樁基剛性有效增加軟基的穩(wěn)定性。目前，樁基采用不同的材料，如木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁等，根據(jù)地基特點(diǎn)選擇合適的樁基形式，水泥粉煤灰碎石樁是一種介于柔性樁和剛性樁之間的解決軟基問(wèn)題的有效方法，其具有良好的力學(xué)性質(zhì)，適用于處理20 m深軟基，尤其適合等邊三角形布設(shè)樁體的情況。為了提高土體的質(zhì)量，建議采用水泥攪拌樁法。根據(jù)黏性地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為120 kPa的要求，樁間距應(yīng)在1 m～1.4 m，確保樁體的分布均勻；樁徑選用50 cm，這樣既能滿足強(qiáng)度要求，又能提供足夠的樁體數(shù)量；在樁頂鋪設(shè)50 cm厚的中粗砂，不僅能增加地基的穩(wěn)定性，還能起到緩沖作用。為了達(dá)到地基載荷至少150 kPa的要求，可采用水泥攪拌樁法進(jìn)行施工。該方法通過(guò)將水泥、粉煤灰、碎石充分?jǐn)嚢杌旌?，形成?jiān)固的樁體，有效提高地基的承載力，使土體質(zhì)量得到有效提升。經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)措施，可使軟基問(wèn)題得到有效解決（見(jiàn)圖2）。

樁基法在施工過(guò)程中，最常見(jiàn)預(yù)制樁和灌注樁兩種形式。在預(yù)制樁施工中，先在地面上預(yù)先制作好樁基，然后將其浸入地基中，使其與地基緊密連接；灌注樁則是在地基中進(jìn)行鉆孔，并將鋼筋和混凝土灌注到孔中形成樁基。在施工過(guò)程中，要注意樁基的布置密度和深度，合理控制樁基施工質(zhì)量，保證樁基的承載力。同時(shí)，樁基法在公路路基路面設(shè)計(jì)中具有多種優(yōu)勢(shì)。首先，樁基能夠有效地改善軟基的承載力和穩(wěn)定性，提高路面的抗沉陷性能；其次，樁基法相對(duì)于其他軟基處理方法來(lái)說(shuō)施工難度較小，且不受季節(jié)和天氣的限制；最后，樁基還可減少路面的厚度和材料使用量，降低工程成本。因此，樁基法廣泛應(yīng)用于公路路基路面設(shè)計(jì)中，特別適用于軟基較多的地區(qū)[2]。

1.3 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是一種常用的軟基處理方法，通過(guò)合理的排水系統(tǒng)和固結(jié)措施，可提高路基軟基的承載力。在軟基處理過(guò)程中，排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起著關(guān)鍵的作用，良好的排水系統(tǒng)能有效地排除路基內(nèi)部和周圍的水分，防止水分長(zhǎng)時(shí)間滯留，導(dǎo)致軟基土體濕度過(guò)高，從而減小土體的抗剪強(qiáng)度。因此，要根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)置排水設(shè)施，主要包括橫向排水和縱向排水，確保路基內(nèi)水分能及時(shí)排出，保持路基的干燥狀態(tài)。同時(shí)，軟基土體通常具有較高的含水量和較低的強(qiáng)度，為了提高其穩(wěn)定性，需要采取相應(yīng)的固結(jié)措施，如草皮加篩子、石灰加篩子、混凝土面板等。這些措施能有效提高軟基土體的強(qiáng)度，降低其變形程度，提高路面的平整度。此外，在軟基處理過(guò)程中，要進(jìn)行定期的監(jiān)測(cè)維護(hù)工作，主要包括對(duì)排水系統(tǒng)的檢查、軟基土體的變形監(jiān)測(cè)等，及時(shí)解決可能存在的問(wèn)題，確保軟基處理效果的持久性。另外，要定期對(duì)軟基進(jìn)行維護(hù)，如及時(shí)清理排水設(shè)施、更換固結(jié)材料等，保證軟基的使用壽命[3]。

2 工程案例

2.1 工程概況

甘肅省莊浪縣X081潘河至楊河公路（良邑至楊河段）是連接良邑鎮(zhèn)和楊河鄉(xiāng)的重要通道，該項(xiàng)目所處地形較為開(kāi)闊，項(xiàng)目路線全長(zhǎng)15.979 km，每27 m設(shè)置1座中橋，涵洞14個(gè)，等級(jí)路平面交叉2處，棄土方量127 580.1 m3，瀝青混凝土115 898 m2。舊路路基利用率較高，根據(jù)《公路勘測(cè)規(guī)范》JTG C 10—2007和《公路勘測(cè)細(xì)則》JTG/T C 10—2007的要求，采用拓?fù)淇祫?dòng)態(tài)GPS進(jìn)行中線放樣，匹配點(diǎn)殘差lt;1 cm，點(diǎn)位中誤差控制lt;3 cm，在作業(yè)中每2 km或移動(dòng)基準(zhǔn)站時(shí)和已知點(diǎn)進(jìn)行校核（如圖3所示）；中樁樁距為20 m，并結(jié)合沿線地形地貌及路線特點(diǎn)，在地形變化處，與道路、河流、管線及交叉處，拆遷建筑物處，橋梁、涵洞等構(gòu)造物處均設(shè)置加樁，微丘區(qū)≤5 cm，重丘、山嶺區(qū)≤10 cm，滿足中樁平面樁位精度要求[4]。

2.2 施工路段地質(zhì)土層情況

本項(xiàng)目位于隴中黃土高原，為舊路改建工程，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查沿線不良地質(zhì)為黃土崩塌。特殊性巖土主要為舊路填筑土、濕陷性黃土等。

2.2.1 不良地質(zhì)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，擬建線路K12+580處右側(cè)分布黃土崩塌體。該崩塌體是由于重力作用下黃土沖刷形成深溝，并受到陡峭岸坡地形條件的影響，導(dǎo)致土體突然迅速向下崩落并在坡腳堆積形成地貌形態(tài)。由于本項(xiàng)目為舊路改建工程，路線基本沿現(xiàn)有舊路布設(shè)，不能繞避黃土崩塌體，建議做好相應(yīng)的防護(hù)及排水設(shè)施，該黃土崩塌體經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，工程地質(zhì)條件對(duì)項(xiàng)目的影響較小。處置措施：K12+580處黃土崩塌體趨于穩(wěn)定狀態(tài)，路線沿舊路布設(shè)，設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)該處增設(shè)防排水設(shè)施，減少施工期間對(duì)黃土崩塌體的擾動(dòng)[5]。

2.2.2 特殊性巖土

1） 填土

主要為舊路路基填筑土，為人工填筑的黃土和碎石土等，雜色材料，整體密實(shí)性較好零星路段存在生活垃圾等雜填土。舊路運(yùn)營(yíng)多年以來(lái)，路基總體穩(wěn)定，路基填筑土工程性能良好，對(duì)本項(xiàng)目的影響小，雜填土路段可采用挖除回填路基填料的工程措施。

2） 濕陷性黃土

顏色主要為淺黃色、灰黃色和棕黃色；含有較多的粉狀物質(zhì)，通常超過(guò)55%；存在明顯可見(jiàn)的縫隙；富含碳酸鈣成分和結(jié)核；沒(méi)有明顯的層理，但縱向節(jié)理發(fā)育良好；具有易于濕陷、易溶蝕、易沖刷及各向異性邊界等工程特點(diǎn)。在黃土分布區(qū)常見(jiàn)到黃土的濕陷性，屬于其特殊的工程特點(diǎn)。它形成了平面為圓形或橢圓形的碟形濕陷坑，在濕陷坑范圍內(nèi)的路基、路面和涵洞因降雨或灌溉而積水，并不斷滲透，導(dǎo)致濕陷性土層下沉，從而引發(fā)沉陷、變形和開(kāi)裂等破壞[6]。濕陷性黃土主要分布在黃土梁和窯面地區(qū)，其厚度一般為5 m～20 m，土壤中的節(jié)理垂直排列，孔隙較大，自重引起的濕陷性較強(qiáng)，多為Ⅱ級(jí)濕陷性，屬于第四紀(jì)更新統(tǒng)的黃土（Q3EOL）。本項(xiàng)目部分路段由于現(xiàn)有公路防排水設(shè)施不完善，降雨季節(jié)雨水滲入黃土路基，沿線存在部分黃土路基含水量較高，加之舊路運(yùn)行年限較長(zhǎng)，在行車荷載的反復(fù)作用下，村鎮(zhèn)路段、農(nóng)田路段路基翻漿、沉陷病害較嚴(yán)重，導(dǎo)致路基承載力較低，影響路基整體穩(wěn)定。設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)含水量較高路段黃土進(jìn)行挖除，并使用透水性更好的路基填料來(lái)替換[7]。

2.3 工程地質(zhì)總體評(píng)價(jià)

沿線主要不良地質(zhì)體為黃土崩塌，位于K12+570附近。路線沿舊路布設(shè)，不能繞避。除K12+570處存在黃土崩塌外，路線沿線無(wú)明顯的地質(zhì)構(gòu)造作用發(fā)育。在該路段上不會(huì)出現(xiàn)其他不良地質(zhì)及特殊性巖土情況，主要為填土、濕陷性黃土。由于本項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，路基已基本穩(wěn)定，工程地質(zhì)條件對(duì)項(xiàng)目的影響較小[8]。

2.4 軟基處理方案設(shè)計(jì)

2.4.1 軟基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1） 工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。該公路路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2） 穩(wěn)定安全系數(shù)。在計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，要根據(jù)公路運(yùn)營(yíng)階段和施工階段的荷載，利用團(tuán)結(jié)有效應(yīng)力法進(jìn)行分別計(jì)算，保證其滿足運(yùn)營(yíng)期gt;1.2、施工期gt;1.1的要求。

2.4.2 軟土路基設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)方案采用水泥攪拌樁法進(jìn)行處理，水泥攪拌站的設(shè)計(jì)方案如下。

1） 水泥攪拌站采用梅花形布置，每個(gè)攪拌樁之間間距控制在1.2 m，過(guò)渡段的間距為1.5 m。

2） 每根水泥攪拌樁直徑為50 cm，進(jìn)入持力層的深度gt;50 cm。

3） 在攪拌樁施工過(guò)程中，要求定位偏差lt;5 cm，樁身垂直誤差lt;1%，噴漿攪拌速度≤0.5 m/min。

4） 水泥攪拌樁體的強(qiáng)度要求gt;800 kPa，單樁的極限承載力應(yīng)gt;180 kN，復(fù)合地基的承載力應(yīng)gt;120 kPa（如圖4所示）。

3 結(jié)論

本研究旨在探討公路路基路面設(shè)計(jì)中軟基處理方法的有效性，并為工程師提供參考和指導(dǎo)。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的綜合分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，得出以下結(jié)論。

1） 軟基處理方法對(duì)公路路基路面設(shè)計(jì)至關(guān)重要。軟基是指土質(zhì)較松散、不穩(wěn)定或可塑性較強(qiáng)的地層，在沒(méi)有進(jìn)行適當(dāng)處理的情況下容易引發(fā)路面沉降、裂縫等問(wèn)題。因此，采取適當(dāng)?shù)能浕幚矸椒▽?duì)于確保道路的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

2） 通過(guò)使用混凝土、石灰、水泥等材料對(duì)軟基進(jìn)行硬化處理，可以提高軟基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此方法適用于軟基較薄或軟基材料較好的情況。

3） 通過(guò)使用加筋材料如鋼筋、纖維等對(duì)軟基進(jìn)行加固處理，可提高軟基的承載能力和抗變形能力。此方法適用于軟基較厚或軟基材料較差的情況。

4） 地基改良技術(shù)包括加固、硬化和改良軟基的方法，如動(dòng)力壓實(shí)、預(yù)應(yīng)力錨桿等。這些技術(shù)在軟基處理中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能提高軟基的穩(wěn)定性和承載能力。

綜上所述，軟基處理方法在公路路基路面設(shè)計(jì)中是不可或缺的，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)能浕幚矸椒?，可有效解決軟基引發(fā)的問(wèn)題，確保道路的安全性。然而，在實(shí)際工程中，要根據(jù)具體情況和地質(zhì)條件選擇最佳的軟基處理方法，并進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和施工，從而達(dá)到最佳的效果。需要注意的是，在選擇軟基處理方法時(shí)，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、可行性、環(huán)境影響等因素，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

參 考 文 獻(xiàn)

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編輯：楊 洋