高速公路施工中的軟土路基施工技術

張獻宇

中國水利水電第十一工程局有限公司

1 公路工程施工中軟土路基的特點

軟土路基施工技術在高速公路建設過程中十分重要，會影響高速公路的安全性與可靠性。作為高速公路施工建設過程中一道必不可少的工序，軟土路基施工技術直接影響高速公路的工程質(zhì)量。在諸多軟土施工技術中，最為常見的施工技術是砂墊層以及袋裝砂，科學、合理地應用這兩項技術，在獲得較好經(jīng)濟效益的同時，還會獲得可觀的社會效益。在高速公路具體施工建設的過程中，要因地制宜，綜合分析工程建設的環(huán)境條件、地質(zhì)條件以及工程材料的使用情況，將軟土路基施工技術發(fā)揮到極致。軟土路基主要是由軟土、孔隙率大的有機質(zhì)土以及細砂等共同組成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差且易下沉的地基，通過對公路工程施工中軟土路基的定義和特性仔細研究后發(fā)現(xiàn)，軟土路基的特點主要包含以下幾個方面的內(nèi)容：①水分比率過大。在高速公路的規(guī)劃與建設過程中，受軟土路基的黏土顆粒及淤泥影響，造成了軟土路基的孔隙過大和水分過大，僅有少部分的有機物能夠在不同的地質(zhì)條件下蛻變?yōu)榭紫遁^小的絮狀結(jié)構(gòu)。一般條件下，軟土的水分比率在36%～80%之間，受剪力的影響，軟土所產(chǎn)生的剪力形變較為明顯，等軟土固結(jié)沉降之后，即會產(chǎn)生塊狀的固結(jié)沉降，從而給車輛的行駛帶來了極大不便；②土壤的堅固性較差。由于軟土土質(zhì)具有較為明顯的結(jié)構(gòu)性類型，當軟土結(jié)構(gòu)的中部土層遭受擠壓或是振動時，其中的絮狀架構(gòu)即會受到損壞，使得土壤的堅固性大大降低，嚴重情況下還會出現(xiàn)流動狀態(tài)，當軟土土質(zhì)受到破壞時，其強度會隨著時間的推移，逐漸得以修復。此外，軟土土質(zhì)具有較高的壓縮性、極差的滲透性，在垂直方位上的滲透速率為6～10cm/s；③抗剪力較弱。在我國天然的軟土結(jié)構(gòu)組成中，軟土的抗剪力的標準設定為少于20MPa，一般情況下的摩擦角度為20～35°，一些軟土土質(zhì)的抗剪力比較弱，因此要加強相應的剪力。由于軟土基層受負荷條件和排水固結(jié)等狀況的影響，其對應的剪力就會隨之發(fā)生較大的變化，當軟土固結(jié)的速率不斷加快，其相對強度提升幅度也會加大。

2 施工技術相關參考因素

首先，在高速公路工程軟土施工期間，為了做好路基施工工作，需要全面考慮自然因素，包括：降水、地形、路基狀況、地下水位等因素。高速公路施工地區(qū)較多，在不同施工區(qū)域，自然環(huán)境存在不同特點，在施工期間需結(jié)合環(huán)境特點開展。詳細來說，一些地區(qū)水位較高，如果在這一區(qū)域開展施工工作，施工人員在施工前期，對施工地下水位檢測和評估，判斷地下水位是否會為實際施工帶來影響。依據(jù)實際情況和實際施工需求，設置排水設施，及時把施工區(qū)域中，存在積水和過高水資源運作到非工作區(qū)域。季節(jié)性降水也對公路路基施工具有較大影響，施工人員在開展施工期間，需及時和設計人員交流和溝通，設計人員考慮到季節(jié)降雨影響，了解實際施工需求，設計合理施工方案。對于軟土路基建設經(jīng)常出現(xiàn)區(qū)域，盆地、濱海和平原等區(qū)域，需結(jié)合路基不同性質(zhì)，對路基改造，提高路基施工效率。其次，施工期間，可利用合理方法開展道路施工改造，結(jié)合高速公路形狀，對路堤設計，對路基改造處理。當路堤高度較低，寬度較大時，對路基換填施工改造，會影響施工質(zhì)量，局部受到破壞。在路基寬度較大與高度較大時，路基壓力較大，出現(xiàn)沉降問題。在考慮公路形狀因素時，由于路堤設計和公路建設形狀聯(lián)系密切，路堤高度和寬度不同，決定需要利用哪一種技術來開展施工工作。例如，當路堤寬度較大、高度較低時，就不可以利用換填方法，因為在這一情況下，利用換填方法，會導致公路局部出現(xiàn)損壞，路基壓力增加，若處理方式不合理，路基沉降程度加深，公路路面負載里降低，影響公路實際應用性，埋下風險。

3 高速公路軟土路基施工技術闡述

3.1 高壓噴射注漿技術

高壓噴射技術是將注漿技術以及高壓射流切割技術融合到一起，對軟土結(jié)構(gòu)進行加固處理。施工過程中，首先用鉆機鉆孔，孔深度達到標準后再使用噴嘴的注漿管噴出水泥漿，高壓噴出的水泥漿會形成高射流體，對施工區(qū)域的軟土土體進行適當?shù)那懈詈蛿噭?。同時，鉆機桿在向上提升時，會保持著旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，促進水泥漿填至土中，凝結(jié)后便形成了固結(jié)體，能有效提升路基的強度。使用高壓噴射注漿技術的前提條件是軟土路基中存在大量的淤泥、砂土和砂礫。

3.2 凍結(jié)處理技術

高速公路軟土地基提高強度的方法還有凍結(jié)處理，此種方法應用廣泛，主要是使用氮和二氧化碳相結(jié)合的工作原理，使用冷卻液對整個土層進行凍結(jié)處理，進一步提高地基的強度，從而防止其出現(xiàn)較大的壓縮變形量。與其他幾種技術相比，凍結(jié)技術被廣大施工單位所采納，并且取得了非常好的效果。

3.3 壓密注漿碎石樁技術

當鉆孔機開始工作時，將碎石投入至孔內(nèi)，然后將水泥漿壓到石孔中，當一部分水泥已經(jīng)出現(xiàn)了固結(jié)現(xiàn)象時，再對碎石樁體以及樁周邊進行高壓注漿，這種施工方式能夠有效提高樁體周圍強度，進而提高整體路基的強度，從根本上提高軟土路基的穩(wěn)定性以及承載能力，保證了高速公路的運行安全，對高速公路的快速發(fā)展具有非常重要的意義。

3.4 加載預壓處理技術

加載預壓處理的主要方式是在路基中設置砂墊層和豎向排水系統(tǒng)。在對路基施工時，地基會不斷加速排水固結(jié)，從而有效提升路基的承載能力，避免在長期使用過程中地基出現(xiàn)變形現(xiàn)象。對于施工時固結(jié)現(xiàn)象產(chǎn)生的沉降等一系列問題，可以使用超載預壓法環(huán)節(jié)。

3.5 水泥攪拌樁技術

軟土路基施工時，通過向土壤中注入水泥，需持續(xù)對水泥進行攪拌，促進土加速發(fā)生物理、化學變化，使得路基處形成相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體，從根本上提升路基的整體強度。在水泥攪拌樁加固處理的過程中，可以選擇使用濕法和干法進行施工，水泥的主要作用是固化劑，將其注入到軟土路基后，使用施工設備進行攪拌處理，制作形成復合地基，從而進一步提高軟土路基的強度。

3.6 添加劑處理技術

由于軟土具有較高的黏性，因此在進行軟土路基施工時，可以添加若干添加劑至其中，添加劑主要由水泥和石灰組成，添加劑的加入，能夠大幅降低軟土中的含水量，保持其具有較高的團聚效應，加快軟土的固結(jié)，保證軟土路基具有適合施工的穩(wěn)定性。

3.7 復合路基處理技術

復合路基處理技術主要有粉噴樁和旋噴樁，較之其他處理方法，旋噴樁技術成本比較高，且樁的質(zhì)量較為難控制，所以在軟土路基中使用的范圍比較窄。然而，該種技術大量運用在橋頭軟土路基處，不僅能夠加速對高橋被土體的填筑，還能有效避免公路在建成使用后出現(xiàn)變形。當前，軟土路基施工時，粉噴樁應用比較廣泛，具體施工過程中，必須要嚴格控制樁的長度，且需對樁基進行充分夯實，保證實現(xiàn)“雙控”。同時，必須要保證公路路面的承載能力不會受到影響，工程的各項指標也都符合設計圖紙的要求，滿足條件后才能提高整體路基的安全性能。此外，在進行路基施工時，送灰員必須使用電子秤對送灰量予以嚴格的把關，保證送灰的均勻性，同時為了保證計量的準確性，必須保證電子秤具有非常高的精度。施工過程中，還會使用到復攪技術，在水泥漿拌頭復攪過程中，必須保證鉆桿的速度達到規(guī)范水平。如果在使用粉噴樁對整個路基進行加固時，一旦發(fā)生?；椰F(xiàn)象，發(fā)生事故時，要保證整個鉆頭處于地下50cm以下，等待故障解除之后，才能夠提高鉆頭，保證工程質(zhì)量符合標準，同時，還需對不合格鉆頭及時更換，保證粉噴漿的施工質(zhì)量與設計規(guī)范相同，從而保證整個噴樁的工程質(zhì)量處于最佳狀態(tài)。

4 高速公路施工中的軟土路基施工技術實際應用

某高速公路工程地處該地區(qū)西南面，經(jīng)過四個縣市區(qū)。全長約56.328km，其中A城區(qū)段5.026km、B區(qū)段16.904km，C市段25.423km。D縣段9.975km。全線按六車道高速公路標準進行設計，設計速度為100km/h，共設樞紐互通3處，一般互通5處，管理中心1處，養(yǎng)護中心1處，養(yǎng)護工區(qū)1處。水泥攪拌樁施工項目境內(nèi)，地表為沖海相、海相可塑狀粉質(zhì)粘土，厚度1～3米，下部軟土為海積淤泥、淤泥質(zhì)土，呈流塑，分布廣，厚度大，含水量大。水泥攪拌樁施工段全部位于互通A、E、I、G、J、FD1、FD2匝道及JX與道路拼寬線內(nèi)。設計行車速度為30～60Km/h。水泥樁攪拌工程數(shù)量如表1所示。

如圖1所示，水泥攪拌樁施工流程包括測量放樣、樁基就位、制備灰漿、啟動攪拌機切圖下沉并噴漿至設計樁底、提升攪拌至樁頂。其中有兩點需要注意。

首先，樁基運送至工地后，首先需要進行安裝調(diào)試，在保證能夠在運行后將樁基移位至放樣孔位，鉆桿頭對準孔中心，樁位對中偏差不得超過1cm。就位后還需進行水平校正，鉆桿軸線垂直對準孔中心位置，施工時鉆桿傾斜度不大于1%。水泥攪拌樁施工機械必須具備良好及穩(wěn)定的性能，鉆機井架兩側(cè)分別粘貼刻度標尺，以方便鉆孔深度控制。其次，制備水泥漿液時，采用磅秤分別稱量水與水泥重量，應嚴格按照室內(nèi)試驗所確定的配比進行拌制。第三，在攪拌時需要在確認攪拌頭轉(zhuǎn)速正常后邊旋轉(zhuǎn)切土邊下沉，同時開啟送漿泵噴水泥漿入土，兩組葉片同時正反向旋轉(zhuǎn)切割攪拌土體，直至達到設計深度。之后，改變內(nèi)外桿的旋轉(zhuǎn)方向，將攪拌葉片收縮到下部樁體直徑，噴漿切土下沉，兩組葉片同時正反向旋轉(zhuǎn)切割攪拌土體，直至達到設計深度，在樁端應就地持續(xù)噴漿攪拌10秒以上。

在工程中，質(zhì)量控制因素主要有：第一，確保施工材料的質(zhì)量符合要求。在路基軟基處理中水泥深層攪拌樁作業(yè)過程中，水泥是非常重要的施工材料，因此，必須做好水泥的檢驗工作，一個批次的水泥量設定在200t左右，做好每一批次的合格證及其出廠報告的檢查工作，并抽檢驗證質(zhì)量，檢驗合格方能投入到正式施工過程中。第二，確保水泥攪拌樁的數(shù)量符合要求。在路基軟基處理中水泥深層攪拌樁的施工過程中，要根據(jù)施工圖紙的設計要求，仔細測量攪拌樁間距，確保攪拌樁間距控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。在攪拌樁作業(yè)開始之前，要切實做好施工現(xiàn)場的清理工作，確保每個攪拌樁均能標記明確。要根據(jù)工程量的大小來制定攪拌樁的設置數(shù)量計劃方案，避免在施工過程中出現(xiàn)漏樁現(xiàn)象。第三，確保水泥用量符合攪拌樁的要求。對于路基軟基處理中水泥深層攪拌樁施工作業(yè)來說，水泥是最重要的施工材料，而水泥用量的大小，對攪拌樁的強度也會產(chǎn)生直接的影響。水泥用量過多，會產(chǎn)生不必要的浪費，提高施工成本，影響施工效益；水泥用量過少，則無法滿足攪拌樁的設計強度要求。因此，在攪拌樁施工作業(yè)過程中，要確保水泥用量符合攪拌樁的要求。首先，要確保攪拌樁的水灰配比與攪拌機的送漿壓力以及成樁試驗保持一致；其次，要依據(jù)每根樁的長度和施工進度，根據(jù)攪拌樁每延樁1m，使用水泥50kg的用量標準，進而計算水泥的實際用量是否符合設計要求。第四，確保攪拌樁長度符合要求。由于路基軟基處理涉及到的地質(zhì)環(huán)境復雜，土壤結(jié)構(gòu)差異大，要確保路基的穩(wěn)固性，攪拌樁要打入，全風化灰?guī)r或頁巖50cm的深度，以免樁身沒有打入穩(wěn)固的持力層，影響到加固地基的實際效果，進而影響路基軟基處理和竣工后的道路使用安全。通常情況下，我們通過觀察鉆機電流與鉆進速度來判斷攪拌樁是否已經(jīng)打入持力層，電流急速增加而攪拌機的鉆進速度急速下降，則表明已經(jīng)打入持力層。

表1 水泥攪拌樁工程數(shù)量表

圖1 施工工藝流程圖

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