公路施工中軟土地基處理技術分析及其應用分析

聶先祿

摘要：隨著我國公路網的不斷拓展，公路建設等級要求也不斷提高，但由于部分地區地質的影響，導致公路線路路基下方存在較深的軟土層，如果不進行恰當的地基處理，后期公路在運行過程中容易出現地基沉降、差異沉降過大等情況，這些將嚴重影響公路的正常運行使用，同時也將直接影響公路地基的承載力。因此公路施工中的軟土地基處理技術就十分重要，本文針對其技術要點進行了分析，并討論其實際應用策略。

關鍵詞：公路施工;軟土地基處理;分析;應用

我國社會水平的快速提高，離不開公路工程的進步，公路工程不僅提升了我國的交通水平，更能有效促進經濟的而發展。公路施工中，經常會遇到軟土路基的情況，軟土路基土質含水量很高，土質地間隙很大，如不進行妥善處理，會嚴重影響公路的質量以及壽命，導致公路裂縫、甚至是塌陷的產生，大大降低了公路的安全系數，因此要對公路施工中的軟土路基進行妥善的處理，軟土路基處理技術就誕生了。

我國的軟土路基發展經歷了三個階段：第一、上個世紀70年代，由于軟土路基處理技術不成熟，公路施工主動繞開軟土地區;第二、上個世紀80年代至90年代，軟土路基處理技術有了一定的發展，公路軟土路基施工得以展開;第三、上個世紀末至今，軟土路基處理技術逐漸成熟，處理方案多元化。

一、 軟土的研究

（一） 軟土的定義

軟土指的是天然含水率高、天然孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高的細粒土，包括淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土等。軟土的構成主要由環境決定，通常是由于湖泊、沼澤或沿海等水域中形成的，主要由粘土和粉土顆粒組成，軟土中的粘土成分和水分子形成了很強的結合，因此軟土通常含有較多水。

軟土的物理特性有：含水量高（高達180%），孔隙率高（液限在40%-60%），軟土的壓縮性和抗剪強度是受含水量和孔隙率影響的;滲透性弱，由于軟土含水量較高，處于飽和狀態，導致其滲透性較差，孔隙壓力較大;壓縮性高，軟土層壓縮系數為0.5至1.5MPa-1，甚至可以達到4.5MPA-1，壓縮系數一般約為0.35至0.75，自然狀態的軟土層是固結狀態的，但是也有部分地區是超固結狀態，也有部分地區屬于欠固結狀態（海邊），固結狀態是影響軟土變形的重要參數，當軟土處于超固結狀態時，其應力若未超過之前超固結的壓力，產生的地基沉降可以忽略不計，因此應加強軟土固結狀態參數的測定。

（二） 軟土的性質

其一，透氣性差。軟土層的滲透系數在較小，因此固結速度很慢。土壤有機物含量較高時，會出現氣泡，從而降低了土壤的滲透性，這導致了軟土層基礎沉降穩定過程較長，地基土強度增長非常緩慢，不利于軟土層基礎的施工。此外，軟土層的滲透性具有各向異性，水平滲透能力要比垂直滲透能力好，尤其是含有水平砂層的軟土層，其水平滲透能力更強，這是一個可以利用的因素。

其二，抗剪強度低。軟土層抗剪強度低和固結排水度密切相關的。當軟土層不排水時，內摩擦角近似為0，通常軟土層的抗剪強度不大于20kPa。實際土工試驗中軟土的抗剪強度會在5至25kPa的范圍內變化，內摩擦角在20至35度之間變化，若軟土基礎再載荷的影響下進行固結排水，其強度會發生變化，固結速率加快，軟土層強度會明顯上升。

其三，流變特性。軟土承受載荷時，會發生剪切變形，從而進一步降低軟土層的抗剪強度，軟土層發生一次固結后很可能會發生更大的二次固結。

二、 常用的軟土地基處理方法

軟土地基的特性決定它不能直接進行路基建設，要進行相應的改造。軟土地基處理效果將直接影響公路的整體質量以及使用壽命，常用的軟土地基處理方法有以下幾個：

（一） 砂墊層法

砂墊層法是在軟土路基頂鋪設砂墊層，砂墊層的厚度、寬度等要根據具體施工情況而定，太厚的砂墊層會影響施工，太薄又達不到排水效果。砂墊層若作為軟土路基的上部排水層，從而加速路基固結沉降，縮短固結周期，若作為下部排水層，可以降低水位，改善路基施工條件。砂墊層法不需要額外的設備進行施工，同時操作方法簡單，它主要適用于四種軟土路基情況的處理：極限高度是路基高度的兩倍以上;軟土表層滲透性較高;軟土層厚度不大、或是可以進行雙排水;工期較長。

砂墊層法使用時，要注意砂的選用，最好中砂或粗砂，砂顆粒的不均勻系數小于5，含量在3%至5%之間。砂墊層利用挖掘機和推土機進行攤鋪，要注意攤鋪的均勻程度，從而保證軟土路基受到是均勻載荷。路基土成分為粉土類土時，土壤的透水性會交叉，鋪設砂墊層可能會阻礙側向排水，因此要進行砂墊層側部的處理。路堤填筑時，要保證填筑速度適中，保證加載速度能適應地基承載力，不破壞地基。

（二） 穩固劑表層處理法

穩固劑表層處理法利用生石灰、熟石灰以及水泥等土壤穩固材料，摻入軟土地基表層土壤中，從而改善地基的壓縮性，提高地基前度，為作業提高良好基礎條件，提高路堤填土的壓實效果。在進行具體地基整治前，應先將軟土排水曬干，防止平地機等機械陷入土中。作為穩固劑的水泥、石灰不能在工地大量堆積，最好堆放足夠一天使用的量，最多不能堆放超過三天的使用量，因為石灰、水泥等材料都比較容易受潮，長期放置會變質。

軟土路基穩固劑的表面厚度應根據具體的施工情況來定，通常在30至60cm之間，適宜的厚度能獲得最大的排水效果，同時能減少成本投入。摻入穩固劑的重要環節有兩個：壓實、養生。在摻入水泥、熟石灰等穩固劑并在最后一次拌和后立即進行壓實;在摻入生石灰時，剛開始拌和的時候要進行碾壓處理，在生石灰進行水解以后進行二次碾壓，最后進行壓實，這樣可以一定程度上提升強度，減少養護的次數，但是不論現場土質條件如何，都應做好第一周的養護工作。

（三） 其他常見方法

強夯法，不適用厚層淤泥以及淤泥質地質的固結排水工作，但是對于大多數常規土質的固結排水效果較好。

換填法，將軟質土層清除后用較硬的材料換填，比如片石、鵝卵石、鋼渣等材料換填，可以獲得較好的路基處理效果。換填法適用于軟質土層較淺的路基改良，較深的軟質土層若應用換填法是十分不經濟的。

水泥攪拌樁法，我國在1978年就開始廣泛采用水泥攪拌樁法（濕干法），它是利用灌入孔內的水泥與周圍土體混合來形成一種強度較高的復核樁體，各孔經過濕干法處理后可以與周圍軟土結合，形成連續、強度較高的軟土路基層，穩定性較強、沉降量較低，是我國常用的一種軟土路基處理方法。

靜力排水固結法，在軟土路基上設置靜力載荷，將土體內水分逐漸排除，降低孔隙比，加快土體固結，土壤的超靜水壓力會逐漸減小，土體應力逐漸增強，進而提高軟土層的抗剪強度，提前沉降。靜力排水固結法可以有效解決軟土路基二次沉降以及穩定性問題。靜力排水固結法會讓路基沉降提前，同時提升了軟土層的應力強度，因此可以很好解決前面兩個問題。

三、 公路工程中軟土路基處理技術的應用

（一） 公路工程項目概述

本工程的軟土路基處理設計主要分布在三個區域，（1）銅盂互通工程主線K25+380～K25+860、D閘道DK0+090～DK0+237;（2）銅盂互通與練江特大橋之間主線路基K25+860～K26+216;（3）練江特大橋與北環高架橋之間主線路基K27+582～K28+504。路線處理長度：1905米。

軟土路基的處理方式為：（1）袋裝沙井等載;（2）A型素砼樁+袋裝沙井;（3）B型素砼樁。袋裝沙井的直徑7cm，A型和B型素砼樁直徑40cm。

袋裝沙井打入深度5.3～20米，布置間距0.9～2.3米;素砼樁打入深度8～25.5米，布置間距1.8～2.3米。布置方式為等邊三角形。素砼樁頂部設置0.8*0.8m，高度0.3米C20砼樁帽。

（二） 袋裝沙井處理

利用袋裝砂井進行軟基處理時，可以遵從下述施工規范：（1）袋裝砂井放樣時按路線橫向S、縱向0.86S布置袋裝砂井S為砂井間距，并注意按等邊三角形布置。（2）文件中袋裝砂井的設計長度是按現有地質資料確定的平均值，具體施工時可能會與設計長度有一定的偏差，施工時應根據施打情況適時調整袋裝砂井長度。（3）袋裝砂井施工應在鋪設砂墊層后、鋪設土工格柵之前進行。袋裝砂井留出孔口長度應保證伸入砂墊層不小于0.6m。施工完成后可將袋裝砂井出露端彎折埋置于砂墊層，整平砂墊層。（4）袋裝砂井采用袋裝砂井打設機具。袋裝砂井可采用錘擊法和振動法施工。（5）施工時導軌應垂直，鋼套管不得彎曲;打設時應用經緯儀或重錘控制垂直度。施工過程中應保證袋裝砂井連續不斷。施工時應采取措施減少對周邊土體的擾動。

（三） 素砼樁處理

素砼樁一般情況下采用振動沉管法施工，對于施工點靠近對沉降敏感的建筑物時，應改用長螺旋鉆孔管內泵壓灌注成樁法，并取消樁間的袋裝砂井。此次利用素砼樁進行軟基處理，需要注意下述幾個方面的步驟：（1）嚴格控制原材料質量。實施時嚴格按批準的配合比進行投料拌和，拌和時間不得少于60秒，同時須控制坍落度及和易性，下料均勻流暢。（2）振動沉管工法∶當施工準備工作結束，具備鉆鈷機施工條件后，首先鉆機就位，當鉆進到設計深度后，不加壓原地空轉105，然后邊振邊拔管，每提升2m，則繼續留振10s，，當拔管離地表2m時，拔管速度應放慢至小于1/=in，且每米留振20s。（3）長螺旋鉆孔內泵壓混凝土工法∶當施工準備工作結束，具備鉆機施工條件后，首先鉆機就位，當鉆進到設計深度后，不加壓原地空轉20s，然后將鉆頭提離孔底10cm左右，同時開始泵送混合料，直至樁頂設計高程。.

（四） 擋土墻防護處理

本項目在半路半橋，局部路段放坡受限路段，為了保證路基的穩定性、方便施工、不致路基放坡太遠，或占用地方道路、河流、民房，設置了擋土墻。本項目主要采用重力式擋土墻、衡重式擋土墻。軟基段擋墻高度超過4m時，則采用懸臂式擋土墻或扶壁式擋土墻。

對于沿線圬工擋土墻路段，在護坡道處按一定間距種植攀藤植物和常綠樹木。對于擋土墻外的自然邊坡，根據實際情況對其加強綠化防護。

（1）擋土墻路堤穩定性計算：

①擋土墻路堤沿斜坡地基或軟弱層帶滑動的穩定性采用不平衡推力法進行分析計算。

在計算工作中，先給定穩定安全系數，計算最后一塊土條的剩余下滑力，當剩余下滑力小于零時，路堤穩定;等于零，路堤處于極限平衡狀態;大于零，表明路堤不穩定。土的物理力學性治指標采用直接快剪指標，穩定安全系數取1.30。

②滑面選擇

計算滑面為自然坡面、土層與巖層分界面。

③水荷載的影響

經地質勘察和現場踏勘，發現地下水位埋深都較深，因此計算時未考慮地下水的影響。

④地震烈度：本項目區的地震動峰值加速度為0.2g（K15+530之前）和0.15g（K15+530之后），根據《公路工程抗震設計規范》（JTJ 004-89）規定，考慮相應段落地震作用的影響。

⑤汽車荷載

本項目根據路基設計規范，將汽車荷載換算成等代均布土層，土層厚度按下式計算：

h0=q/γ

其中，q取20kN/m2;γ取19 kN/m3。

（2）設計參數

①墻后填土：綜合內摩擦角φ=35°、容重γ=19KN/m3;

②基底摩擦系數f=0.4。

本工程采取上述方法處理后，大大減少了路基工后沉降，確保了工程質量，取得了較好的社會、經濟效益。

四、結束語

我國公路工程的軟土地基處理技術已經較為完善，發展也較為迅速，未來應加強施工監測、沉降監測等工作，施工單位應做好軟土地基處理技術的選擇，同時注重處理技術的革新。

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（作者單位：中鐵隧道局集團建設有限公司）