軟土地基處理技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用

汪世祥

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展水平不斷提升，城市化發(fā)展進程不斷加快，公路工程施工建設(shè)數(shù)量以及建設(shè)規(guī)模不斷增加，人們越來越重視公路工程建設(shè)項目，對公路工程建設(shè)質(zhì)量提出全新的要求[1]。軟土基處理技術(shù)在整個工程項目施工中占了極為重要的位置，其施工質(zhì)量優(yōu)劣性對公路工程建設(shè)項目施工質(zhì)量有影響。我國的公路工程本身具備跨域區(qū)域相對較廣泛的特點，因此極易受到地質(zhì)因素的影響[2]。現(xiàn)如今公路工程施工對路基沉降程度有相對較高的要求，沉降也是軟土地基處理的主要性問題，在遭遇軟土地質(zhì)公路工程中，需要對地基進行特殊化處理，全面提升公路路基的穩(wěn)定性，強化公路工程整體施工質(zhì)量以及使用壽命，確保公路施工軟土基處理工作滿足公路工程使用要求[3]。

1 案例工程

1.1 工程概況

案例工程是某市的橫向城市集散干路，工程為新建道路，全長為1567.2m，人行道的寬度為 5m，機非分隔帶的寬度為 5m，機動車道寬度為 5m，非機動車道寬度為 5m，人行道的寬度為5m，新建道路的總體設(shè)計寬度為 5m，預(yù)設(shè)的時速為50 km/h。

1.2 道路結(jié)構(gòu)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在進行道路結(jié)構(gòu)以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計過程中，充分結(jié)合案例工程工程的設(shè)計目標(biāo)以及實際施工情況進行設(shè)計。案例工程的道路設(shè)計指標(biāo)如表1 所示。

表1 道路結(jié)構(gòu)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 水文及氣象特征

通過對施工區(qū)域2012 年至2018 年的水文氣象資料調(diào)查與整理，案例工程的水文、氣象特征。案例工程的水文及氣象信息如表2 所示。

表2 案例工程水文及氣象信息

1.4 路段土層物理學(xué)力學(xué)分析

案例工程的屬于華北平原區(qū)，施工區(qū)域長期受到雨水浸泡與多種因素的侵蝕，因此形成可軟土淤泥地質(zhì)條件。通過對案例工程施工現(xiàn)場進行調(diào)查分析了解到土層物理學(xué)力學(xué)可知。案例工程的路段土層物理學(xué)力學(xué)分析如表3 所示。

2 公路工程中軟土地基處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 施工準(zhǔn)備

第一，對案例工程相關(guān)的資料進行勘察與設(shè)計，認真閱讀案例工程的施工土質(zhì)，對施工區(qū)域的樁體進行分區(qū)、編號[4]。第二， 對案例工程的施工場地進行清理，對建筑場地周邊的情況進行調(diào)查分析，對影響項目施工的地下管線、障礙物，便于樁體施工活動的開展。第三，復(fù)核基線、樁位以及的軸線定位點，對施工長笛所設(shè)計的水準(zhǔn)點進行檢查，確保其不會影響項目施工[5]。第四，完成案例工程場地的硬化工作，完成場地的排水、防水工作。

2.2 施工參數(shù)設(shè)置

2.2.1 CFG 樁長設(shè)計

案例工程的樁長需要穿越軟土層，將樁長的樁端落在承載力相對較高的持力層，根據(jù)表3 建設(shè)場地中的各土層力學(xué)為粉質(zhì)黏土，因此可作為樁端持力層。將樁打入持力層左右，樁頂需要與地面持續(xù)持平， 初步所設(shè)計的樁長為8.5m。

表3 路段土層物理學(xué)力學(xué)分析

2.2.2 CFG 樁徑設(shè)計

案例工程選用的成樁方法為長螺旋灌注成樁法，成樁質(zhì)量相對較高，施工速度也相對較快，同時也并不需要考慮新建樁體對周圍樁體所帶來的影響，案例工程初步所選用的樁徑為。

2.2.3 CFG 樁布置設(shè)計

樁在施工過程中常常布置成為正方形或是梅花形，而樁間距設(shè)置主要是樁徑倍數(shù)。案例工程初步選用梅花形作為CFG樁的布置設(shè)計方式。

2.2.4 CFG 樁復(fù)核地基樁體材料

軟土地基處理期間，施工人員需要合理選擇施工材料，確保整個公路工程的施工質(zhì)量。第一，水泥材料。案例工程所應(yīng)用水泥為32.5 R 的普通硅酸水泥，確保CFG 樁的樁身強度須高于C15。第二，褥墊層。案例工程這一層所需要承擔(dān)的力學(xué)角色為均勻性的分散上部荷載，在級配工程中有相對較高的要求。案例工程所選用的樁體材料為中粗砂、碎石以及級配砂石等。碎石的粒徑控制在20mm～500m，雜質(zhì)含量也需要控制在2.5mm～10mm；石屑的粒徑需要控制在5%以內(nèi)，而雜質(zhì)含量需要控制在5%內(nèi)；所選用的粉煤灰材料為，Ⅲ級或者是Ⅲ級以上等級的粉煤灰。第三，由于混凝土的配合比需要決定樁身強度的重要性因素，案例工程混凝土的塌落度設(shè)置在180 mm～200 mm 中，可摻加其他類型的外加劑。

2.3 施工方案

2.3.1 軟基處理施工方案

2.3.1.1 施工場地處理

在案例工程施工作業(yè)以前，需要將施工場地之內(nèi)的雜物以及草皮進行平整，在施工場地清理完成后，借助挖掘機、推土機進行場地平整以及初步性壓實。在平整初壓階段，施工人員需要嚴格遵守兩邊低、中間高的施工原則，避免施工場地出現(xiàn)積水問題，確保打樁機械在具體應(yīng)用過程中能夠水平應(yīng)用以及平穩(wěn)性地移動。

2.3.1.2 CFG 樁施工處理

結(jié)合工程以及CFG 樁施工工藝特點，選擇水泥粉煤灰碎石樁施工工藝中的長螺旋鉆龍工藝、管內(nèi)泵壓混合料成樁、振動沉管灌注成樁以及長螺旋鉆孔灌注成樁。第一，樁位測放環(huán)節(jié)。案例工程施工人員需要利用大鋼尺拉線布樁，在進行樁布置過程中，布置范圍需要控制在20m～50m 以內(nèi)放入中樁以及邊樁，在整個施工流程確認無誤之后插入竹簽，通過撒白灰以及綁白線進行標(biāo)記。工作人員需要嚴格按照操作機械設(shè)備的規(guī)定路線進行移動，不可出現(xiàn)隨意破壞木條以及白灰線標(biāo)識的情況。第二，試樁環(huán)節(jié)。試樁是案例工程正式成樁前必須要執(zhí)行的工作，為了確保試樁結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免試樁參數(shù)出現(xiàn)誤差，試樁時間最少為28d，且試樁的數(shù)量是總樁數(shù)量的0.5%，當(dāng)CFG 樁的抗壓強度＞10MPa 時，可則代表試樁結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)，可進行貫入實驗。第三，鉆進成孔環(huán)節(jié)。在鉆進成孔作業(yè)前，施工人員需要先關(guān)閉鉆頭閥門，確保鉆頭位置的準(zhǔn)確性，在其不接觸地面的前提下才能啟動成孔鉆機，開展鉆孔作業(yè)活動。施工作業(yè)需要遵循由慢到近的施工作業(yè)原則，確保鉆孔過程中不會出現(xiàn)位移偏差的情況。一旦出現(xiàn)偏差問題，需要立刻性停止鉆孔作業(yè)，并及時糾正鉆孔作業(yè)行為。此外在鉆孔作業(yè)過程中需要記錄突變地點以及中孔電流數(shù)值，作為工作人員進行地質(zhì)復(fù)核的參考依據(jù)。第四，樁機就位環(huán)節(jié)。施工人員需要明確案例工程的樁位點，在標(biāo)記及檢驗合格之后，才能將樁機布置到相應(yīng)的區(qū)域，將樁機調(diào)整在完全的狀態(tài)后方可進行固定，確保鉆頭以及樁位中心點能夠保持一致性。同時案例工程施工人員需要在確定樁身的具體位置后，將鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位的中心的點，確保垂直允許偏差在1%以內(nèi)。第五，混合料攪拌環(huán)節(jié)。工程項目所應(yīng)用的混合料是根據(jù)攪拌站預(yù)設(shè)計的配合比來設(shè)置配料，嚴格按照普通混凝土的攪拌時間進行攪拌，借助混凝土運輸車將混合料運輸至施工現(xiàn)場中。在混合料送運到達現(xiàn)場之后，需要對混凝土的塌落度進行檢查，確保混凝土的塌落值，是控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。根據(jù)案例工程的實際施工情況，采取自拌混凝土的拌制形式，混凝土的配置比例是按照C15 混凝土作為標(biāo)準(zhǔn)，所選用的粉煤灰、中粗砂、碎石以及外加劑等施工原材料，均需要與施工設(shè)計規(guī)范保持一致。在施工前需要開展施工現(xiàn)場工藝性成樁試驗，混凝土的攪拌時間控制在90 s～120 s。所選用的原材料中需要選擇Ⅲ級及以上的粉煤灰，5m～20m 的碎石粒徑，同時需要將混合料的塌落度控制在160mm～200mm。第六，處理技術(shù)選擇。樁地基處理技術(shù)在具體應(yīng)用過程中，為了減少由于土地擠壓影響成樁質(zhì)量，因此案例工程選取跳打的施工作業(yè)技術(shù)，將施工間隔時間設(shè)置成為相鄰樁混凝土達到設(shè)計強度后，約為30min。第七，灌注及拔管環(huán)節(jié)。鉆孔到設(shè)計標(biāo)高環(huán)節(jié)后邊終止施工，確保閥門內(nèi)的氣體排出后泵送出混合料，之后施工人員需要勻速提鉆，提鉆的速度需要控制在2 m/min～3 m/min，提鉆的速度需要與混合料的泵送速率協(xié)調(diào)。施工人員需要保持持續(xù)性灌注作業(yè)，禁止出現(xiàn)先提鉆后泵料的施工作業(yè)情況，同時需要確保鉆桿內(nèi)的混合料表面高度始終要高于鉆桿底出料口。樁頂灌注高程設(shè)計需要高于設(shè)計樁頂高程。在灌注完成以及混合料初凝之后，施工人員需要利用濕黏土蓋住樁頂，封頂黏土厚度需要，避免由于封頂不及時對樁頂造成破壞。第八，移位環(huán)節(jié)。施工人員在每完成一根樁施工作業(yè)后，便可進行鉆機移位，并開展下一根樁的施工作業(yè)。在具體施工過程中將會產(chǎn)生大量的土，覆蓋住樁位，因此在施工前需要做好樁周圍環(huán)境的清理工作，對樁位進行復(fù)核。此外需要立即清理閥門口以及鉆頭上出現(xiàn)殘渣，將其平穩(wěn)性移動到下一樁位中，在移動過程中需要確保鉆頭的平穩(wěn)性。第九，樁間土清除。樁位清理將會對樁位準(zhǔn)確性造成影響，為此需要在混合料齡期7d后，進行樁間土的開挖、 清理活動。在小型機械清除期間，需要確保樁周圍有20cm 的保護層，再由人工清理方法確保樁位的完整性，借助小型挖掘機與人工清理配合的形式進行樁間土清理作業(yè)。第十，樁頭切除環(huán)節(jié)。在樁間土清理完畢后，一旦出現(xiàn)浮漿問題時，施工人員需要用電鎬鑿平樁頭至設(shè)計標(biāo)高，確保樁身的整體質(zhì)量。施工人員可借助測量掛線來確定每根樁的樁頂設(shè)計標(biāo)高，借助紅油漆來標(biāo)志設(shè)計標(biāo)高。樁頭切除期間，每邊的切入深入需要控制在15cm 內(nèi)，采取捶打形式截斷樁頭，并進行樁頭修整。第十一，褥墊層處理。待樁身建設(shè)合格后，設(shè)計0.3m 的厚碎石墊層，所選用的碎石材料為15mm～40mm 的礫石，根據(jù)設(shè)計要求采取分層填筑的形式，設(shè)置地層厚度為15cm，頂層厚度為15cm，在兩層內(nèi)鋪設(shè)土工格柵，所設(shè)計的極限抗拉強度需要100kN/m。褥墊層在施工過程中采取碾壓、夯實的施工方法，確保每層材料攤鋪的均勻性，每層材料的碾壓需要超過3 遍，避免出現(xiàn)松動情況。

2.4 案例工程施工質(zhì)量控制

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的相關(guān)條例，對樁符合地基開展質(zhì)量檢測活動，指標(biāo)要求如表4 所示。

表4 質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)

3 地基承載力檢測

3.1 復(fù)合地基承載力檢測的現(xiàn)場試驗方案

案例工程所采取的軟土基處理方法為CFG 樁復(fù)合地基，設(shè)計的樁徑為樁間距設(shè)置為1.5m，案例工程的單樁處理面積為1.35 m2，復(fù)合地基的設(shè)計承載力為0.35MPa。整個現(xiàn)場試驗過程可細化分為加載以及卸載的過程。

第一，加載。加載主要采取的是維持荷載方法，操作的試驗步驟為逐級加載，所設(shè)計的最大加載值為950kN，需要確保其設(shè)計值不會低于設(shè)計值的2 倍。現(xiàn)場試驗總共分為九級，首次加載設(shè)置為190kN，之后需要每級按照95kN 的形式進行加載。沉降量的觀測方法為在施加每級荷載前后均讀記百分表一次，需要時隔0.5h 再讀記一次，每間隔0.5h 進行讀記。在某一小時內(nèi)，承壓板的沉降量需要控制在0.1mm后方可施加下一級荷載。第二，卸載。案例試驗每級卸荷195kN，每卸一級需要間隔0.5h，同時需要讀取回彈數(shù)量。

3.2 試驗結(jié)果分析

樁施工作業(yè)完成之后，需要等待周圍土地固結(jié)穩(wěn)定后，方可開展復(fù)合地基承載力檢驗工作。案例工程樁復(fù)合地基檢測結(jié)果如表5 所示。

表5 樁復(fù)合地基檢測表

4 公路工程中軟土地基處理技術(shù)問題及對策

4.1 鉆進困難性問題

軟土基施工處理過程中，設(shè)備鉆進過程中極易出現(xiàn)鉆進困難的情況，主要是鉆進速度過快。因此施工人員需要適當(dāng)降低鉆進速度，增加螺旋葉片的操作空間，適當(dāng)減少設(shè)備的鉆進阻力。此外，在鉆進過程中遇到障礙物也會出現(xiàn)鉆進困難的問題，為此施工人員需要根據(jù)施工情況選用合適的鉆機，同時根據(jù)鉆桿位置進行轉(zhuǎn)速調(diào)整。

4.2 擴徑問題

施工人員需要實時觀察地質(zhì)變化情況，通過采取必要的維護措施來避免出現(xiàn)塌孔等現(xiàn)象，同時根據(jù)具體化施工情況來適當(dāng)性調(diào)整提管速度。

5 結(jié)語

隨著國家社會經(jīng)濟發(fā)展水平不斷提升，公路工程施工建設(shè)也得到人們的重視，軟土地基處理技術(shù)是其中極為重要的應(yīng)用部分，該文結(jié)合案例實踐，分析軟土基處理技術(shù)的具體化應(yīng)用。結(jié)果表明，軟土地基本身具備含水量極高、強度低以及孔隙相對較大的情況，嚴重影響公路工程施工質(zhì)量。在實際應(yīng)用過程中，需要綜合考慮多種因素，提升施工人員的重視水平，合理化選擇施工工藝，全面提升軟土地基的施工強度與硬度，充分滿足我國的公路建設(shè)要求。