高速公路建設(shè)中的軟土路基施工工藝

崔曉鵬

（中交一公局第六工程有限公司，天津300450）

1 工程概況

鄭州機(jī)場(chǎng)至周口西華高速公路（一期）全長(zhǎng)106.3 km，起點(diǎn)位于商登高速公路上，終點(diǎn)位于周口市西北接商周高速公路。其中，JXZT-5標(biāo)土建工程起訖樁號(hào)K61+000～K72+250，長(zhǎng)度11.25 km；路面工程起訖樁號(hào)K61+000～K81+700，長(zhǎng)度20.7 km。

2 地質(zhì)條件

本工程局部土層為第四系全新統(tǒng)新近沉積土，厚度普遍達(dá)到10 m，地基容許承載力90～120 kPa，該土層的壓縮性較高，易在外部作用下而發(fā)生壓縮，因此，難以維持穩(wěn)定性。原狀土受到振動(dòng)后，結(jié)構(gòu)連接狀態(tài)受到影響，土的強(qiáng)度明顯降低，隨之作用于路基，導(dǎo)致路基缺乏穩(wěn)定性。

對(duì)此，需在路基施工階段便對(duì)該軟土路段做針對(duì)性處理。在本工程設(shè)計(jì)中，采用了軟土路段高路堤形式施工、臺(tái)背路基加固、涵洞及通道地基處理，以保證各結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；此外，對(duì)于局部形狀明顯偏差的淤泥質(zhì)土，則采取水泥攪拌樁與換填法相結(jié)合的方案。

3 本工程軟土路基特點(diǎn)

本工程范圍內(nèi)軟土主要包含淤泥和黏土顆粒群，含水量和孔隙率普遍較大，通常含水量達(dá)到35%～80%，孔隙比1～2。若未對(duì)軟土做針對(duì)性的處理，在剪應(yīng)力作用下，將產(chǎn)生明顯的剪切變形現(xiàn)象，導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度降低；此外，隨著路基建設(shè)工作的開展，軟土將逐步顯現(xiàn)出更大范圍的固結(jié)與沉降，若不采取相應(yīng)措施，就會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)路基完整性以及車輛通行安全性。

本工程軟土滲透性較差，具體體現(xiàn)為：（1）垂直方向的滲透系數(shù)為1×10-8～1×10-6cm/s，加之其容易積水，因此在水損害作用下，軟土性質(zhì)將變得更差；（2）彈性模量在4 MPa以內(nèi)，且隨壓縮性增高，對(duì)應(yīng)液性指數(shù)也更大；（3）抗剪強(qiáng)度＜20 MPa，內(nèi)摩擦角為20°～35°，缺乏足夠抗剪強(qiáng)度。由此可見，本工程施工條件并不理想，必須要在正式施工前以可行施工工藝處理軟土路基，以改善其滲透性差、含水量高、抗剪強(qiáng)度不足等問題，從而保障后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

4 高速公路建設(shè)軟土路基施工工藝分析

隨著研究的深入以及工程實(shí)踐活動(dòng)大范圍開展，現(xiàn)階段我國(guó)高速公路軟土路基施工領(lǐng)域已涌現(xiàn)出一系列可供選擇的施工工藝，如凍結(jié)法、土工織物鋪墊、使用添加劑、軟土路基表面處理、高壓噴射注漿法、砂墊層處理、排水固結(jié)法、粒料樁加固地基、加筋土處理等。

4.1 凍結(jié)法

通過應(yīng)用冷卻液可達(dá)到凍結(jié)軟土效果。在實(shí)際操作中，可選擇液化氮或二氧化碳作膨脹土層，操作得當(dāng)則可有效提高軟土抗剪強(qiáng)度，以避免其在承受荷載時(shí)出現(xiàn)大幅度高壓縮情況。

4.2 土工織物鋪墊

為發(fā)揮出土工織物耐腐蝕、抗拉強(qiáng)度高的特性，可將其按單層或多層鋪墊在經(jīng)過修整的軟土路基處，使這二者緊密貼合。總體而言，鋪墊土工織物有利于提高軟土路基承載力，使其在施工過程與投入使用后均可維持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)（即無(wú)明顯不均勻沉降）[1]。

4.3 使用添加劑

軟土中含有大量黏土顆粒群。為了改善這一特性，可在施工時(shí)向軟土摻入適量添加劑，從而大幅度提升其抗剪強(qiáng)度。在當(dāng)前的高速公路工程建設(shè)中，較常見的添加劑主要包括水泥、熟石灰、生石灰等，這些均能夠降低軟土含水量，使軟土路基內(nèi)部能夠達(dá)到緊密與穩(wěn)固狀態(tài)。

4.4 軟土路基表面處理

軟土路基表面處理可采用排水法和換填法。前者可以降低軟土路基含水量，使其更密實(shí)；后者則可以用部分透水性較好路基填料代替原軟土路基填料，使路基的質(zhì)量得到提高。總體來(lái)看，在對(duì)軟土路基表面做針對(duì)性處理后，可提高軟土路基抗變形能力與抗剪強(qiáng)度。此外，為使荷載更均勻地作用于軟土路基，還可在其表面增設(shè)一層滲透性較好的優(yōu)質(zhì)填料。

對(duì)于處理軟土路基積水的處理，開挖溝槽是較便捷且應(yīng)用效果較好的方法，其可以有效規(guī)避軟土路基積水問題，從而更好地推動(dòng)后續(xù)施工的順利開展。值得注意的是，在開挖溝槽有效排除積水后，還需取適量?jī)?yōu)質(zhì)填料（主要需考慮透水性），以回填方式處理溝槽。

4.5 高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法是一種應(yīng)用效果較好的軟土路基處理方法，融合了注漿技術(shù)和高壓水射流切割技術(shù)，集多重優(yōu)勢(shì)于一體。該方法用鉆機(jī)鉆孔，在適配合適規(guī)格噴嘴的注漿管后，將制備完成漿液通過高壓設(shè)備的壓力作用來(lái)產(chǎn)生高射流體，從而使?jié){液在與軟土接觸后發(fā)生“切割”，在不破壞土體的前提下，使軟土與注入漿液有效結(jié)合[2]。

基于此，軟土?xí)S著漿液逐步固結(jié)而與其共同組成完整且穩(wěn)定的整體路基，這解決了軟土路基抗變形能力與抗剪強(qiáng)度不足的問題。高壓噴射注漿法施工流程見圖1。

圖1 高壓噴射注漿法施工流程

4.6 砂墊層處理

砂墊層排水效果較好，有助于解決軟土含水量過高問題。通常來(lái)說(shuō)，砂墊層厚度較小，約20 cm。在高速公路軟土路基施工中，可利用荷載試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)砂墊層排水效果，具體需考慮含砂量和清潔度這2項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。

另外，可對(duì)砂墊層進(jìn)行灑水與壓實(shí)處理，這能夠有效增強(qiáng)其在改善軟土路基性質(zhì)時(shí)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而為高速公路工程建設(shè)提供更加良好的條件。概言之，砂墊層必須具有良好的濕潤(rùn)性。砂墊層施工見圖2。

圖2 砂墊層施工

4.7 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法的基本思路是：有效排除聚集于軟土路基中的水分以降低其含水量并保持相對(duì)干燥的狀態(tài)。排水固結(jié)法較常規(guī)的用法是設(shè)置合適尺寸的水井后，適配合適功率的泵送裝置，可高效排除多余水分。高速公路工程建設(shè)領(lǐng)域一般都會(huì)在處理深厚軟土路基時(shí)采用排水固結(jié)法。因?yàn)樵摲椒ň哂刑幚硇Ч己谩⒉僮鬏^便捷，對(duì)施工人員技術(shù)水平與施工物資數(shù)量等均無(wú)過高要求等優(yōu)勢(shì)。

4.8 粒料樁加固地基

對(duì)于高速公路建設(shè)的軟土路基處理來(lái)說(shuō)，粒料樁加固地基是一種較可行的施工工藝。在實(shí)際應(yīng)用中，該工藝以振沖器為主要作業(yè)裝置，對(duì)施工期間收集的碎石與卵石做破碎處理，在使之變成更小規(guī)格石料后再將其摻入土基中，從而形成完整樁體。也就是說(shuō)，粒料樁加固地基通過振沖器的碎石功能，可以對(duì)軟土路基起到排水、降壓、擠密的作用，從而進(jìn)一步提升軟土路基的穩(wěn)定性[3]。

為充分保證振沖器的碎石效果，在選用碎石和卵石作為填料時(shí)，必須將其含砂量控制在5%以內(nèi)。不僅如此，操作人員要精準(zhǔn)控制振沖器下沉速度，并盡可能做到勻速下沉；與此同時(shí)，操作人員還要做好樁位測(cè)量、放線以及日常監(jiān)測(cè)工作，更好地提高施工精度。

4.9 加筋土處理

加筋土處理的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為突出，主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：（1）使高速公路整體結(jié)構(gòu)與路基之間保持沉降的連續(xù)性，由此規(guī)避差異沉降問題；（2）該施工工藝操作便捷，可減少施工過程對(duì)于人力資源以及物力資源投入，在協(xié)調(diào)得當(dāng)情況下，可在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)于軟土路基的處理工作。

就新時(shí)期高速公路軟土路基處理而言，加筋土處理有很多方式，如分段施工法、直接填土法、換土法等，具體需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及工程質(zhì)量要求而定。一般情況下，要在注重技術(shù)可行性論證基礎(chǔ)上選定合適方法后，制訂出一套完善的方案，并要負(fù)責(zé)管理、操作。相關(guān)人員共同落實(shí)各項(xiàng)工作，以便提升軟土路基的處理效果。

5 結(jié)語(yǔ)

高速公路建設(shè)環(huán)境往往都較復(fù)雜，尤其在山區(qū)等特殊地段施工時(shí)，通常都會(huì)遇到軟土路基。由于軟土路基存在含水量高、承載力不足等問題，若不能有效處理這些問題，就會(huì)影響高速公路整體的穩(wěn)定性，不利于車輛的安全通行。現(xiàn)階段，我國(guó)軟土路基施工工藝較多，包含但不限于凍結(jié)法、砂墊層處理、高壓噴射注漿法、粒料樁加固地基等，相關(guān)工程人員需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇與應(yīng)用，以切實(shí)提高軟土路基承載力與抗剪強(qiáng)度，從而為高速公路建設(shè)工作夯實(shí)基礎(chǔ)。