軟土地基條件下的公路工程施工技術研究

張文貴

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

軟土地基是公路工程施工的常見問題之一，若未經有效處理，可能導致不均勻沉降，使路面與其他構筑物被破壞。因此，有必要結合公路工程的實際情況，在分析明確軟土分布情況、力學參數的基礎上，按照軟土地基處理原則和標準，針對不同地段采取合理可行的軟土地基處理措施。

1 工程概況

某公路工程全長約58.4km，在沿線范圍內主要包含以下構造物：7 座特大橋、2 座大橋、16 座中橋、15 座小橋、114 處獨立涵洞、85 處通道與天橋、4 座分離式立交和2 處互通式立交。該公路線路從兩個地貌單元上跨越，沿線內軟土分布和地形地貌、沉降環境都有密切關聯，全線軟土地基總長在27km 左右。軟土地基的存在除了影響沿線內大中型構造物的穩定性與安全性，還會導致邊坡失穩或不均勻沉降。對此，必須重視并做好軟土地基處理，保證公路施工與運營安全。

2 軟土分布與力學參數

該公路所在地區的軟土地基分布相對廣泛，雖然地表存在厚度在1.0～3.0m 范圍內的硬土層，但以過濕土為主，實際含水量保持在25%～40%范圍內；軟土層的厚度保持在2～17m 范圍內，實際含水量可以達到40%～50%，只有65～80kPa 的承載力，且孔隙比通常在1.5 以下。此外，絕大部分軟土層中還夾有砂層，局部軟土以淤泥質亞砂土為主，其天然含水量為40%。從縱向看，軟土的實際埋深較淺，只有1～2m。除了設有高架橋的地段，其他地段的軟土層厚度都比較薄，不超過12m。為明確該公路工程軟土地基的力學特性，于現場進行了靜力觸探和十字板剪切試驗，試驗孔的孔數分別為215 個和34 個。在此基礎上開展了大量室內試驗，以此確定軟土物理力學性質指標，見表1。

表1 公路軟土物理力學性質指標

按照相關技術規范的要求，軟土鑒別可按照以下指標進行：天然含水量達到35%及以上或液限、天然孔隙比達到1.0 及以上，十字板剪切強度小于35kPa。該公路工程軟土鑒別將靜力觸探總貫入阻力作為主要指標，當該值不超過0.5MPa 時，為淤泥；當該值大于0.5MPa，但不超過0.8MPa 時，為淤泥質土。與之對應，若通過鉆探取樣試驗得出土體天然含水量不小于35%或液限、天然孔隙比不小于1.5，則為淤泥；若天然含水量不小于35% 或液限、天然孔隙比不小于1.0，但小于1.5，則為淤泥質土。以上述判定標準為依據，該公路沿線范圍內分布的軟土以淤泥和淤泥質土為主[1]。

3 軟土地基處理原則和標準

軟土地基處理主要目的在于使路堤在整個施工和運營過程中不會產生剪切破壞，包括局部剪切破壞與整體剪切破壞，使強度與穩定性都能達到要求，同時在正常使用過程中不會產生明顯的沉降及不均勻沉降，確保路基結構完整，車輛能夠舒適、平穩且安全地通行[2]。根據該公路工程的實際情況，軟土地基處理原則和標準為：

其一，保證路基結構穩定性。在進行分析計算時，先分析路基結構的穩定性，即通過計算確定當固結度不小于80%時，路基整體能否達到穩定。當安全系數不小于1.25 時，優先考慮固結排水方法，同時通過分析計算確定不同方案對應的排水時間，據此選擇與建設周期及沉降要求完全相符的方案；當安全系數不小于1.25 時，不可采用固結排水方法，建議采用復合地基，選擇與當地實際情況相適應的方案。在確定了具體的地基處理方案之后，做好穩定計算與沉降分析，以得出最終的穩定系數與工后沉降[3]。

其二，做好工后沉降控制。該工程設計要求一次性完成路面鋪筑施工，按照完工15年之后的相關標準對工后沉降予以嚴格控制。對于一般路段，工后剩余沉降不能超過30cm；對于橋頭路段，后臺填高的5～7倍范圍內，工后剩余沉降不能超過10cm，同時還要按照要求設置長度足夠的過渡區；對于暗涵與暗通處，工后剩余沉降不能超過20cm。為滿足總工期的要求，對于一般路段，填土期與預壓期時間總和不能超過18 個月；對于反開挖路段，填土期與預壓期時間總和不能超過12 個月。對于壓縮層的厚度，按照附加應力與自重應力的比值為0.15 進行控制，并做好校核，結合建設工期方面的要求，確定具體的處理方案。路面施工時間的控制方法以沉降速率法為宜，也就是在路堤修筑完成后進行沉降變化實時觀測，若實際的沉降速率低于某個限定值，同時按照沉降曲線通過推斷確定沉降量是否處在工后沉降標準范圍內，當滿足時即可進行路面施工[4]。

4 軟土地基處理措施

結合該公路工程軟土地基的具體情況，包括軟土厚度、路堤填高及位置等，針對不同段落采用不同措施進行加固處理，從根本上保證軟土地基的加固效果，為之后公路正常運營奠定良好的基礎。按照以上沉降處理的基本原則，設計采用以下各項加固措施：

4.1 砂墊層、土工格柵與等載預壓相結合

當軟土層中存在砂層或滲透系數相對較大的亞砂土及亞黏土時，考慮到良好的固結排水條件，同時經計算確定工后沉降不超過30cm，故采用該方案。若填土高度等于或小于硬殼層的厚度，或填高較小，軟土的存在并不會造成太大危害，經計算確定工后沉降不超過30cm，也可采用該方案。在該方案當中，砂墊層可為橫向排水提供良好條件，使實際的排水條件得以改善，并加快排水固結速度；采用土工材料進行補強，充分利用其各項力學性能，如強度與韌性，提高土體整體抗拉強度與剛度，與砂墊層形成完整的復合結構[5]。

砂墊層鋪設開始前應先做好驗槽，清除基底表面存在的雜物、浮土與淤泥，并在兩側設置適當的坡度，以免在振搗時發生塌方。若砂墊層底面標高存在明顯差異，需將土面開挖成階梯狀或采用斜坡進行搭接，按照從深到淺的順序進行施工，將搭接部位夯壓至密實狀態。在分層鋪設過程中，也需要將接頭處做成斜坡或階梯狀以便搭接，相鄰兩層要有一定錯開，注意做好振搗。在砂墊層邊緣部位砌筑擋砂墻，直到高度與砂墊層相同[6]。擋砂墻和基礎底板外側之間的距離不能小于砂墊層自身的回填深度。擋砂墻內外部應同時進行分層夯填，采用機械將其振搗密實。填筑第一層松砂時，厚度不能超過200mm，填筑完成后立即夯實，以免對原土造成擾動，其他各層的鋪設厚度按照不超過250mm 控制，壓實量按照50～70mm 控制。每夯填完一層便由建設方或監理方人員做好貫入度檢測，用長度為1.5m 的鋼筋從距離地面700mm的高度自由下落。在施工到設計要求的基底標高后，由建設方或監理方人員實施環刀檢測，具體的測試點數以檢測要求為依據確定。測試完成后，若符合設計要求，方可開始下一道工序施工。在鋪設砂墊層的過程中，應注意防止對下臥層和側壁造成擾動，避免被現場作業人員踩踏和長時間被水浸泡，使其強度降低。砂墊層的鋪設必須分層進行，在基坑范圍內預先設好標樁，嚴格控制每層鋪設厚度；若地下水位相對較高或在已經達到飽和狀態的軟土地基上進行砂墊層鋪設，則要加強基坑以內和外側排水，避免泡水導致砂大量流失，使基坑的邊坡始終保持穩定。必要時，可采取有效的降水措施，確保地下水位處在基坑底部500mm 以下。將鋪筑砂完全振搗密實之前，要以干濕程度與氣候條件為依據，采用適當灑水的措施確保砂處在最佳含水量范圍內，通常要達到8%～12%。該工程主要采用兩種振實方法：第一種為借助插入式振搗器進行振搗。插入點的間隔距離為100mm，以不再產生氣泡為振搗完成標準。在振搗的同時采取有效措施對注水與排水進行嚴格控制，重復振搗砂墊層的接頭部位，振搗完成后需將孔洞填塞密實。在振搗第一層砂墊層的過程中，注意不能直接在原土層或基槽邊緣處插入振搗器，否則會影響到砂墊層成型后的強度。第二種為平振法，即利用平板式振搗器往復振搗。具體的往復次數以實測密實度為基準確定。在移動振搗器的過程中，每行都要有1/3 的搭接，以免漏振，同時要對砂的含水率進行嚴格控制，通常不能超過20%。將最后一層砂振搗密實后，在其表面采用拉線的方法找平，使標高滿足相關設計要求[7]。

4.2 粉噴樁、砂墊層與等載預壓相結合

當軟土地基危害較大，預定周期以內工后沉降超出允許范圍，但軟土地基深度小于15m 時，可考慮采用該方案。同時，橋頭路堤實際處理深度在12m 以內時，也可采用該方案進行處理。需要注意，若軟土的天然含水量達到70%及以上，且pH 值小于4，則不適用該方案。通過對該公路工程結構物的實時觀測可知，采用該方案能顯著減小沉降，還能和兩側路堤沉降良好適應，是一種合理可行且效果顯著的處理方案。此外，實踐表明，該方案造價不高。粉噴樁施工質量檢測項目與要求見表2。

表2 粉噴樁施工質量檢測項目與要求

在設計樁長范圍內進行一次重復攪拌，在鉆進提升過程中管道壓力不能太大，避免淤泥向孔壁周圍擠壓產生空洞。若發生意外導致樁身質量受到影響，需要在水泥達到終凝之前采取有效措施進行補救，但要注意補噴重疊長度不能超過1.0m。當補噴無效時，應重新打樁，新打設的樁和廢樁之間的距離應達到20cm 以上。經常對輸灰管進行檢查，不能發生泄漏或堵塞，管道長度應達到60m。同時定期做好鉆頭檢查，要求其直徑的磨耗量不能超過1cm，鉆頭直徑不能超過53cm。當需要在灌注樁的兩側分別設置粉噴樁時，需要為鉆孔樁施工預留好位置，使凈距達到140cm。成樁施工需按照從四周到中心的順序進行，對于兩根相鄰的樁位，應跳躍間打。砂墊層要在樁體強度不低于設計要求70%后進行鋪筑[8]。

4.3 塑料排水板、砂墊層、土工格柵與等載預壓相結合

該公路工程K24+000—K46+530 段的軟土厚度相對較小，只有1.8～6.6m，同時軟土中沒有粉細砂透鏡體。充分考慮上述特點，在地基范圍內插入排水板后形成若干排水通道。該路段采用以上措施進行處理取得良好效果。塑料排水板實測項目與要求見表3。

表3 塑料排水板實測項目與要求

對于軟土地基上相鄰構筑物連接的部位，應引起高度重視，否則可能導致路基滑塌，或路面開裂，嚴重時還會使構筑物和路堤之間的連接部位產生較大不均勻沉降，造成頻繁跳車，輕則影響行車舒適度，嚴重時將引發交通事故，加劇路基路面或其他構筑物的損壞。針對這種情況，在軟土地基分布區域內，大中型構筑物的基礎形式以鉆孔灌注樁為宜，以下部卵礫石層為持力層，使樁端在該層中進入一定深度；小型構筑物的基礎形式建議通過粉噴樁施工形成復合地基。除此之外，對該工程大面積分布的過濕土，通過摻加生石灰與翻耕晾曬加以處理，有效改善土體物理力學性質[9]。

5 結語

綜上所述，軟土地基處理是公路工程建設施工的主要環節之一，處理效果直接影響后續公路施工與使用，因此必須引起相關人員的高度重視。結合實例對軟土地基處理措施進行了初步分析與總結，明確了軟土地基的處理方法和要點，旨在為其他類似公路工程的軟土地基處理施工提供技術參考。