公路工程軟土路基加固處理技術

劉 歡

(湖北交投高速公路運營集團有限公司，武漢 430074)

在軟土地區建設公路，經常會出現路基沉降過大的問題，這主要和軟土性質有關。軟土具有含水率高、強度低、可壓縮性強等特征，正是這些特征導致了較大沉降的發生。因而在軟土地區建設公路有一定的難度，需要對路基進行加固處理。我國經過多年的工程實踐，已經形成了多種軟土路基加固處理技術。

為促進不同加固處理技術在軟土路基處治中的合理利用，對常用軟土路基加固處理技術進行了總結，并從適用土體、最大處理深度、工期、成本等方面對常用軟土路基加固處理技術進行了對比分析。

1 常用的軟土路基處理技術

1.1 密實法

密實法是工程中常用的軟土地基處理手段，其加固原理是通過荷載作用壓縮土體的體積，使得土體的可壓縮空間減小，密實度提高，進而增加軟土地基的承載力。在工程中，密實法又分為強夯法、真空預壓法以及堆載預壓法等幾種。

1.1.1 強夯法

采用鋼筋混凝土制成的圓錐體錘擊軟土路基，使路基壓實從而達到加固路基的目的[1]。該方法施工簡單、施工工期較短，且對路基的加固處理效果較好。經過強夯法處理后的路基承載能力是處理前的2～5倍，路基沉降量會大大減小，結構土體強度較高。但如果工程附近區域是對振動影響有規定的地區，則不能采用強夯法。濕陷性黃土地基和可液化的沙土地基多采用強夯法進行加固處理。

1.1.2 真空預壓法

真空預壓法通常用于處理地下水較多的軟土層[2]，其示意圖如圖1所示。采用真空預壓法處理軟土地基時，需要先在軟土地基中進行塑料排水板或砂井的布設，然后鋪設砂墊層，同時采用密封膜覆蓋，避免和空氣接觸，最后通過真空設備抽氣。密封膜內外存在氣壓差，軟土地基中的孔隙水會逐漸滲出，地基承載力也隨著孔隙水壓力的降低和軟土地基的固結而逐漸提高。

1.1.3 堆載預壓法

堆載預壓法是用石塊、砂料、土料或建筑物作為荷載對軟土路基進行預壓[3]。示意圖如圖2所示，圖中預壓荷載為路堤所產生的荷載。路基在附加荷載作用下產生超孔隙水壓力，后續隨著孔隙水被排出，土體有效應力不斷增長，土體得以固結。加固后軟土路基的承載力大小取決于上部堆積荷載值的大小。工程中為加快固結過程會在地基中設置一定深度的豎直排水通道，如圖中所示的砂井。

1.2 置換法

置換法是將一定深度的軟土進行清除，然后置換成穩定性好、強度高、不易壓縮的土體材料[4]。常用的材料有粉煤灰、碎石、鵝卵石等。置換法通常在淺層軟土路基的處理中使用，如圖3所示，其處理深度一般控制在5 m以內，土體類型一般是雜填土、腐殖土和淤泥質土等。置換過程分層進行，置換后需對填土進行夯實、振動等密實操作處理，最終形成強度高、穩定性好的路基。由于換填使用的材料抗剪切強度較高，路基地基承載力得到明顯提高。置換法會減小地基沉降，通常淺層地基的沉降主要是因為淺層土體承受荷載較大，上部土體易發生沉降，而軟土又極易被壓縮，所以會出現較大沉降，當軟土被替換為密實材料后，可以有效地減小地基沉降。置換法除了實現增強地基承載力和減小沉降功能外，還有著加速軟弱土層排水固結、防止土體凍脹以及消除膨脹土漲縮作用的優點。

1.3 復合地基法

復合地基法是在軟土路基中設置樁體[5]，通過樁體和土體共同承擔荷載。該方法不僅用于公路工程，在房屋建筑、鐵路、碼頭等的地基處理中也有廣泛應用。這主要是因為該方法在多數情況下既發揮置換作用又起到密實作用，能夠較明顯的提高地基承載力。砂石樁復合地基、水泥粉煤灰碎石樁復合地基、夯實水泥土樁復合地基、水泥土攪拌樁復合地基、旋噴樁復合地基等都屬于復合地基法的內容，其中在公路工程中應用最為廣泛的是水泥攪拌樁法和碎石樁法。

1.3.1 水泥攪拌樁法

水泥攪拌樁法是利用攪拌樁設備將水泥噴射到土體中，水泥與土體發生一系列的物理和化學反應達到硬化土體和增強地基承載力的目的。水泥攪拌樁法有著多方面的優越性，一是該方法對周圍環境影響較小，尤其對于周邊建筑較多的地區，甚至在市區施工也不會對周圍居民的日常生活產生較大影響。二是可以充分利用原有的軟土土層，僅通過加入水泥固化劑就可以使得原有土層承載力得到大幅提高。三是固化劑可以靈活選擇，根據地基承載力要求、工期要求、軟土類型等選擇合適的水泥固化劑。四是對軟土進行固化，其重度變化較小，這就意味著對下臥層產生的影響也較小。

1.3.2 碎石樁法

碎石樁法是當前軟土路基加固處理的常用方法之一，該方法先通過機械設備在軟土地基中打孔，然后將碎石壓入孔中形成大直徑密實樁體，從而達到加固軟土路基的作用。振密作用使得碎石樁周圍土體發生振動，土體結構發生變化，孔隙水壓力升高，在孔隙水壓力消散結束后，土體密實度得到提高，土體逐漸穩定。另外該方法還有排水減壓的作用，促進土體排水固結。

1.4 土工合成材料法

土工合成材料在公路工程中被廣泛應用[6]。土工材料一般是以高分子聚合物為原材料制備而成的產品，常用的有土工網、土工格柵等，該方法可以同其它地基加固處理技術共同使用，如在換填基礎上引入土工合成材料，可進一步提高地基承載力。土工合成材料應用到軟土路基時具有加筋作用，大大增強土體的抗拉能力，使土體應力重新分布，改善了土體的整體受力，進而使得土體的承載力得到明顯提升。

1.5 袋裝砂井排水法

袋裝砂井排水法是通過機械設備將盛有砂的編織袋打入軟土地基中[7]。袋裝砂井排水法是根據砂井排水法發展而來，其加固原理是通過袋裝砂井排水固結，該方法對應的施工工藝和施工設備簡單、成本低、且施工期不受天氣影響，因此被廣泛采用。

1.6 其他方法

除以上幾種方法外，公路工程軟土路基加固處理技術還有拋石擠淤法、反壓護道法、化學藥劑法等，其中拋石擠淤法是在路基底部放置片石，通過片石的擠壓作用將淤泥擠出路基基底，常用于常年積水地區。反壓護道法則是在路堤兩側修筑護道以抵消淤泥或泥炭向兩側隆起的趨勢。化學藥劑法是把水泥漿或其他化學藥劑注入到軟土中，使土體快速固結，最終達到提高路基承載力的目的。隨著公路工程的不斷發展，土體加固新技術還在不斷涌現和完善。

2 常用加固處理技術對比分析

不同的軟土路基加固處理技術在公路工程中使用時，每一種技術方法適用的土體、可處理軟土地基的深度、施工工期、經濟成本等都會存在差異。因而在工程施工時，需結合工程地質環境、軟土地基規模、施工時效及成本控制需求等多方面因素來選擇合適的加固處理技術。表1為不同加固處理技術的適用場景對比結果，可見，不同路基加固處理技術適用范圍有所不同。總體來看，水泥攪拌樁法、碎石樁法、土工合成材料法和袋裝砂井排水法適用范圍廣，且工藝上也較容易實現。除了從技術層面考慮不同路基加固處理技術的適用場景，還需要結合工程施工工期和成本等因素分析。不同加固處理技術的工期、成本對比結果如表2所示，可見，不同加工處理技術不僅工期有所不同，且成本差異較大；相對來說，強夯法和置換法是兩種能兼顧工期和成本的高效率、高性價比軟土地基處理方法。

表1 常用加固處理技術的適用場景

表2 常用加固處理技術的工期及成本情況

3 結 論

常用的軟土地基處理方法主要有強夯法、真空預壓法、堆載預壓法、置換法、水泥攪拌樁法、碎石樁法、土工合成材料法、袋裝砂井排水法等。在工程施工時，需結合工程地質環境、軟土地基規模、施工時效及成本控制需求等多方面因素來選擇合適的加固處理技術。相對來說，水泥攪拌樁法、碎石樁法、土工合成材料法和袋裝砂井排水法適用范圍更廣，且工藝上也較容易實現；強夯法和置換法是兩種能兼顧工期和成本的高效率、高性價比軟土地基處理方法。