濕軟土質下公路路基施工技術分析

何振炬

（廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

在公路路基施工中，經常會遇到不同類型的地質結構，如濕土、軟土及濕軟土等，在這些地質環境下進行路基施工，需要采取很多施工措施，而且這些施工措施不相同，如排水、補強等。隨著我國公路施工技術的不斷完善，現階段已具備在特殊地質環境中施工的能力，各項工程參數和指標已達到國際標準。公路濕軟土路基施工技術較復雜，要綜合考慮工藝、人員、設備、成本等因素，包括排水階段對周邊環境的影響及施工安全等。深入研究濕軟土質結構下的公路路基施工技術，能夠提高公路工程的質量和使用年限，對行車安全性和舒適度具有重要意義［1］。

1 濕軟土質結構概述

施工環境的土質受到地下水或地表水的侵蝕，使得地基長期處于潮濕或過濕狀態，但地基本身具有一定的結構強度，這種情況下的施工環境可歸結為濕土環境。軟土地質結構是指飽和的軟黏土，但不包括飽和的砂性土和液化土，按照成因可分為海洋沿岸、湖畔及河灘沉積；按照物理特性可分為軟黏性土、淤泥質土和淤泥、泥炭、雜填土、高壓縮土等。軟土地基自身強度較差，通常需要采取補強等措施。濕軟土兼有濕土和軟土的特征，長期處于濕潤的環境中，但自身的結構強度不足，需要同時采取排水和補強措施。

在濕軟土質環境下的公路路基施工中，如果不事先對土質結構進行加固處理，則后續一系列常規的施工操作將不再適用，這是因為在此種環境下，土質結構具有較低的強度和較小的承載力，雖然相關的力學、物理學等定律依然適用，但是工程施工中的各類公式需要經過復雜的換算才能符合濕軟土質條件下的計算要求。以折算系數為例，不同的土質環境下折算系數不同，與土質中含水量、孔隙比等很多因素有關，因此折算與換算過程非常容易出現差錯，相關數據的錯誤將給工程施工造成嚴重影響，包括材料使用量和時間控制等方面。因此，在路基施工前，對這類濕軟土質結構進行加固處理尤為必要，而加固的目的就是為了控制地基沉降，提高結構的穩定性，這也是公路路基施工中的重點和難點。一方面，通過監測設備對路基的沉降情況進行連續監測，監測過程應在較為理想的施工環境下進行，避免在雨天等環境進行監測。監測應選用精度較高的儀器，在監測之前應查看儀器的質檢情況，施工現場的監理人員負責監測過程的協調工作。另一方面，當路基不再發生沉降后，可取樣進行結構強度和穩定性的測試，通過試驗來綜合判定路基施工質量是否能夠滿足施工的標準要求［2］。

2 濕軟路基常用處理方法

通常，淺層及深層的處理范圍很難界定，根據工程經驗，地面以下大概5 m深度范圍內可視作淺層，這種深度的人工地基應用由建筑物的荷載值大小決定，同時與地基土的具體力學特性有關。相比深層地基處理，淺層地基在處理過程中需要的工藝技術和設備較簡單，消耗的施工材料更少。

2.1 淺層處理方法

2.1.1 換填法

換填法又稱作換土法，是指將路基區域范圍內的軟土清除，取而代之的是穩定性較好的土、石等材料，將這類土、石回填后再進行壓實或夯實的過程。換填施工的難點在于實際開挖深度和壓實效果的控制，某種意義上來講，二者是相輔相成的，最終目的都是為了控制路基的沉降量。

解決措施：公路路基施工中，通常采用開挖換填天然砂礫的方法，將影響路基穩定的軟土或淤泥用挖掘機清除，使用天然砂礫換置，實際的開挖換填深度應控制在2 m以內，使用分層回填、分層壓實和分層壓實度檢測的方法，進而提高地基的承載力、抗形變和穩定性等工程指標，換填過程中應充分考慮天然砂礫中碎石的含量、粒徑和級配參數，認真做好試驗檢測工作，避免壓實效果不佳而引起沉降。換填法的作用是根據土中附加應力的分布情況，使墊層承擔較大的荷載，而軟土層則承受較小的荷載，達到持力層具有較高承載能力的目的，在一定程度上加速了軟土層排水固結的速度，弱化了膨脹土的形變趨勢，并減少了沉降量。

2.1.2 拋石擠淤法

拋石擠淤法是指用片石投入軟土使淤泥擠出的方法。該方法在施工過程中不用挖淤、抽水，施工工藝簡單易用，能夠使片石在軟土中沉底，在表面無硬塊、厚度很薄的稀疏軟土（軟土層厚度小于3 m）中使用較多，填料的屬性、拋填的順序及回填過程是該施工方法的難點。

解決措施：此種工法在填料過程中應使用弱風化石料進行擠淤，粒徑尺寸小于30 cm的石料含量應控制在20%以內，在軟土層相對較為平坦時，應沿路中線向前方拋填，并逐漸向路兩側擴展，當片石從軟土面拋出后，可使用粒徑較小的石塊進行填塞、墊平，隨后使用重型機械進行碾壓，并于其上方鋪設反濾層，最后回填土石方，回填施工過程應分層填筑、分層碾壓。

2.1.3 砂墊層法

砂墊層法屬于一種常用的軟土路基處理方法，通過砂（碎石）墊層將地基的持力層軟土直接置換，施工過程中挖出基底一定深度的軟土，使用砂、碎石或其他硬度較大的材料分層填筑，然后進行夯實、振密。砂墊層法因施工技術簡單易用而得到了廣泛的使用，在多數軟土路基施工中為首選。砂墊層法對提高路基持力層的荷載能力具有明顯的效果，并可減少路基沉降，在加速軟土層的排水固結能力方面也具有一定作用，可提高地基的強度和穩定性，防止地基土受到塑性破壞，砂墊層厚度的控制是該工法的難點所在。

解決措施：砂墊層厚度通常控制在0.5～1.0 m，墊層太厚會給施工帶來不便，墊層太薄則施工效果較差。砂料中應以粗砂為主且級配良好，粗砂顆粒不均勻系數應小于5，含泥量應控制在5%以內。該工法可就地取材，施工便利、成本較低，適用于淤泥質土、素填土、雜填土及濕陷性黃土的淺層地基處理，此外也適用于類似土質結構的暗溝、暗塘等地基處理。

2.1.4 土工合成材料墊層法

工合成材料墊層法多用于路基底部軟土地基施工，鋪設的土工合成材料加筋后形成復合式土體結構，起到排水、反濾、隔離、加固和補強等作用，該工法可提高路基結構的整體穩定性并減少路基沉降。該工法的施工難點是土工格柵部分，特別是格柵的規格、位置及搭接寬度等參數應重點關注。

解決措施：在土工合成材料墊層法施工中，當進行土工格柵鋪設時，應將格柵拉緊，禁止發生褶皺，用鋼釘將格柵固定在底面上，將土工格柵強度較高的位置垂直于路基的軸線方向，且相鄰兩組格柵搭接寬度應為20 cm，使用φ0.9 mm的鋼筋將搭接處綁扎牢固。應保證鋪設土工格柵材料的地面平整無雜物，禁止使用施工機械碾壓土工格柵，完成土工格柵的鋪設后應及時進行填筑，以防止長時間的陽光暴曬或雨水浸泡［3］。

2.2 深層處理方法

2.2.1 排水固結（預壓）法

排水固結法施工的目的：①減少結構體地基沉降，使地基沉降在預壓階段基本結束，最終使結構體在正常使用過程中不再發生沉降。②加速地基土抗剪強度的變化，提高結構體地基強度和穩定性。③在一定程度上消除欠固結軟弱地基中負摩阻力，也可減少工后地基沉降范圍。而土體結構中的孔隙水一般較難徹底排出，該工法的施工難點在于砂井及排水墊層的設置。

解決措施：根據排水固結的原理，在地基土內部設置砂井進行豎向排水，鋪設排水墊層，使用建筑物自重分級加載，或在建筑物施工前先行預壓以排出土體結構中的孔隙水，分層固結使地基發生下沉，待地基穩固后其強度可達到工程標準要求。排水固結法比較適用于淤泥質土、沖填土和黏性土的路基施工處理中。

2.2.2 粉噴樁法

粉噴樁施工法屬于深層地基加固方法的一種，也稱為加固土樁法，該工法在飽和軟黏土地基的加固中被廣泛使用，屬于一種新型的深層攪拌法。粉噴樁法施工使用專用的機械設備，施工過程包括樁位放樣、鉆機就位、樁基檢測、機體調整、鉆進預定深度、打開噴粉孔、提鉆噴水泥、達到標高停止噴粉、復噴等［4］。該工法的施工難點在于固化劑原料的選用和搭配，以及完成軟土凝結后結構強度的驗證。

解決措施：使用水泥、石灰等原料作為固化劑的主要成分，由特定的拌和設備將軟土和固化劑進行攪拌，軟土和固化劑在混合攪拌過程中會發生一系列的物化反應，軟土在經此過程后發生凝結，凝結后的軟土具有足夠的整體性、水穩性和結構強度，能夠滿足路基施工的要求。

3 工程案例應用與分析

3.1 工程概況

以廣西崇左市某段公路工程為例，該施工區濕軟土路基共計10段，總長度為1 256 m，其中挖淤泥和軟土共106 842 m3，拋石擠淤量為 925 614 m3，回填砂巖及透水性砂巖量為 115 436 m3，處理面積為 61 564.3 m2，工程中對濕軟土路基處理是重點工作內容，這對保證路基的施工質量和工期具有重要意義。將ZKL5+580～ZKL5+600和ZKL7+400～ZKL7+540段表土清除，使路基置于巖體上，實際換填深度為2 m，同時清除ZKL7+940～ ZKL8+036段表土，使路基置于巖體上，實際換填深度為3 m，其余路段的換填深度為1.5 m，拋石擠淤深度為2 m。

3.2 存在的問題

該施工段中濕軟土路基范圍較大，地質構造較復雜，在進行路基處理時存在諸多不確定性，包括很多風險因素及環保因素，因此應選擇合適的濕軟土路基處理方法。經地質勘測發現，該施工區域水系發育，臨近農田和池塘，不宜使用排水固結法進行濕軟土路基的處理，否則會給附近的環境帶來污染。如果使用水泵進行疏排水，需要進行遠距離輸送，會增加額外的施工成本且效果不理想。此外，濕軟土質環境下進行路基處理經常會發生不均勻沉降現象，施工后路基含水量、孔隙比、結構強度等指標很難達到要求，這些因素給該區域的路基施工帶來了一定的困難。

3.3 解決對策

為保證該土質情況下路基具有較好的結構強度，本施工案例中使用拋石擠淤的方法處理施工區的軟基。首先進行表層淤泥和軟土的開挖工作，換填開挖應從縱向的施工便道其中的一側開始，開挖時應保證機械設備在已填實的便道上行進，配合一定數量的自卸車，邊挖邊進行收運，在指定位置集中存放棄土。施工現場應配有專職監理人員來協調設備及施工進度，當挖到設計標高時，通知監理等相關技術人員進行驗槽，工程參數符合設計標準后用挖掘機或推土機進行平整、碾壓，然后使用小石塊填塞、墊平，最后使用壓路機碾壓密實。當軟土地質呈流動狀時，填筑過程應沿路基中心線以三角形的方式向前投放片石，并逐漸向兩側區域擴展。當軟土地層的橫坡坡度超過1∶10時，應從高處逐漸向低處進行填筑，并于低處的坡腳外適當寬度范圍內同時進行片石拋填，拋填片石后再填充墊層，采取逐步推進的方式進行。

沿濕軟路基的縱向每隔100～160 m設置斷面監測點，保證至少有3個斷面監測點，在填挖分界處增設穩固的監測點。用于位移監測的邊樁可設置在公路兩側，坡腳位置最佳，也可設置在坡腳外4 m處，在滑裂或失穩度較大位置應增加監測點，一般情況下應在坡腳外布設位移邊樁，具體范圍在3～9 m，數量為3～4個，同時位移邊樁應確保安全、可靠。斷面邊樁應以同一軸線為設置原則，并不定期對作業基本面進行校核，樁基面需有穩妥的保護措施，地面位移監測設備的測角精度為2″，測距的精度誤差為±5 mm，濕軟路基橫向上的位移監測重點位置是公路采空區或土質條件較差的路段。

在進行沉降情況監測前，應在路基的中心、路肩及坡腳的基底處預先埋設沉降板，以實現對這些位置高程變化的準確監測，進而對濕軟路基的具體沉降情況有所掌握，可通過水平位移標點樁或校核基點樁的方式進行監測，測量精度要求為1 mm/km，應事先做好標點邊樁的埋設工作，對相關數據及時監測并做好記錄，為濕軟路基的處理和施工提供數據支持。此外，應充分利用其他工程設備對路基的沉降情況進行有效監測，如分層沉降儀、地表沉降板等，這些專用監測儀器能夠較好地反映路基的沉降速率，保證路基施工的順利進行［5］。

3.4 施工質量評估

本工程案例中使用了拋石擠淤法進行濕軟路基施工，使施工區域內淤泥發生整體剪切破壞，兩側淤泥向上翻涌并逐漸隆起，在淤泥中形成連續滑動面，使得土石填筑體能夠擠開淤泥而不斷下沉到一定深度。可見，土石填筑體及重型施工車輛的壓力，使填筑體和淤泥達到新的平衡狀態，待此平衡狀態靜置一段時間后，對該施工段的地基強度等工程指標進行檢測可知，由少量淤泥及填筑體構成的新的地基結構，其含水量較低、孔隙比較小、結構強度較高，符合濕軟土質結構路基施工后的各項標準。本案例的成功應用，證明了拋石擠淤法在濕軟土質情況下提高路基整體結構強度的可行性。

4 結束語

拋石擠淤法的實質是向流塑狀、高濕軟度的淤泥質土中集中拋填土石料，通過填筑體自重或施工機械的壓力，將淤泥擠出基底并由填筑體占據，以達到置換濕軟土的目的，并以此增強地基的荷載能力。本文深入研究了濕軟土質結構下公路路基施工技術，特別是在淤泥土質情況下的換填開挖、運輸和拋石擠淤等工作，對減小路基沉降、提高路基整體結構的穩定性具有重要作用。