軟土地基處理技術(shù)在公路工程施工中的應(yīng)用

趙業(yè)偉

（中交一公局集團(tuán)華中工程有限公司，湖北武漢 430000）

0 引言

受地質(zhì)、氣候條件等影響，在公路工程施工中經(jīng)常會(huì)遇到軟土地基問題，如果對(duì)軟土地基處理不到位，后續(xù)公路建成使用中會(huì)出現(xiàn)各種問題，如引發(fā)不均勻沉降、導(dǎo)致路面凹凸不平、造成橋頭跳車等，嚴(yán)重影響行車安全。為保障公路施工質(zhì)量與安全，需要采取相應(yīng)的技術(shù)措施，解決公路軟土地基問題，減少其危害性。

1 軟土地基概述

1.1 軟土的內(nèi)涵

一般情況下，會(huì)將濱海、湖泊等沉積的淤泥、淤泥質(zhì)土、高壓縮性飽和黏性土等稱為軟土，軟土的含水量高、孔隙比大、壓縮性高，導(dǎo)致其抗剪強(qiáng)度和承載力不足。在靜水、慢流水中沉積、生化作用下形成的黏性土多為淤泥、淤泥質(zhì)土，其中含有有機(jī)質(zhì)，天然含水量高且超過液限。對(duì)于軟土地基，在工程設(shè)計(jì)和施工中都需要認(rèn)真對(duì)待可能出現(xiàn)的變形、強(qiáng)度不足等問題，要做好沉降和穩(wěn)定驗(yàn)算，一旦相關(guān)指標(biāo)不滿足要求，就需要及時(shí)處理。

1.2 軟土地基的特點(diǎn)

第一，軟土地基的含水量高、密度低、強(qiáng)度低、壓縮性高，且具有低透水性特點(diǎn)，一般其含水量可達(dá)到34%～72%，液限在35～60 之間，因此軟土地基排水固結(jié)較慢、穩(wěn)定性差，容易發(fā)生大的壓縮沉降。

第二，流動(dòng)變換性明顯。路面上部和外部負(fù)荷大的情況下，會(huì)導(dǎo)致路面下沉，對(duì)公路的使用造成不良影響。在路面局部下沉的情況下，會(huì)導(dǎo)致路面破裂，軟土地基結(jié)構(gòu)與路堤銜接處產(chǎn)生差異沉降，進(jìn)而導(dǎo)致橋頭跳車等。同時(shí)，涵身和通道凹陷會(huì)拉寬沉降裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致滲水。路面橫坡坡度變緩，更容易積水，會(huì)逐漸損壞路面，導(dǎo)致路基失穩(wěn)被破壞，引發(fā)路面沉陷病害等[1]。

第三，有一定結(jié)構(gòu)性，也就是觸變性、蠕變性，絮狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致骨架剛度加大，其力學(xué)性質(zhì)與應(yīng)力水平密切相關(guān)。在應(yīng)力水平低的情況下，土的力學(xué)特性良好。如果應(yīng)力水平較高，會(huì)破壞土的結(jié)構(gòu)性，其力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生不良變化。

第四，有硬殼層存在。在地表風(fēng)化、淋澆作用下會(huì)形成硬殼層，硬殼層的強(qiáng)度較高，且具有中等壓縮性和較強(qiáng)結(jié)構(gòu)性。如果公路工程路堤有2～3m 高，此時(shí)可利用其硬殼層施工。

1.3 軟土地基危害性

軟土地基會(huì)導(dǎo)致公路工程產(chǎn)生以下問題：第一，強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低。公路建設(shè)等級(jí)高，其填土厚度大，如果地基缺乏足夠的抗剪強(qiáng)度，則對(duì)于路堤和路面外荷載無法承載，進(jìn)而出現(xiàn)局部、整體剪切破壞，路堤沉陷坍塌，橋臺(tái)破壞，影響到公路工程穩(wěn)定性；第二，沉降變形問題。上部荷載和外荷載作用下，地基會(huì)產(chǎn)生較大沉降變形，對(duì)公路的使用造成不良影響。第三，地基土?xí)艿絼?dòng)力荷載的影響，比如車輛震動(dòng)和地震等，尤其是飽和無黏性土?xí)霈F(xiàn)液化、失穩(wěn)現(xiàn)象。

2 公路工程施工中軟土地基處理存在的問題

2.1 地基處理方法不合理

在公路工程施工中，對(duì)軟土地基的具體處理方式至關(guān)重要。因此，在進(jìn)行軟土地基處理前，需考察實(shí)地環(huán)境和地質(zhì)條件，選擇合適的處理措施。但目前，一些公路工程中選擇的處理方式并不合理，甚至存在盲目選擇的問題。比如，使用振密加固法處理飽和軟黏性土。同時(shí)，還存在軟土地基優(yōu)化力度不足的問題，沒有全面進(jìn)行方案分析，導(dǎo)致使用的方法不合適，不僅無法取得理想的處理效果，還會(huì)加大時(shí)間、財(cái)力和資源的浪費(fèi)[2]。

2.2 機(jī)械設(shè)備落后

我國(guó)各地區(qū)地質(zhì)條件存在差異，且地基情況具有一定復(fù)雜性，雖然在巖土研究發(fā)展中取得不錯(cuò)的成果，軟土地基處理水平提高，施工設(shè)備也更加先進(jìn)，但仍存在一些不足，比如，部分施工設(shè)備無法有效開展軟土地基作業(yè)，導(dǎo)致處理效果較差，最終引發(fā)公路工程損壞。

2.3 施工水平參差不齊

公路工程建設(shè)發(fā)展中，一些施工人員缺乏經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)不到位，整體上文化水平較低，在企業(yè)未對(duì)其進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)的情況下，容易出現(xiàn)操作不規(guī)范的問題。處理地基需分析具體情況，然后選擇合適的處理方式。但一些施工人員為了省事，往往忽略實(shí)際地基處理要求，施工具有盲目性，從而對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。

除了施工人員，施工單位之間也存在水平參差不齊的問題，軟土地基能否處理合格，不僅與設(shè)計(jì)的處理方案有關(guān)，也與施工單位施工水平有很大關(guān)系。但由于相關(guān)部門監(jiān)管不到位，導(dǎo)致一些資質(zhì)不足的施工單位進(jìn)入市場(chǎng)，為追求高效益，縮短工期，違背施工規(guī)范，引發(fā)嚴(yán)重質(zhì)量安全隱患。

2.4 工程監(jiān)管不到位

公路工程軟土地基處理中，要保證施工質(zhì)量，必須對(duì)施工過程加強(qiáng)監(jiān)管力度。不僅要求施工企業(yè)自身做好質(zhì)量控制工作，還需要監(jiān)理部門、政府監(jiān)管部門等參與監(jiān)督。部分監(jiān)管部門責(zé)任心不足，未有效對(duì)軟土地基施工開展監(jiān)管，導(dǎo)致不少質(zhì)量缺陷、安全隱患未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，后續(xù)釀成嚴(yán)重后果。

3 軟土地基處理意義與原則

3.1 軟土地基處理意義

第一，做好軟土地基處理可以提高路基承載力。路基承載力的提升也是施工重要目標(biāo)，只有采取措施加強(qiáng)軟土地基處理，做好施工質(zhì)量控制，才能避免發(fā)生質(zhì)量問題，保證公路工程建設(shè)效果。施工單位需做好施工現(xiàn)場(chǎng)管理工作，加強(qiáng)巡視檢查，根據(jù)具體情況選擇合理的處理方案，并規(guī)范施工。

第二，滿足施工需要。施工單位需制定相關(guān)措施來處理軟土地基，并在施工中嚴(yán)格把握技術(shù)要點(diǎn)，才能保證處理質(zhì)量，滿足工程建設(shè)需要。

第三，提升公路工程施工質(zhì)量。公路工程施工質(zhì)量的提升，需要控制好原材料質(zhì)量，保證每道環(huán)節(jié)施工質(zhì)量，采取合理方案有效處理軟土地基。并做好施工人員培訓(xùn)，確保其能夠按照流程和工藝規(guī)范操作。

3.2 軟土地基設(shè)計(jì)處理原則

第一，在軟土地基上進(jìn)行路堤修筑，需開展穩(wěn)定驗(yàn)算、沉降計(jì)算。穩(wěn)定驗(yàn)算過程中，可采用總應(yīng)力法、有效固結(jié)應(yīng)力法和準(zhǔn)畢肖普法，其中各類計(jì)算方法中，對(duì)相關(guān)性能指標(biāo)需根據(jù)其穩(wěn)定安全系數(shù)容許值進(jìn)行控制。沉降計(jì)算則需根據(jù)公路等級(jí)，以及具體的施工部位是橋臺(tái)與路基相鄰處還是涵洞、箱型通道處，來明確其容許工后沉降值，從而選擇合適的軟土地基處理方案。

第二，設(shè)計(jì)軟土地基處理方案時(shí)，需依據(jù)軟土地基地質(zhì)勘查資料，在滿足路線布設(shè)工作基礎(chǔ)上，比較選擇設(shè)計(jì)方案，采用合理的鉆探技術(shù)進(jìn)行處理。

第三，根據(jù)路基情況選擇處理方法。在加固處理軟土地基過程中，如果軟土層淺、薄，則適合選擇表層處理法。開挖換填法可用于重要構(gòu)造物基礎(chǔ)處理施工，軟土層厚的情況下，可以選用表層處理法結(jié)合其他方法進(jìn)行。強(qiáng)夯法適合處理有砂層、薄的軟土層。較厚的軟土層，其中沒有砂層的情況下，形成較長(zhǎng)的排水距離，延長(zhǎng)固結(jié)和沉降時(shí)間，且不會(huì)加大強(qiáng)度，因此可使用表層排水法進(jìn)行沉降處理。若淺層部位堆積的砂層有4m 厚，下方為軟黏土層，此時(shí)不需考慮其穩(wěn)定問題，使用強(qiáng)夯法進(jìn)行沉降處理即可[3]。

第四，根據(jù)道路性質(zhì)選擇。道路等級(jí)越高，則對(duì)平整度要求越高，需選擇合適的方法進(jìn)行沉降處理。道路等級(jí)較低的工程，可以先簡(jiǎn)單鋪設(shè)路面，沉降完成后，再正式進(jìn)行路面鋪設(shè)，以節(jié)約資金。同時(shí)，在軟土地基處理中，需考慮到路堤設(shè)計(jì)寬度和高度。使用換填法處理軟土地基，如果路堤寬、低，則容易被損壞，高而窄的路堤更容易使用換填法處理。

第五，選擇處理方案時(shí)，需綜合地質(zhì)水文條件、機(jī)械設(shè)備、環(huán)境條件等，對(duì)各方面技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性加以比較分析，然后選擇最佳方案。

第六，使用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，在軟土地基處理和公路施工中，各類影響設(shè)計(jì)的因素是處于變化中的，需注意做好補(bǔ)充勘查工作，嚴(yán)格開展試驗(yàn)，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4 軟土地基處理技術(shù)在公路工程施工中的具體應(yīng)用

4.1 換土墊層法

軟土地基處理中，使用換土墊層法是挖去基礎(chǔ)底面一部分軟弱土層，然后再換填其他穩(wěn)定、無侵蝕性的材料，比如砂礫、碎石和灰土等，然后夯實(shí)密實(shí)。此法操作簡(jiǎn)單、成本低，需要的機(jī)械也比較常見，適合在厚度較薄、排水方便的軟土層使用。一般情況下，其換土深度在80cm 左右，不會(huì)超過2m。主要用以下兩種施工技術(shù)。

一是拋石擠淤法。該方法使用不易風(fēng)化的石料，根據(jù)軟土稠度確定片石的大小，如果工程軟土地基為有流動(dòng)性的粉砂土，則適合選用小點(diǎn)的片石。從路基中部逐步向兩邊拋石，上部填塞選擇小石塊，并經(jīng)重型機(jī)械嚴(yán)密碾壓。同時(shí)，該方法操作中不需要抽水，因此經(jīng)濟(jì)性較好。

二是砂礫墊層法。砂礫墊層的透水性較好，鋪設(shè)在軟土地基頂面后，可以使排水增加，受填土荷載作用，軟土地基可以快速排水固結(jié)，使地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性提高。片石經(jīng)過碾壓密實(shí)后，上方分兩次鋪設(shè)砂礫墊層，然后逐層壓實(shí)，可選擇中砂、粗砂，控制好含泥量。碾壓作業(yè)中，一般砂墊層含水量不會(huì)超過12%。盡量避免操作過程擾動(dòng)軟土表層，否則容易導(dǎo)致砂與淤泥混合，進(jìn)而對(duì)墊層效果產(chǎn)生不利影響。

4.2 排水固結(jié)法

在當(dāng)前公路工程軟土地基處理中，排水固結(jié)法應(yīng)用較多，其經(jīng)濟(jì)性好、適用性強(qiáng)，且操作便利。通過在軟土地基中設(shè)置豎向排水體將地基的邊界條件改變，使孔隙水有更多的排除途徑，固結(jié)時(shí)間減少。通常需要砂墊層作業(yè)，配合袋裝砂井、塑料排水板進(jìn)行。

4.2.1 袋裝砂井

使用鏈聚合物編制而成，比如聚丙烯和聚乙烯，因此其抗拉強(qiáng)度好，而且耐腐蝕性強(qiáng)，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害，價(jià)格也比較低廉，有著廣泛應(yīng)用。選擇中砂、粗砂，施工中先定位，按設(shè)計(jì)要求和施工順序做好打孔機(jī)定位。使用打孔機(jī)和無縫鋼管打孔，孔標(biāo)高要符合設(shè)計(jì)要求。之后下砂袋，其中放中粗砂，要保持干燥和密實(shí)度，成孔后在孔中放入砂袋，高出地面一定距離，缺砂的情況下要及時(shí)補(bǔ)充。然后將套管拔出，埋好砂袋頭在設(shè)計(jì)的砂墊層中，分兩次鋪設(shè)砂墊層，以方便作業(yè)。

4.2.2 塑料排水板

要具備足夠抗拉強(qiáng)度、柔性和抗腐蝕性，以保障其長(zhǎng)久使用。即使土體固結(jié)變形也不易被折裂損壞，且能夠隔離土粒滲透。塑料排水板的使用，可以提高施工效率，且排水固結(jié)效果好。

上述兩種排水固結(jié)方法在設(shè)置中都需考慮間距問題，一般為1.2～1.5cm，間距過密不易于施工，且會(huì)對(duì)原地層強(qiáng)度造成破壞。根據(jù)壓縮層深度情況，考慮控制其加固長(zhǎng)度，一般需穿過軟土層到達(dá)硬層。如果軟土較厚，則可延長(zhǎng)。在有較高含水量的軟土地區(qū)，需鋪設(shè)應(yīng)力土工布，以強(qiáng)化地基穩(wěn)定，必要的情況下可以鋪設(shè)土工格柵來促進(jìn)路堤抗剪能力提升，避免滑移。使用排水固結(jié)法處理軟土地基，在完成軟基施工后，填筑路基土方時(shí)也要重視軟基排水，以保障排水固結(jié)效果[4]。

4.3 碎石樁法

相比排水固結(jié)法，碎石樁法的施工周期短、加載快速連續(xù)，需先清理好場(chǎng)地，配備需要的機(jī)具，沉入管樁后加料壓密，之后拔管，將機(jī)具移位。低強(qiáng)度軟黏土施工之后，需要將孔壁保護(hù)好，保持其暢通。開孔時(shí)不可立即到達(dá)加固深度，需先到軟弱層后加料、擠振，此層周圍分布填料護(hù)住孔壁，然后繼續(xù)向下開孔，就可以在制樁前護(hù)住整個(gè)孔道的孔壁。如果該過程中泥漿過稠，則會(huì)減緩孔內(nèi)骨料下降速度，對(duì)施工速度和成樁質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，因此需在成孔后及時(shí)清孔，回水帶出稠泥漿。

施工中，遇到地基中的硬層，成孔要適當(dāng)擴(kuò)空，也就是利用振沖器在硬層中多次反復(fù)上下擠振作用下擴(kuò)大孔道。每次少量填料，然后振沖器振密。

常見填料方式有三種：一是提出振沖器后，向孔中加料，然后進(jìn)行振密；二是不提出振沖器，只上提一點(diǎn)使其離開原先振密過的部位，然后倒料、振密；三是連續(xù)加料，振沖器負(fù)責(zé)振密，深度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，將振沖器上提再振密。可根據(jù)地基土性質(zhì)，合理選擇填料方式。由于軟土地基中坍落的軟黏土?xí)氯椎溃虼诵杞?jīng)常清理孔中的淤泥，連續(xù)加料法不太適用。

4.4 灌漿法

利用機(jī)械設(shè)備向軟基空隙中灌入漿液材料，使其擴(kuò)散、固化，地基強(qiáng)度得以提高，同時(shí)降低軟基滲透性。先使用螺旋鉆、回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)鉆孔，孔徑可以小一些以避免冒漿[5]。進(jìn)行配比試驗(yàn)選擇合適的配比方案，根據(jù)程序加料和計(jì)算，需要多少就制備多少漿液。灌漿前需不停攪拌避免沉淀對(duì)漿液質(zhì)量造成影響。通過灌漿設(shè)備和管路將漿液注入目的層，灌漿前先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定單孔灌漿量，然后進(jìn)行灌漿施工。灌漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求即可停止，如果發(fā)現(xiàn)地面隆起、跑漿液，需及時(shí)停止操作，下一段灌漿料酌情減少，并檢查設(shè)備和封孔裝置等，確定無問題才可繼續(xù)執(zhí)行灌漿操作。

5 結(jié)語

軟土地基處理方法多樣，需根據(jù)公路工程等級(jí)、地質(zhì)條件、軟土情況等合理選擇使用，設(shè)計(jì)好軟土地基處理方案，并按規(guī)范操作，保證軟土地基穩(wěn)定性、強(qiáng)度有效提升，控制好基礎(chǔ)沉降，保證公路建設(shè)質(zhì)量和使用安全。