淺析軟土路基施工技術在高速公路工程施工中的應用

李廣玲

（曹縣公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 曹縣 274400）

0 引言

在多數高速公路工程中，因地形和地質條件極為復雜，特別是在江南水鄉(xiāng)和濱海濕地等地區(qū)，軟土路基廣泛分布，如何安全、有效地進行軟土路基施工是施工中面臨的重大挑戰(zhàn)。軟土因其自身的物理特性，例如低剪切強度、高壓縮性和敏感性，導致施工過程復雜且難以控制，若后期路基沉降過大，將影響公路平整度和舒適性，甚至引發(fā)安全問題。因此，本文對適用于軟土路基的施工技術進行分析，并結合案例探討軟土路基施工技術的科學選用，其經驗希望能對公路工程施工質量和效率的提升提供參考。

1 軟土路基的特征

軟土的基本特性首先源于其低強度，其抗剪強度一般在10～20kPa之間，遠低于其他類型的土壤，如砂土或黏土，低強度使得軟土在承受荷載時更容易產生形變。另外，在濕度和溫度等因素的影響下，軟土強度表現(xiàn)出明顯的不穩(wěn)定性。軟土的壓縮性大，一般情況下壓縮模量在5～25MPa之間，意味著它在荷載作用下容易產生較大的位移，沉降量可達數十甚至上百毫米，遠高于其他類型的土體。這種大的沉降量對高速公路的安全和運行穩(wěn)定性造成了威脅。軟土的液限高和塑性指數大，這些指標的高低直接反映了土壤的可塑性和液態(tài)化傾向，軟土的液限一般在40%～80%，塑性指數在15～30之間；在濕度變化的影響下，軟土的物理和力學性質變化大，進一步增加了施工的難度[1]。

2 軟土路基常見施工技術

常見的軟土路基施工技術有預壓法、土質改良技術、深層攪拌法、土石混合樁法、粉噴樁施工、液態(tài)粉煤灰回填施工技術等。

2.1 預壓法

作為一種典型的軟土地基處理技術，其操作方法主要是通過在施工區(qū)域施加大于設計荷載的重壓，使得土壤中的孔隙水逐漸排出，旨在提升軟土的強度和穩(wěn)定性。這種方法主要應用于液限高、塑性指數大、壓縮性強和強度低的軟土地基處理。預壓法的預壓荷載不應小于設計荷載的1.2倍，以保證能夠有效地排出孔隙水，提高地基土的強度和穩(wěn)定性。此外，預壓法還需要對預壓荷載和土壤排水量進行實時監(jiān)控，以便及時調整預壓荷載和評估地基土的強度和穩(wěn)定性。預壓法可以使軟土的壓縮模量提高20%～30%，強度提高40%～60%[2]。

2.2 土質改良技術

通過添加適量的改良劑如水泥、石灰或飛灰等，改善其物理和力學性質，提高路基的穩(wěn)定性。改良劑的添加量通常在土體重量的5%～20%之間，具體比例需依據土體的原始性質、改良的目標以及經濟效益進行精細化調整。研究表明，經過土質改良技術處理后，軟土的抗剪強度可以提高1～3倍，壓縮模量可以提高3～5倍，對于抗剪強度15kPa、壓縮模量5MPa的原始軟土，改良后，抗剪強度可提高至30～45kPa，壓縮模量可提升至15～25MPa，能顯著提升路基的穩(wěn)定性[3]。除此之外，土質改良技術還可以改善土壤的排水性能，改良后的軟土透水系數可以提高2～4倍，使得土體中的孔隙水排除更為迅速，加速施工進度。然而，雖然土質改良技術在改善軟土性質方面取得了顯著效果，但選擇適宜的改良劑和配比需要專業(yè)知識和豐富的經驗，添加和混合改良劑需要專業(yè)的設備和技術，會增加工程的成本。此外，部分改良劑可能對環(huán)境產生影響，因此在施工過程中需要嚴格遵守環(huán)保規(guī)定和標準。

2.3 深層攪拌法

主要通過機械攪拌將路基土體與改良劑混合，從而提高土體的強度和穩(wěn)定性。這種方法特別適用于高深度軟土的處理，可以在不需要挖掘和換填土體的情況下，直接提升土體的承載能力和穩(wěn)定性。深層攪拌法通常包括干法和濕法兩種，干法主要用于濕度較大的土體，而濕法主要用于濕度較小的土體。在實際施工中，深層攪拌法的深度可以達到20～30m，混合直徑可以達到1.2～1.6m，強度可以提高3～5倍，穩(wěn)定性可以提高2～3倍。深層攪拌法在施工過程中涉及到的施工設備復雜，需要具備高強度的鉆桿和強力的旋轉力矩，且施工噪聲大，對周邊環(huán)境影響較大，攪拌過程中可能會產生大量的氣體和熱量，需要進行有效的排氣和冷卻[4]。深層攪拌法的效果受到土體類型、改良劑性質和攪拌效果的影響，需要進行充分的前期試驗和設計，以確保施工的效果和安全性。

2.4 土石混合樁法

在軟土層內打入土石混合樁，以改善路基土的承載能力和穩(wěn)定性，該方法結合了土質改良和深層壓實兩種技術的優(yōu)點，特別適用于高度壓縮性或強度較低的軟土地基。在施工過程中，首先將改良劑（如水泥、石灰等）與碎石混合，然后通過旋挖設備在預定位置打入混合料，形成土石混合樁。通過這種方法，可以有效提高軟土的抗剪強度和壓縮模量，減少地基的沉降和變形，提高路基的穩(wěn)定性。研究表明，經過土石混合樁法處理后，軟土的抗剪強度可以提高2～4倍，壓縮模量可以提高4～6倍，有效控制了地基的后期沉降。而且，土石混合樁的施工效率高，施工周期短，對施工環(huán)境的影響小，不會產生大量的挖掘土和廢棄物[5]。土石混合樁法中，樁的布置需要精確計算和嚴格控制，否則可能會影響樁的效果和土體的均勻性，樁的質量受到混合料配比、攪拌質量和打樁設備性能的影響，需要進行嚴格的質量控制。

2.5 粉噴樁施工技術

粉噴樁施工通過深層噴射攪拌機將水泥用壓縮空氣噴射至被加固的深層軟土中，水泥與被攪拌葉片切碎的地基土強行攪拌并充分混合均勻，在水泥與軟土顆粒間發(fā)生一系列的物理、化學反應，最終形成具有整體性、水穩(wěn)定性及一定強度的加固柱狀體。用該樁取代同體積的軟土，形成豎向增強體，起到置換作用，能提高承載力，由樁和樁間土組成復合地基，共同支承上部荷載。

2.6 液態(tài)粉煤灰回填施工技術

在高速公路工程的軟土路基施工中，液態(tài)粉煤灰的應用顯現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。在實踐中，高速公路處理過程中的主要問題包括橋臺傾覆和橋頭跳車。這些問題通常由于橋頭和臺背填料間的不均勻沉降引發(fā)。液態(tài)粉煤灰相比于傳統(tǒng)的砂礫土、級配砂礫等填料，在物料來源、成本控制、施工效率以及環(huán)保性等方面具有顯著的優(yōu)勢。

3 高速公路工程軟土路基施工技術的應用

3.1 工程概況

某沿海一項高速公路工程，沿線穿越河流，再經過莒城鹽場，由于海水養(yǎng)殖和鹽業(yè)的發(fā)展，原始地形已經被人工改造，整個工程區(qū)域被劃分為三部分：（1）養(yǎng)殖池區(qū)域，長度大約2000m；（2）河流之間的沿海灘涂，長度大約800m，海床平緩，覆蓋有淤泥；（3）河流以東的鹽池和養(yǎng)殖池，分別長約1500m。地貌上，該區(qū)域以沖積海積平原為主，其中還混雜著河流和低山丘陵地貌。水系主要由沁水東河和沁水西河組成，它們的河谷寬闊，河床起伏不大，水流量會隨季節(jié)變化而顯著改變。潮汐作用在此地區(qū)非常明顯，百年一遇的高潮水位可以達到2.7m，而平時最低的潮水水位為0.4m。該工程地下水均為第四系孔隙潛水，其補給來源主要是海水、區(qū)外地下水徑流和大氣降水垂向補給，水源在地形和氣候條件的共同影響下，形成了特定的水文地質條件。該高速公路工程所處的地理環(huán)境復雜，包括地形、地貌、水系、潮汐、地下水、地震等多個方面都需要考慮，需要對軟土路基施工技術進行深入研究，以期找到一種更為有效和適合的施工技術，保證工程的順利進行。本文主要探討粉噴樁施工技術、液態(tài)粉煤灰回填施工技術以及砂墊層法和深層攪拌法相結合、堆載預壓法和深層攪拌法相結合施工技術的應用。

3.2 軟土路基施工技術及應用

3.2.1 粉噴樁施工技術

在高速公路工程軟土路基施工中，粉噴樁作為一種常用的加固方法，在進行大面積粉噴樁施工前，實施了一項粉噴樁試驗路段的施工，重點研究提鉆速度和復噴復攪之間的關系，比較了兩種不同的施工方案。方案一的提鉆速度為0.3m∕min，不進行復噴復攪；方案二的提鉆速度為0.5m∕min，進行2∕3 樁長的復噴復攪。通過取芯檢測，發(fā)現(xiàn)方案一的強度未能達到設計要求，而方案二的強度則達到了設計要求。這一結果表明，適當提高提鉆速度，并在提升過程中進行一定深度的復噴復攪，可以有效提高粉噴樁的強度。

在大面積粉噴樁施工過程中，采用了一系列技術措施以保證施工質量。

（1）施工準備階段：做好工作面的整平和水泥儲存棚、機電設備安裝地點及水電供應位置的布置。定位放線、驗線過程中，每一樁位都要進行準確標記，自檢、監(jiān)理和建設單位驗線、驗位之后，設備就位進行施工。

（2）設備的安裝、調試和就位：該階段需要調整刻度盤指針與鉆進提升一致，送灰器計數與送灰量一致，設備安裝必須牢固、安全、底座水平，對樁位誤差和垂直度偏差有嚴格要求。攪拌鉆進階段鉆至設計樁底標高時停止鉆進。

（3）噴灰提升攪拌：需要控制提升速度不大于0.5m∕min，深度記錄誤差不大于5cm，時間記錄誤差不大于5s。復噴復攪深度為2∕3樁長，實際超噴超攪至樁頂以上30cm后停止。

（4）提鉆成樁階段：鉆頭提出地面后需要及時清理鉆頭等機具，并將設備移至下一樁位。最后是編號記錄階段，每根樁都需要編號并做好記錄。

3.2.2 液態(tài)粉煤灰回填施工技術

由于該高速公路項目存在較多的軟土地基，其臺背回填問題較嚴重，提出使用液態(tài)粉煤灰替代傳統(tǒng)填料的建議。針對橋臺傾覆和橋頭跳車的問題，提出一系列解決措施。首先，橋臺的高度值應設為4m，且擴大基礎深1m，以增強其穩(wěn)定性。其次，橋臺背后應設有防止橋頭跳車的搭接板，搭接板長度約5m。這樣的設計可以有效防止不均勻沉降引發(fā)的問題，回填模型如圖2所示。

圖2 回填模型圖

在液態(tài)粉煤灰的配合比例上，建議水泥:水:粉煤灰的比為8kg:55kg:92kg，同時加入0.08kg的減水劑。這樣的配比旨在保證強度的要求，即7d 達到0.4MPa，28d 達到0.6MPa。對于混合料的最佳含水量一般建議為50%～60%。建議借助砂漿稠度儀對混合料的稠度進行檢測，以13～15s為最佳。此外，為了保證混合料的質量，施工前需要檢測現(xiàn)場粉煤灰的含水量，從而確定在攪拌過程中應加入的水量。攪拌的時間一般不能低于3min。液態(tài)粉煤灰的灌注過程不能一次性完成，每次灌注之間應有一定的間隔，通常為2m以內的范圍。下一次灌注應在自然晾曬2～3d之后進行。這樣有助于液態(tài)粉煤灰的充分固化，從而保證其強度。液態(tài)粉煤灰的使用不僅能降低施工成本，而且在施工過程中可以對其稠度進行調整，以滿足施工需要。

液態(tài)粉煤灰占石灰土的20%～30%，如用石灰土則成本約為50元∕m3，而用液態(tài)粉煤灰成本約為100元∕m3。如果某處橋臺工程量為1000m3，則用石灰土需要成本50000元，而用液態(tài)粉煤灰只需成本20000～30000元。液態(tài)粉煤灰的另一個優(yōu)點在于它可以實現(xiàn)連續(xù)施工，大大縮短了工期。一般而言，使用液態(tài)粉煤灰進行施工，只需5d就可以完成。這不僅降低了成本，也優(yōu)化了施工進度。此外，使用液態(tài)粉煤灰也是一種資源的有效利用。粉煤灰是火力發(fā)電廠的廢棄物，其利用屬于廢物利用，有助于減少污染，達到保護環(huán)境的目的。

3.2.3 其他軟土處理技術的應用

在軟土地基處理中，多種方法可以適用于解決各種具體的問題，需要根據具體的現(xiàn)場情況和實際需求進行精準的選擇和使用。軟土地基的處理并不是單一的技術應用，而是一個整體的工程設計過程，這個過程需要充分地對現(xiàn)場條件、設計需求和具體實施進行全面分析和考慮。

（1）砂墊層法與深層攪拌法相結合。該工程中，有一家距離海邊約500m的苗圃，由于需要防凍將PVC水管深埋在地下，考慮到無水供應會導致5h內幼苗全部死亡，因此，決定將水管位置左右四排樁的樁間距由1.2m調整到1m，使得水管處保留下2m的空擋。然后在空擋處的淤泥下挖80cm，然后用砂礫回填并碾壓，通過將砂墊層法與深層攪拌法相結合實現(xiàn)有效的軟基處理。通過后續(xù)的沉降觀測，發(fā)現(xiàn)該部位沒有出現(xiàn)明顯沉降，說明將砂墊層法和深層攪拌法相結合的方法是行之有效的，為工程施工中軟土地基問題提供了一種新的、可行的方法。

（2）堆載預壓法和深層攪拌法相結合。工程中一個約200m的路基縱向裂縫，相鄰的約800m路段的沉降量也較大，原因在于該段路基較早完成填筑，在粉噴樁完工后并沒有足夠的自然沉降時間，針對出現(xiàn)縱向裂縫的路基問題，采取將堆載預壓法和深層攪拌法相結合的處理技術，在該路段再額外加載1m厚的土方，增加了預壓力，以促進沉降，在沉降穩(wěn)定后，移除加載的土，然后在裂縫路段的填土下挖80cm，進行重新填筑。

4 結束語

軟土路基處理技術的有效應用，可解決工程建設中的各種挑戰(zhàn)并實現(xiàn)安全、經濟和環(huán)保的目標。不同的軟土處理技術如粉噴樁施工技術、液態(tài)粉煤灰回填法、砂墊層法與深層攪拌法結合、堆載預壓法與深層攪拌法結合等，都具有其獨特的優(yōu)勢和可行性，為高速公路的施工提供了新的思路和可能，各項技術具有其特定的應用條件和限制，需要根據實際情況，靈活而有效地調整和應用這些技術，以實現(xiàn)最佳的施工效果。