高速公路加宽软土路基处理方式分析

齐明芹　杨　明

(1.山东同舟工程咨询有限公司，山东 烟台　264003；　2.烟台市莱山区滨海路街道办事处建设监督管理办公室，山东 烟台　264003)

0　引言

我国高速公路建设从20世纪80年代开始兴建，发展十分迅速。截至2015年年末，我国公路总里程达到457万km，高速公路总里程突破12万km[1]，公路和高速公路总里程均达到世界前列。但受保守思想的影响和当时经济条件的制约，高速公路修建时，大多采用双向四车道，六车道及八车道的高速公路很少见。伴随着经济快速发展及生活水平的不断提高，交通量和经济发展要求已超出许多路段的承受能力，道路运输能力亟需提高。该现状解决的方式有两种：一是加密路网，在原路附近新建高速公路；二是拓宽原路，将车道数量在原路线上增加。对比两种方式，前者需要新占用较大空间并耗费大量资金，而且易混淆路网；后者方便施工，占用少量的土地，整体费用低。综合各方面效益来看，高速公路改扩建将成为改善道路交通状况的主要方式。而在高速公路改扩建工程中，最常见也是最难处理的情况便是软土路基处理。软土路基处理过程中怎样解决新老路堤结合部的变形、道路衔接等技术问题，都将影响道路改扩建后的使用。

1　软基的概念及特点

1.1　软基的概念

软基主要由松散的土壤组成，含有较多的细颗粒，如粉质粘土和粘土颗粒，或松散的沙、泥炭和较大的有机质。由他们的组成成分决定软基的特性：高压缩性、低强度、小渗透性和力学性能差等。杂填土、冲填土以及淤泥和淤泥质土等是最为常见的软基。

1.2　特点

1)孔隙比大、含水量高[2]。软基土的孔隙比(e)在1～2之间，天然含水量(w)在50%～70%之间，饱和度一般大于95%，液限在35%～60%之间，塑性指数在13～30之间。天然重度在15 N/m3～19 N/m3之间。

2)压缩性高。常见软基中淤泥和淤泥质土的压缩系数一般在0.005～0.02之间，压缩性较高，结构物建在这种类型的地基上会产生较大的沉降，尤其沉降不均匀时，会对结构物产生较大的破坏。

3)透水性差。软土含水量大，但由于自身结构特点，软土路基的透水性却很小，通常来说，软土的渗透系数k<1 mm/d。正是由于软土路基的透水性如此小，当土体受荷载作用后，往往呈现很高的孔隙水压力，从而影响地基的压实。

4)抗剪强度低。软土通常呈软塑或流塑状态，在外部荷载作用下，抗剪性能极差，就我国的情况来说，软土的无侧限抗剪强度小于30 kN/m2(换算为0.3 kg/cm2)。在不排水条件下剪切时，内摩擦角几乎等于零，这种情况下，凝聚力C(软土C<30 kN/m2)决定抗剪强度；固结快剪时，十字板剪切强度35 kPa，内摩擦角在5°左右，因此抗剪强度低。通过上面的论述，可以看出，如何将软基土中的水排出是提高强度的关键。软土在有排水路径的前提下，软土将随着外部荷载的增加，而慢慢固结；反之，若软土没有良好的排水路径，软土的强度可能随着外部荷载的增大而衰减。所以在软基土上尽可能的将建筑物的重量降低，通常将建筑物设计成“轻型薄壁”型。

5)灵敏度高。一般而言，软土在结构未被破坏时(未经扰动前)，具有一定的抗剪强度。例如海相沉积类型软土，在扰动后，抗剪强度明显下降。这种受到扰动后的软土，强度降低的程度用灵敏度来衡量，灵敏度是指在含水量不变的前提下，软土原状土与重塑土的无侧限抗压强度比值。通常情况下，软土灵敏度一般在3～4之间，在特殊情况下，也有高的情况。因此，在软基土上施工时，应采取相应的措施尽量避免对地基的扰动。

2　软基在高速公路加宽工程中主要病害

一般而言，不均匀沉降和失稳是高速公路改扩建工程中最常见的破坏形式，具体的破坏种类有路面破坏、路基破坏[3]。

2.1　路面的破坏

根据路面的成分不同，路面破坏形式有水泥混凝土路面破坏、沥青混凝土路面破坏。其中，沥青混凝土路面破坏主要有道路横坡度改变、开裂、纵向碎裂等。水泥混凝土路面破坏主要有错台、开裂、断裂等。路基破坏与路面破坏是伴随发生的，路面的破坏也是路基的破坏引起的，路面破坏是路基的稳定性差的外在表现。在进行路基施工时，如何处理路基的开挖与填筑、压实、新老路基性能差异产生的变形等，都会影响路面的使用。

2.2　路基的破坏

高速公路改扩建施工工程中，因为不均匀沉降，旧路基与新路基的衔接处产生裂缝是最常见的，这种现象在软基土中更为普遍。当路面破坏后，如不采取相应的措施来处理的话，受雨水侵蚀，破坏会持续加大，路基就会受到冲刷，稳定性降低，最终造成路面坍塌。

3　软基处理方法

为保证在软基上建造的结构物的稳定，工程师想出多种方法来处理软基土，根据不同的地质情况，常见的、使用频率最高的方法是排水固结法和加固土桩法。

3.1　排水固结法

综合考虑[4]，排水固结法是公路软基常见的处理方法。在软基中通过水平砂垫层，及竖向排水体组成的排水系统，改变软基的排水条件，软基的排水距离缩短，最终将软基中的水加速排出，实现固结。该方法的优点是：操作简便、施工简单，造价低，效果好。主要用于等级较低、工期不紧，处理路段较短的公路工程。

3.2　加固土桩法

该方法的原理是通过采取一系列的措施来改良软基土，采用专用施工机械通过回转、翻松、喷粉和搅拌将固化材料(常见的固化材料是水泥、石灰)和软土进行混合搅拌，将一定范围内的软土改良，形成的加固土桩，如粉喷桩和旋喷桩等。该方法的优点是：影响深度大、施工速度较快，加固效果较好；缺点是：造价高。鉴于它的优缺点，该方法主要用于等级较高，工期较紧的道路工程。具体加固处理步骤为：1)施工准备工作。如粉喷桩的桩位设计图，施工场地地质报告、原地面的高程数据表，土工试验报告和室内配比的试验报告，确定停灰面高程、加固深度和测量资料等。2)机械准备工作。施工准备工作做完后，进行平整场地和障碍清除工作，然后进行机械准备工作，如施工机械的进场、组装及试运转等。3)试桩工作。施工及机械准备工作完成后，正式施工前，必须进行试桩，试桩参数要根据设计要求的配比及试验实测数据来确定。通常试桩都是5根，施工的参数(如钻进速度、粉喷量等)都是根据试桩的情况来调整、确定。试桩的结果直接决定工艺的加固效果，试桩是一项非常重要的程序，一定认真对待。

3.3　其他常见方法

除以上2种方法外，对软基处理的处理方法技术，还有以下几种，这些方法多是根据软基特性搭配使用，确保处理效果达到使用标准。有开挖换填、反压护道、抛石挤淤、预压法、竖向排水固结法、水平增强体法等。其中基底开挖换填法、反压护道法及抛石挤淤法主要适用于浅层软弱地基，而其他几种处理方法适用于相对比较深的软弱地基。各种方法的原理如下。

3.3.1开挖换填法

开挖换填法是指先挖除软弱地基，然后用优质路基填筑材料换填。常见的换填材料有碎石土(石料含量在80%以上)、石灰改良土及中粗砂。施工过程中要注意尽量避免雨天施工，并注意渗水处理。通常用在工程量较小的、公路等级标准低的路段。

3.3.2反压护道法

反压护道法是指在路堤两侧填筑护道防止软基产生剪切、滑移，确保路基稳定。护道的规模根据道路的宽度、高度及软土的实际特性确定，通常来说护道的高度不超过路堤的一半。

3.3.3抛石挤淤法

抛石挤淤法是指通过向软弱地基投放片、块石，将底部的淤泥挤出软弱地基(也可理解为变相改变软基土的性质)，从而提高路基的性质。该方法较简单，通用于常年积水或不易排水的软土。在施工中，片、块石的投放顺序往往影响处理效果，应特别注意，正确的顺序为先投放路堤中部，然后投放路堤两侧。

3.3.4预压法

常见的预压方法有堆载预压和真空预压，堆载预压还有超载预压和等载预压两种方式。其原理通过采取一定的措施在软基土表面或内部加载，排出软基土中的水，提高地基强度。该方法的优点是：费用较低；缺点是：处理周期长、处理效果不能保证，使用范围小、有一定的局限性(根据软基土的排水能力确定)。

3.3.5竖向排水法

竖向排水法是指在软弱地基中加入竖向排水体。通过竖向排水体，改善排水方式、缩短水分排出距离，进而将水分加速排出，加快地基固结的速度。一般而言，该方法要根据软土的特性与预压法、水平固结法配合使用，提高加固效果和速率。常用的竖向排水体有塑料排水板、砂井、袋装砂井及碎石桩。由于该方法往往与其他方法配合使用，所以该方法优缺点和预压法的相同。具有一定的使用局限性，费用较低。

3.3.6水平增强体法

水平增强体法是指在软基的表层或内部铺设土工聚合物，进行软弱地基处治的一种方法。常用的土工聚合物有：土工格栅等。这种方法最大的优点是可以避免发生路基的整体滑坡，这是该方法所特有的。

4　结语

在公路路基拓宽施工过程中，路基的整体稳定性、强度、刚度等都必须符合规范要求。特别是对要求路基的整体稳定性，沉降量不符合使用要求的软弱路基，一定要进行处理。综上所述，软弱地基的处理方法多种多样，实际使用过程中，一定要根据工程的实际情况，有针对性地选择经济、适用的合理处理方法。

参考文献:

[1]贾远，李建平.公路工程施工当中关键部位的施工技术[J].内蒙古煤炭经济，2012(3)：38-39.

[2]杨敏芝.公路工程施工技术探讨[J].交通标准化，2011(8)：94.

[3]高景伟，姬怀卿.陕蒙高速公路软基处理方案优选方法[J].公路交通科技，2006，23(12):62-63.

[4]刘润芬.高路堤软基处理方法的技术经济分析比较[D].上海：同济大学，1996.