软基处理施工技术在市政公路施工中的应用

吴建伟

（甘肃圆峰交通工程有限公司，甘肃兰州730011）

0 引言

软土地层广泛分布于我国的盆地、湖泊、沿海等区域，在城市不断发展的过程中，土地资源的利用量不断增加，原本不利于市政公路建设的软土地基也需要进一步开发。相对而言，软土地基有比普通地基更大的含水量，孔隙比较大以及含有有机质，存在承载能力差、易压缩等影响公路稳定性的问题。为了确保软土地基的稳固性，市政公路施工单位通常需要综合应用各类软土地基处理技术，实现对地基的加固处理，避免在公路运行期间出现大面积沉降、承载力不足等问题。

1 软土地层的参数指标及分类介绍

软土地层通常指具有1.0 以上孔隙比的细颗粒土，此类土层往往具有较低的抗剪强度、较高的压缩性并蕴含了大量天然水分[1]。一般而言，软土地层在不进行排水处理的情况下，具有30kPa 以下的抗剪强度，压缩系数通常超过了0.5MPa-1，其内部还具有大量的有机质组分。软土地层按特性通常可以分为泥炭质土、泥炭土、淤泥、淤泥质土、软黏土几大类。软土地层的详细指标见表1。

表1 软土鉴别指标表

软土地层的出现与所处环境有关，关键在于水环境。当地层区域存在流速缓慢乃至静止的水流时，大量泥炭、砂石、有机质在氧气含量较少的水环境中会沉降，形成各类软土地层。不同的沉降环境所形成的软土地层也有所不同，主要分为河滩沟谷沉降、河湖沉降以及海滨沉积等几种类型；按照所处区域不同，可以分为谷地、斜坡软土；按照母岩结构组分可以分为碎屑岩、碳酸盐岩、碳质岩、花岗岩、膨胀土等各种软土地层。

2 市政公路施工中的软基处理技术分析

在处理软基时，施工单位需要以提升路基承载能力为目标，采取预压、换土、排水等处理技术，确保地层具有较强的稳定性，避免在上层铺设市政公路时，出现路基沉降等稳定性不足的问题。施工单位还需要对地基的变形率进行控制，避免因上部载荷的影响，出现较大的纵向沉降或横向位移。根据技术原理的差异性，施工单位常用的软基处理技术可以分为土质改良和复合地基两类。土质改良主要包括真空预压、堆载预压、挤淤置换、换土垫层等技术；复合地基主要包括强夯置换、水泥土搅拌桩等技术。在实际应用时，可以将多种技术融合应用。下面对市政公路施工中常用的软基处理技术进行详细论述。

2.1 堆载预压法

堆载预压法的原理是通过加压的方式，将软基中所蕴含的大量水分排出，实现对地层的加固处理。在现场施工阶段，施工单位需要将预载压力施加在道路施工区域的地基之上，通过砂井、排水板等将孔隙水从软土层中导出。在孔隙水不断排出的情况下，软基会不断沉降，土层也在固结的过程中不断提升自身强度，进而满足后续的公路建设需求。在堆载预压法应用过程中，施工人员需要做好堆载预压区域的检测分析工作，结合现场情况进行加压、填土等操作，通过压实、沉降、固结等工序提升地基强度，避免出现路堤沉降等影响道路稳定性的问题。相对而言，堆载预压法适用于各类软基环境，不仅操作简单，所应用的机械设备以及材料也相对较少。然而，堆载预压法需要经过较长时间的加压后，方可满足需求，这将导致公路建设效率受到影响，而且在深层饱和软土区域，大量的堆载以及缓慢的排水固结效率往往容易影响市政公路的施工进度。

2.2 真空预压法

在排水固结处理技术中，真空预压法与堆载预压法原理接近，两者在公路建设时还可以联合应用，后文将进行详细论述。在技术应用期间，施工人员需要将大气压堆载于地基上方。在应用之前，需要利用塑料排水带或砂井等构建竖向排水通道并布置于加固区域，在地表铺设砂垫层，应能够透水且层数为一层。在排水系统的基础上，施工人员需要在砂垫层上方布置各级大气与土地的密封膜，并借助真空装置，抽离砂井或塑料排水带中的空气，使密封膜内部气压远低于外部气压。内部土体在大气压差的作用下受到压力，不断将孔隙水排出，实现固结目的，真空预压法的原理情况如图1所示。在应用过程中，施工人员需要做好技术指标的控制工作，按照不低于80kPa 的标准对密封膜内的真空度进行控制，在施工范围内实现85%以上的固结度。在选择真空抽气设备时，也需要对施工范围进行控制，确保每天设备的工作范围在1000～1500m2。

图1 真空预压法示意图

2.3 换土垫层法

考虑软土地基的缺陷，换土垫层法采用地层替换的方式实现加固处理的工作目标。需要先借助设备将软土挖出，把准备的具有抗腐蚀、稳定特性的砂石等材料分层铺设在挖空的地层区域，借助机械设备将铺设的土层压实，使其满足公路运行的需求[2]。换土垫层法能快速增强地基的承载能力，有效解决排水固结缓慢等问题，对于膨胀土、湿陷性黄土等土层缺陷具有良好的治理效果，但成本相对较高。换土垫层法应用期间的砂垫层应力情况如图2所示。

图2 换土垫层法中的砂垫层应力分布

2.4 挤淤置换法

挤淤置换法在应用时，需要同步开展挤淤、填充碎石以及强夯等各种工作，将原本的淤泥软土地基替换为具有更强承载能力的碎石墩体，大幅度减少地基的沉降量。在挤淤换填的过程中，施工人员可以采取爆炸、压载以及震动等方式，针对挤出软土后的地基，结合换填的尺寸范围进行填料的选型工作，通过合理的计算做好滑移稳定性、土层沉降量的优化控制工作。在实际应用时，挤淤置换法对于淤泥质土以及淤泥土层且土层厚度较薄的环境，具有较强的应用效果。

2.5 水泥土搅拌桩复合地基法

水泥土搅拌桩复合地基法需要借助固化剂对软土进行固化处理，主要材料为石灰以及水泥。使用深层搅拌机钻入软土地层，并将石灰和水泥材料与软土拌和，通过软土与两种材料的反应改变原有的土层结构，形成具有更高强度和稳定性的加固土，确保在上方修建的市政公路不会在运行期间出现沉降、位移等问题[3]。在实际操作时，施工单位通常会采用搅拌土体+固化剂浆液或者搅拌土体+固化剂粉末的方式开展施工，相关工序如图3所示。水泥土搅拌桩复合地基法在应用时，无须如换土垫层法一般对原有的软土挖掘替换，不会因对土体的钻入与搅拌导致地基承受侧向挤压应力。在施工期间，不会对城市周边造成较大的施工噪声和环境污染。对市政道路周边的管道建筑不会产生较大影响，可以灵活选择块状、柱状等多种搅拌桩类型，还可以结合载荷以及公路结构进行优化布置。

图3 水泥土搅拌桩复合地基法工序示意图

2.6 旋喷桩复合地基法

旋喷桩复合地基法是复合地基技术的一种。在应用时，需要借助钻机完成地层钻孔工作，借助孔洞将注浆管插入到指定位置，通过高压泵提供的20MPa的压力将浆液喷射到软土层之间，实现浆液与软土的混合固化，具体施工工序如图4所示[4]。在实际应用时，施工单位需要灵活选择摆喷、旋喷以及定喷等喷射方式，实现对桩基固化形状的优化控制。

图4 旋喷桩复合地基法施工顺序示意图

3 真空联合堆载预压法的应用分析

3.1 真空联合堆载预压法的工艺和施工方法

真空联合堆载预压法融合了堆载预压以及真空预压两种技术，在施工过程中，需要严格按照施工工序开展作业，工序流程包括：排干公路施工区域的地表水—平整施工区域—围堰建造—土工格栅铺设—土工布（防水）铺设—砂垫层（风化、滤水）铺设—塑料排水板打设—淤泥等软土空搅—滤水网埋设—检测设备布置—压膜沟挖掘—土工布铺设（即保护密封膜）—三层密封膜布置—挡水埝与压膜、真空泵连接及试验—十天稳压抽真空—土工布铺设（保护密封膜）—分级堆载—监测评估预压效果—卸载。

3.2 真空联合堆载预压法施工的质量控制

施工单位需要结合实际需求，做好两种预压固化技术应用顺序的控制工作。一方面，施工单位可以在真空预压15 天左右时，内部气压相对稳定的情况下，开展堆载预压工作；另一方面，施工单位也可以在地基沉降受真空预压影响变得极为缓慢时，应用堆载预压技术[5]。在砂垫层铺设施工期间，施工人员需要做好排水砂的质量检测工作，同时对真空泵、排水板等设备材料进行功能验证和质量核查工作，避免影响预压效果。在打设塑料排水板期间，施工人员需要对其深度进行合理控制，避免出现打设过深贯通地下水的情况，确保预压固化效果不受地下水影响。在抽真空期间，施工人员需要对三层密封膜的状态加强监测力度，及时修复处理漏气问题，避免影响后续的堆载预压质量。在填筑堆载料期间，施工人员需要按标准对填筑质量进行分层检测，避免在不合格的填筑层上方施工。

4 结语

综上所述，市政公路在施工过程中，通常会面临软土地基这类强度低、易沉降的施工环境。针对软土地基，施工单位需要合理应用堆载预压法、真空预压法、换土垫层法、挤淤置换法、水泥土搅拌桩复合地基法或旋喷桩复合地基法等软基处理施工技术，做好软土层固化处理工作，还可以联合应用堆载预压法、真空预压法等技术，实现多种技术优势的融合，满足市政公路工程的质量和进度要求。