公路设计中软土地基的设计策略研究

毛俊蕾

（湖北省城建设计院股份有限公司，湖北武汉430051）

0 引言

随着社会的发展，民众对公路的需求增加，公路工程的数量越来越多，规模越来越大，公路工程的质量和安全也越来越受到人们的重视。基础工程是公路工程的重要组成部分，其设计质量直接关系公路工程的整体稳定性，因此必须保证基础工程的安全性和稳固性。

1 软土地基的基本特征

中国幅员辽阔，不同地区的地质条件不同。因此，在公路工程中时常会遇到软土地基的问题。《中华人民共和国公路法》对软土地基的概念做了明确规定。海岸线、湖泊、沼泽、谷类、海滩等地含水量较高，空间较大，压缩性强，可视为软土。在这些地区的公路工程设计过程中，必须根据实际情况进行有针对性的设计，有效解决软土地基问题，以保证较好的施工质量。

2 公路工程中软土地基设计的基本原则

在公路工程中，地基的设计和施工非常重要，必须保证地基的有效性、稳定性和投入使用后能够承受足够的荷载，所以设计要求相对较高。并且，由于软土地基的处理相对复杂，因此在设计中必须遵循一定的设计原则，以保证道路在使用寿命期内不会出现大面积地基沉陷现象，保证道路交通安全。

第一，实用性原则。在软土地基基础结构的设计上，必须满足地基基础结构与地质情况一致、符合工程建设要求等实用性原则，以保证施工质量。

第二，优化性原则。在保证地基正常性能的基础上对地基基础结构进行优化处理，如减少材料耗损、降低成本投资等。

第三，耐久性原则。在软土地基的设计上要重点考虑耐久性问题，尽可能提高软士地基的稳固性，进而延长公路的使用寿命。

3 合理处理软土地基的重要性

3.1 软土地基的危害

软土地基是公路工程施工中常会遇到的地质环境类型，与普通地基有较大的差异，在施工过程中必须对其妥善处理。若不按照普通地质环境标准进行工程施工，会为整个工程留下较大的安全隐患，最常见的是路面塌陷，严重时甚至会造成公路路面大面积开裂。这不但会提升路面养护的成本，还会对车辆驾驶安全造成严重的威胁。

3.2 科学合理处理软土地基的必要性

随着时代的发展，我国的公路建设项目逐渐增加，相关监管部门对道路交通安全也明确提出了更高的要求。因此，在公路建设全过程中，需要注意对软土地基的处理。对软土地基进行有效处理，不仅能大大降低公路养护的成本，还能确保公路运营的安全性、降低伤亡事故的发生率、提升公路的使用期限，能够实现经济效益与社会效益的双赢。

4 软土施工全过程中存在的问题

4.1 机器设备欠佳

在进行软土地基处理施工前，要先掌握软土地基的详细情况，随后依据当地的地质情况制定软土地基建设方案，明确施工技术及相关机器设备的选择。良好的机器设备是有效进行软土地基处理的前提条件，仅有技术没有机器设备，会大大降低处理效果。在一些工程的软土地基处理施工中，存在配套机器设备欠缺的情况，这在一定程度上影响对软土地基的处理效果，容易给公路建设留下安全隐患。

4.2 处理技术不合理

软土地质相对特殊，且不同的软土地又有不同的特性。通常，土壤层缩小程度较低的情况下，软土的构成部分多为污泥，也包含大量残渣，这种土壤类型中土壤层的空隙比较大，土壤层相对疏松。此外，不同比例的污泥和残渣也会造不同成软土中的水分含量和矿物的差别。所以，在软土地基处理施工前，应对软土的构成等信息进行详细的研究，进而根据软土的实际情况选用最适宜的处理技术。良好的处理工艺不但可以提升道路的美观性，使路面更为平整，还能有效提升道路的耐用性和使用寿命。但目前，一些施工队伍在开展软土地基公路工程施工时，由于对软土结构、组成等了解不全面，导致所选用的处理技术不合理，这极有可能给公路后期的使用留下安全隐患。

4.3 对周边环境产生影响

软土地基的施工全过程会对周边自然环境和周边地基造成非常大的影响。进行软土地基处理施工时，容易导致土壤层撒落，产生大量灰尘，若不进行妥善处理会污染地表水。除此之外，若施工过程不严格执行标准开展则容易出现失误，会严重影响周边的地基，甚至导致周边地基坍塌。因此，进行软土地基处理施工前，设计人员应提早调研周边环境，考虑软土施工过程可能对周边自然环境和周边地基产生的影响，并采取有效对策，尽可能不对周边自然环境和周边地基造成影响。

5 软土地基的设计方法

在公路工程中，经常会遇到软土地基的问题，软土地基施工的难度系数较大。想要有效保证公路工程的整体施工质量，则需要结合软土地质及公路工程的实际情况，采取最合理的软土地基设计方法，进而有效处理软土地基问题，提高地基承载能力。软土地基设计类型大体分为以下几大类。

第一，动态预加载模式。这种设计方式主要是利用机械设备提升夯实的重力，使其自由下落，夯实软土地基，提高软土地基的稳定性，但动力预压方式不适用于水分含量大、深层深的软土地基。

第二，拆换方式。拆换方式是挖掘不符合规定的土壤层，填充物理力学特性好的岩土工程材料，以提升地基的承载能力，避免地基沉降问题。拆换方式可以彻底处理软土问题，但该方式仅适用于深层在3m以内的软土地质。

第三，排水方式。排水预压法，又被称为预应力张拉法，是指在相应的外荷载作用下，对软土进行排水预压，降低孔隙比，提高抗剪强度，进而提高地基的承载能力，解决地基沉降问题。该方法能更有效地解决软土地基问题，但必须考虑地基填筑的影响、软土是否有风化层、周围河流、房屋、新旧地基等因素。此外，还可以在软土中引入石灰粉或相应的混凝土，这些材料与土壤完全混合反应后，能够产生承载力强的硬化学物质，能够一定程度上提升地基的承载能力。在施工过程中，使用高压浆泵使施工过程获得足够的压力和流量，并合理设计各种参数(见表1)。

6 公路工程施工中软土地基的具体处理措施

6.1 砂垫处理技术

砂垫层处理方法在软土地基处理中有着广泛的应用，该方法可以提高软土地基的排水固结效果，保证软土地基的强度和承载能力。常用的措施是沙袋技术。与其他软土地基处理方法相比，袋装砂井技术采用砂垫层、砂井和土工布，不仅成本低，且施工难度小。袋装砂井法主要是在软土中设计适当数量的砂井，然后在砂井上方铺设砂垫层，并在砂垫层上铺设土工布。

选择土工布的主要是为了有效提高软土地基的轻质性和强度，保证软土地基在荷载或外力作用下侧向滑动，极大地保证软土地基的稳定性。一般砂垫层厚度控制在1m 左右，厚度过大会增加施工难度。如果厚度太薄，则容易导致排水固结效果达不到预定标准。砂垫层所用材料一般应选用相对均匀、高位的中性砂，中性砂的含水量应根据有关规定和现场实际情况确定。

6.2 换土垫层技术

对于饱和软土或粉质黏性土，应采用换填垫层技术，即用推土机或挖掘机清除表土，然后采用换填垫层法处理。在换土垫层法中，换土通常选用具有良好透水性的材料，如沙土、砾石或矿渣等。在分层填筑过程中，将天然砂砾填筑在风积砂的左右两侧，填筑宽度应控制在1m 以上。选择风积砂材料是由于风积砂材料在接触水后不会立即软化，具有良好的稳定性和透水性。

6.3 振密、挤密法

振密、挤密法，简言之，是提升软基处理地基的相对密度，使软基处理地基具备更大的抗压强度。通过震动、压挤等方式，排出软基处理基本中的气体，进而缩小软基处理地基的孔隙度。以振冲挤密方法为例，该方法适用于砂层软土地基的处理，通过振冲器的强力振动，使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，减少孔隙比，再通过振冲器的水平振动力，形成垂直孔洞，然后在孔洞中加入回填材料，将砂层挤压加密。

6.4 化学结构加固法

化学结构加固法能够合理改进地基的特性，主要方法有注浆黏结法和深层搅拌桩法。注浆黏结法主要应用液压机、标准气压等电化学原理，缩小浆孔，提升地基的承载能力。深层搅拌桩法是以水泥为固化剂，提升地基的相对密度，主要选用特殊的深层次搅拌机械，强制性拌和混凝土、软土，使软土与混凝土搅拌后产生相应的化学变化，使软基硬结，进而提高地基强度。深层搅拌桩法可确保桩与底层融合，产生复合型地基，能够全面提高地基的相对密度和承载力。

6.5 置换法

更换方法，顾名思义，是用其他具有良好性能的土壤质量来替代软土基础中的软土，从而达到提高基础性能的目的。软土基础的根本原因是软土含水量大，孔隙率高，稳定性不高。因此，施工人员挖出了一些软土，然后用具有良好承载能力的沙子进行替换和填充，从而实现了从软土基础到普通基础的转变，达到了提高基础性能的目的。更换方法的操作并不困难，但在实际施工中，需要根据实际情况仔细决定更换多少软土；同时，充分考虑采输的便利性。

6.6 排水固结法

排水固结是将地基中多余的水分排出来，更好地加强软土地基处理，提升软土地基结构的紧密性。通常情况下，将排水管道垂直井布局在软土地基中，可以大幅提高排水速率和排水量，随后采用抽真空、充压等物理方法，使软土地基中的土壤层更为固结，提升地基硬度，进而全面提高地基的稳定性。

6.7 土工织物结构加固法

土工织物结构加固法主要选用人造高聚物生成的各类产品（如复合土工膜）进行软土地基处理。复合土工膜具备良好的防潮、防水、过滤等特性，可以放置于地基的内部结构，还可以放置在其外表和固层之间，能够起到很好的地基加固效果。

6.8 强夯法

强夯法适用于黏土、砂砾土、湿陷性黄土等软土地基处理。将净重8～40t 的锤头从一定高度自由下落，对土壤层产生较大的冲击，缩小土壤层内部间隙，使土体局部液化。此外，夯击点周边还会产生裂隙，形成排水通道，水和气体会通过排水通道逸出，土粒会重新排列，重新固结后表面会形成一层硬层，进而提高地基的承载能力。

7 结语

在公路工程项目中，常常会遇到软土地基的问题，为保证公路工程的施工质量，必须采取有效的方式对软土地基进行处理。在此过程中，要结合我国颁布实施的各类相关法律法规，依据实际地质情况与工程要求等，确定最佳的处理方案，以有效弥补软土地基的缺陷，更好地满足公路路基施工的要求，为施工质量提供保障。