软土路基处理在公路工程施工中的应用探究

李松青

（南充高新技术产业园区管理委员会，四川南充 637000）

0.引言

随着我国经济的腾飞，公路行业的快速发展，工程技术的突飞猛进，在施工过程中，软基处理施工质量是影响工程整体质量的主要因素之一。因此，需要在进行软基施工时利用加固技术，进而提升工程整体的施工质量和水平。

1.软土地基的形成及分析

结合笔者公路工程施工管理的实际情况来看，软土地基主要是由道路路基处于淤泥、腐质土、松软冲填土、杂填土与其他高压缩性软弱土层，以上种类土层的含水率或孔隙率较大，可塑性较高或者空气中的水分渗透到地基的内部结构中，导致软土地基内部水分含量增加，使得整体结构的强度下降。施工过程需要针对这些情况进行有效处理，重点提升软土地基的强度，降低土质可塑性，保证地基结构的施工可以高质量完成，避免影响到后续道路工程施工，从而降低路基沉降影响道路质量和运营安全；如果未能针对软土地基进行加固处理，会导致软土地基在后续的使用过程中长期受到外力的影响出现不同程度的变形，一旦地基结构出现软土流动情况，会严重影响到地基结构的承载力，路基就会出现沉降、变形、开裂、滑移等病害，导致路面安全隐患，影响使用功能和营运安全。并且，随着工业化、城市化进程加快，大挖大填现象日益突出，杂填土和素填土大有存在，如南充高新区内科技一路长1530m路段，就有920m路段为2017年修建厂房挖山倾填的杂填土，填土高度最深达24.8m，按照新的规划需在此修建科技一路道路，该路段虽经过几年的自然沉降，由于这些填土经山水、雨水浸泡，空隙较大，具有较高的含水量，经钻堪试验分析K0+360-K0+720路段，1m～2m范围已风化、软化成塑状黏性土，2m～5.2m范围碎块风化程度一般为强风化，部分中风化，均匀性差，粒径大小一般为2cm～15cm，局部可达30cm以上，充填少量细粒土，钻探时偶有掉钻现象，结合动力触探试验可知局部存在较大孔隙，空隙高度一般为4m～10cm，5.2m以下为较完好的杂填土，但仍存在极少部分空隙，空隙高度一般为3m～6cm。经过土质分析，抗剪能力相对较弱，与此同时，填土中包含部分粉土粒和黏土粒，整体的黏性相对较低，在外界力的综合作用下，形成所谓的软弱地基。总的来说，形成软弱地基的原因很多，有自然因素，也有人为因素，我们在施工中要区别对待，认真分析，采取切实有效的软基处理方式，从而达到理想效果。

2.道路软基处理的意义与原则

2.1 软基处理的意义

一是软土地基处理是提升公路工程施工质量的关键。结合目前公路工程的施工情况来看，施工环节的技术应用和施工质量与工程实际需求还存在一定的差异，尤其是在西南地区，由于地质结构、梅雨气候的特殊性，如果软基处理不到位，导致道路在修建过程就出现承载力不足，产生质量病害。二是软土地基处理是道路安全营运的保障。因软土地基并不具备较强的使用性能，从而导致后续道路使用过程中存在较大的安全隐患，不仅会影响道路的使用寿命，形成较为严重的安全隐患，也可能导致道路安全事故。三是舒适生活的新要求。随着人们生活水平的提高，科学技术的日趋成熟，交通行业的迅猛发展，人们对公路质量要求提出了新的更高要求，对公路的通行能力，感官要求也提出了更高要求，公路质量的要求不仅仅是“通”，更是朝着“畅（通）”“安（全）”“舒（适）”的新标准、新要求发展，软土地基处理不当造成后期道路变形、沉降、波浪等病害，影响行车舒适性，甚至影响正常通行，出现安全隐患，因此软土地基的加固技术水平和处理方式关系到道路的整体质量，我们需要根据不同路段的具体情况，以及施工区域的地质条件等，选择不同的软基处理加固技术，以满足人们日益增长的需求。

2.2 软基加固处理的原则

在公路工程软土路基施工的过程中，需要遵循以下原则：一是需要遵循针对性原则。目前公路施工软土地基的加固处理技术种类较多，但是在实际应用的过程中，各种方法和基本原理都存在一定的特定性和指向性，也存在技术缺陷，一种方法并不适合所有的软弱地基处理，因此，我们在选择软基加固处理技术的过程中，需要充分结合施工路段土质、位置、特性的具体要求，通过比较、分析，试验数据最终掌握不同施工技术和施工工艺的优缺点，可以针对不同的施工内容采取针对性的处理方案，坚持整合与整体相结合的原则，结合施工区域的地质条件，尽可能降低施工环节的各项资源损耗，避免施工工作对周围环境造成负面影响。二是需要遵循经济性原则。在施工过程中应注重经济、环境以及安全保护，软土路基加固技术的应用需要根据软土设计情况以及技术原理，对路基结构进行设计时，需要充分考虑到公路工程的实际施工要求与施工区域的环境特点，保证软土地基的施工设计具有较强的可行性和经济性。同一种软土路基处理可以采取多种方法，在正式设计之前，需要针对施工现场的地质情况、土壤质量、施工要求进行数据收集，并结合当地可能出现的自然灾害以及公路施工的各种数据情况，制定有效的预防措施，选取最为经济适用，效果明显的处理方式。三是需要遵循安全性原则。软土路基处理我们还要综合兼顾周边环境，确保周边构筑物结构安全，确保施工安全，如上述科技一路从经济性上考虑强夯法处理应是最好的方法，但科技一路周边企业已经形成，厂房桩基础距离道路最近仅18m位置，强夯势必对企业厂房及其他构筑物造成影响，存在一定的安全风险。四是需要遵循可靠性原则。在对软土地基进行施工时，岩土的数据参数会对软土地基的具体加固技术的应用造成较大的影响，因此，设计人员需要提前针对地基施工区域的地质结构分析，了解土壤质量分布，在软土地基的加固技术的应用环节，需要多个技术应用方案和解决方案，进而增强软土地基施工的可靠性。

3.施工中的软基加固方法

3.1 置换加筋法

置换法公路工程软土路基的加固施工是最简单，也是最直接的一种方法。该方法简单、方便、适用，没有任何技术含量，也就是直接把承载力不够、含水量高或不宜做路基回填土的有机土挖除，换填合格的土质即可。该方法不适于大面积或是换填深度较大的软基处理，上述科技一路软土地基面积较大，但K0+960-K1+100路段属页岩高挖方路段，挖出弃土正好项目利用，我们采取挖至路基高程后，再行挖除3.5m～5.2m被雨水、地下水侵蚀的软土后，经过翻挖1m进行分层碾压填筑，每1m增设一道高筋土工格栅以提高土体整体结构性能，每层填筑厚度严格按照路基填筑规范进行，并分层测定压实度（压实度按92控制，附设计图图1）。

图1 特殊路基处理设计图（一）

该项目施工翻挖时，应特别注意对不良土体进行清除，包括大型的石块以及淤泥或含水量偏高的土质，再根据道路工程的施工要求，选择其他路段挖出的新鲜页岩充当回填材料，按分层厚度30cm左右进行回填，我们采用26t的振动碾压机压实，分层检测压实度，均达到设计值92，该道路经过一年的营运，未出现任何质量问题。该项目如采用其他的软基处理方法如CFG桩、注浆加固也许都能达到效果，但造价上将会增加许多，并且工期也将增长。

3.2 强夯加固法

强夯加固技术是目前公路工程道路施工软土地基加固过程中最近几年兴起的一种软土地基处理方法，该技术拥有造价低、施工速度快、适应能力较强、应用范围较广等特点，因此得到广泛运用，特别是夯击能的不断增大，现在很多夯实设备已经达到单击能30000kN·m，夯实深度达到25m。该加固技术主要是通过施加作用力的方式对原有的土层结构进行破坏，达到动力固结、动力密实以及密实置换的效果，夯击能的大小，锤头落距、夯实击数、间距都将直接影响土体的沉降度。故需要根据施工环境的气候、构筑物的建筑特性，严格按照施工图纸和技术流程进行施工，避免影响、破坏周边构筑物，该方法虽工期短、成本低，但具有振动大、扰动大等特点，对周边环境及构筑物间距要求较高，在公路工程已被广泛使用，但市政道路建设，特别是在周边环境复杂情况下慎用。

3.3 反压护道法

反压护道主要用于施工过程中路堤基本成型，道路出现软弱地基产生剪切、滑移，导致路基沉降、开裂、变形，路基边坡外已出现隆起病害情况下使用的一种补救措施方法。也就是为防止并保证路基稳定，对积水路段和填土高度超过临界高度路段在路堤一侧或两侧填筑具有一定宽度和厚度的土体，增加路侧土体重量，起到反压作用防止边坡坡脚部位隆起，达到一个平衡点，以提高路堤在施工中的滑动破坏安全系数，从而保证路堤的稳定，其填筑高度一般不宜超过路堤高度的1/2。该种方法不需要特殊专用设备机具和材料，施工简单方便，但使用有一定的局限性，特别是耕作区和取土困难的地区不宜使用，后期沉降量大，养护成本高，故多使用于施工过程中已经明显出现不稳定的填方或发生了滑移破坏填方时，作为应急措施和修复措施适用。

3.4 排水固结法

排水固结是充分利用地基排水固结特性，通过施加顶压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），以加速饱和软黏土固结发展的一种软土地基处理方法。由于软土地基结构中有大量水分，如果地基结构长期暴露在空气中，会受到环境因素的影响快速吸收空气中的水分，而过量的水分含量会导致软土地基的整体性能受到影响。因此，我们需要针对这一情况，采取排水固结技术降低软土地基结构中的水分含量。在应用加固技术的过程中，将塑料排水板横向铺设在软土地基中形成排水柱，同时施加压力将软土地基的水分快速排出到提前挖好的排水道中，当软土地基结构中的水分大量排出后，会提升软土地基结构的整体稳定性和抗剪性能，从而起到固化土质，保障路基稳定，提高道路施工质量的目的。在正式施工之前，要充分分析土壤的沉降量以及地基结构的稳定特性，经过数据分析，当达不到施工要求时，那么排水固结的结构就需适当调整，重新进行分析测算，以达到最佳效果。同时还需要根据软土地基加固施工的实际情况，选择排水量和排水范围，相关设施都需要符合排水要求。该方法对处理泥炭土、有机质土和其他次固结变形占很大比例的土效果较差，只有当主固结变形和次固结变形相比所占比例较大时才有明显效果。

3.5 砂（碎石）垫层法

砂垫层其实也是一种置换软土地基的一种方法，也是将一定厚度的软弱地基层全挖除，采用置换为中粗砂或级配碎石、卵碎石进行分层填筑的施工方法。砂（碎石）垫层的主要作用是提高软土地基结构持力层承载力，可以有效降低基础沉降量，由于砂垫层具有较强的透水性，可以加快地基结构水分的排出速度，进而实现软土地基的固结。在对砂（碎石）垫层进行设计的过程中，我们需要确定断面的合理厚度和宽度，保障有足够的厚度可以置换可能剪切破坏的软土层，同时需要在砂垫层的两侧留有足够的宽度。在对砂垫层进行施工时，需要合理控制软土地基结构的含水量，采取分层铺筑、分层压实的技术方法。该方法具有施工简便、功效好、承载力大、沉降量小等特点，但随着环保要求越来越高，砂石资源越来越紧缺，砂（碎石）成本越来越高，该方法使用空间越来越窄。

3.6 预应力管桩法

预应力管桩加固路基是一种挤密软土，通过预应力桩及挤密后的土地共同作用增加地基承载力的一种方法，该技术的应用不仅可以保证软土地基有效加固，也可以缩短软土地基的加固时间，避免地基结构长期暴露在空气环境中。该方法有施工效果好、地基承载力强等特点，但具有施工工艺复杂、技术要求高、工程造价高等缺点，不被大面积适用，一般用于较低级承台桩基，软基较深且无孤石、障碍物、坚硬夹层的软基处理。在应用该技术的过程中需要注意：一是施工人员需要明确软土路基的具体位置，并针对特定位置进行加固处理，可以有效避免出现施工方案与实际情况不符的问题发生；二是需要根据软土地基的结构特点，提前做好测量打桩工作，重点提升打（静压）桩的准确度，保证后续加固工作可以有效开展；三是需要考虑到软土地基的结构地形，合理确定打桩位置，选择预应力管桩的规格。

3.7 碎石桩加固法

碎石桩有纯碎石桩和各类复合材料组成的碎石桩，对软弱地基进行处理的统称，最终形成复合地基的一种处理方法，其中以CFG桩为代表。CFG桩也就是水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的具有一定强度的可变强度桩，也是一种低强度混凝土桩，也是充分利用桩与土的摩擦力，增加其土间承载力，并可传递荷载到深层地基中去的一种处理方式，该方法具有较好的技术性能和经济效果，也因为技术成熟，处理成本相对较低，地基承载力高的优点广泛运用于高等级道路中。南充高新区高新大道是南充市交通的“五纵六横”中五纵之一，也是高新区和西充县融南新区之间的一条交通主干道，全长约9.6km，标准路段红线宽度为80m，双向八车道设计，其交通重要性凸显，路线范围广泛分布在鱼塘、水田、河滩地等场地内，根据勘察报告，软土类型包括软塑黏以及耕植土等，设计采用在高路堤K9+000-K9+360段或桥头软弱地基范围内存在超过较厚的软塑或可塑粉质黏土层时，设计采用复合地基的碎石桩，以提高路堤稳定性，降低后期沉降。如图2所示。

图2 碎石桩处理横断面图

3.8 注浆加固法

注浆加固主要是软弱地基土体注入固化剂（水泥、石灰、粉煤灰等）用以填充土体孔隙，并使土体胶结成整体的一种加固方法。该方法利用高压气压或高压液压加以填充渗透、挤密等方式，把能凝固的浆液注入土体中，驱走土体中孔隙内的气体或水分，并以其填充，待浆液硬化后使土体胶结为一个整体，用以改善土体受力状态和有效传递荷载的功能，从而加固土体，防止不均匀沉降，达到改善路基承载力的目的。该方法也主要是对后期病害的一种处理方法，其施工设备简单、施工方便、破坏小、修复快等特点，被比较广泛运用于构筑物墙背回填变形处理。在蓬安县工业园区主干道上的潘家扁桥2012年修建后，桥台回填出现比较均匀沉降，出现桥头跳车，但对桥梁主体未发生影响，2013年我们采用Φ110mm孔径，孔间距1.5m的梅花桩型布孔，注入普通硅酸盐水泥P.O32.5水泥调制而成的水灰比为1：1的纯水泥浆，该桥梁运行近10年未出现质量病害，是又一软弱地基处理成功案例。

4.结语

软土地基结构是保障公路工程整体质量的重要组成部分，其加固处理方法很多，各种方法均有不同特性，我们需要根据公路工程施工的具体要求，针对施工区域环境和地质条件进行详细调查和分析，对不同土壤地质结构和不同施工环境进行经济性、安全性、可靠性对比，选取合适的机械设备，编制恰当的加固方案，科学组织施工，才能有效保障公路工程质量。