高速公路工程施工中的软基处理关键技术

雷亚楠

（中铁二十二局集团第五工程有限公司，重庆 400042）

1 高速公路建设软基问题

1.1 研究的必要性

经过多年的积累，我国高速公路工程施工的技术和方法得到了显著改进，特别是高速公路工程中软土地基处理的整体质量和水平。但是，在处理软土地基的过程中，存在关键技术应用不准确的问题，这会对整体施工进度造成影响，还会对后期高速公路的运行造成一些安全隐患，因此，有必要深入研究软土地基处理的相关技术，以确保高速公路建设的质量要求。

1.2 高速公路建设中常见软基问题汇总

在高速公路建设过程中常见的软土地基问题主要有两种，分别为：其一，抗渗透能力强。在软基建设过程中，软土地基存在一个主要特性即具有很强的抗渗性。由于软土基底的渗透性较差，垂直渗透系数低且不稳定，这将直接影响土壤的排水性能。同时，软土空间大空隙也大，抗压能力不足，这将影响地基沉降的参数提升；其二，沉降与路面开裂，因为软土地基土层之间的间隙继续增大，导致土层之间的间隙大小不均，从而频繁出现沉降情况，当这个沉降情况波及基底时就会产生路面开裂；另外，过渡段较低的软土等级的地面结构缺乏控制，软土地基的结构刚度不足和路基的形状时常发生变化，都会直接影响高速公路在运行后产生沉降或路面开裂情况。

2 工程概况

2.1 工程简介

本文以CD 经济区环线高速公路JPTJ-9 标段高速公路工程项目为例，进行软基处理技术的分析，其原因为该标段地质情况特殊，同时出现了具有代表性的数种软基情况，而在因地制宜的采取多种软基处理技术工艺后，该项目的工程质量及路基承载能力都得到了实践验证。该标段工程里程桩号为K261+201～K274+100，总长12.899km，在整个工程建设过程当中，主要涉及仁寿县、彭山县、东坡区境内等三部分地区建设，其中路基挖方142.79 万m3，填方295.86 万m3，借方190.03 万m3，涵洞及通道36 道。本标段路基段落内鱼塘、水田较多，地基处理形式多，其中挖淤排水1556.5m，低填浅挖路基1710m，软弱地基4003m，膨胀土路基1958m，特殊路基（涵洞地基）101.2m，总计9319.7m，占路基总长度83%。应对相应软基情况，分别采用了：路基填方冲击碾压、塑料排水板处理、有涵基水泥搅拌桩处理以及膨胀土坡的菱形网格防护等施工工艺。项目施工平面布置图如图1 所示。

图1 JPTJ-9 标段施工布置平面图

2.2 地质构造情况

该标段部分区域处于断裂带处，断切侏罗系和白垩系，破碎带宽2～7m，总体走向北20～30°东，局部弯曲，为逆断层性质。尤其仁寿断层区域，北起中江，经仁寿倾向北西，倾角28～82°，与西坡断裂倾向相反，均向背斜核部相向倾斜，消失于三叠纪地层中。

2.3 JPTJ-9 标段工程重点难点归纳

2.3.1 地质断裂构造

受标段内仁寿断层区域及东西坡背斜核部断裂倾向的地质断裂构造情况影响，该标段施工中路基处理难度大幅提升，失稳、滑坡崩塌等地质灾害产生概率增大。

2.3.2 软弱地基

该标段穿越深丘地形,场地的工程地质条件简单，工程地质问题较为单一，不良地质及特殊地质现象主要为软基（整体工程共有软弱地基段71 处），地形宽缓区的山间坳地或坳沟处，软～硬塑，厚度1～7m。路堤填筑超过土体极限填高时，易发生土体剪切失稳、路基工后沉降过大等现象，不能满足路堤填筑要求。丘陵区内地表/地下水排泄能力差，冲沟内覆低液限粘土，高液限粘土及低液限粉土，厚2～10m 不等，含水量高，土体容许承载力差，快剪C、φ 值小，含水量高，路堤填筑时易发生失稳及过大工后沉降。

2.3.3 标段内弱膨胀土分布广

该标段彭山境内山前台地或高阶地上分布的褐黄至鲜黄色，含有钙质结核（局部缺失）的粉质粘土有中-弱膨胀性。对于分布有膨胀土的路段，其土方应慎用，该路段路面底基层以下加铺厚层石灰土垫层，路基面横坡尽可能大一些。路基填高宜控制在3m 以内，路堤边坡坡率宜取1：1.5～1:1.75，土质路堑边坡坡率宜取1:1.75～2.0，加强排水措施，路基边沟适当加宽并尽可能加深，沟底应在土基顶面以下至少40～50cm。

随着胶质瘤发病率的逐年增加，胶质瘤已威胁全球健康。现阶段手术治疗疗效明确，不同等级胶质瘤中以WHO Ⅳ级胶质母细胞瘤预后较差。是否复发仍无有效手段评估，故而对其发生发展的分子机制研究显得尤为重要。近年来人们发现lncRNA参与多种疾病的发生发展，如动脉粥样硬化[11]、肿瘤、糖尿病[12]。

3 标段内软基处理技术重点研究

3.1 路基填方冲击碾压技术

3.1.1 横断面处置情况

该技术主要应用于CK0+185～CK0+403.3 段落施工中，此处为软弱地基并且跨越汇水面积不大、纵坡平缓的冲沟，处理距离为218m，该技术实施的目标为使地基承载力满足相应路堤高度的需求，并且避免施工后沉降及路面开裂情况的产生。具体技术处置横断面示意图如图2 所示。

图2 路基填方冲击碾压技术处置横断面示意图

3.1.2 工艺要点研究

由于是软弱地基所以在常规路基相同材料的前提下，采用分层填筑、分层碾压、分层检测，达到标准的前期处理压实度后，才可继续进行冲击碾压技术的实施。该工艺实施过程中要点可归纳有二，分别为：

其一，施工原理、机械参数与软基指标的契合。冲击碾压技术采取的是非圆形双轮滚动，将揉搓与冲击完美结合的压实技术，冲击压实机可改变传统震动压实高频率、低振幅的工作情况，变为高振幅低频率，在高能量的作用下对填料进行深层压实，对于土方石的压实效果有着明显提升，从而实现降低沉降发生率提升高路基抗变力防止路面开裂产生的效果。在这个工作原理下为更好的对软弱地基产生效果，可将机械工作参数设定为：冲击能量25KJ; 压实宽度2×1000mm，工作速度10～15km/h,有效压实厚度1.0m，压实影响深度5.0m。同时结合相应的软弱地基指标和填料指标，进行三边形冲击施工，以达到最好的压实效果。

其二，技术细节的归纳：（1）在涵洞施工时，如涵洞通道水平距离在5m 以内，涵洞顶板填土厚度在6m，距居民建筑距离小于20m，以上情况存在其一均不可采用冲击碾压技术；（2）结合相应碾压影响深度参数与软弱地基的具体情况，有时该技术需辅助以普通压路机完成；（3）软基施工时路基边缘是最薄弱的部分，因此根据实际填料种类、边坡高度、软基情况可酌情对路基边缘补充碾压5～8 次；（4）如图2 所示的路堤高度大于18m 的高填路基冲击碾压作业时，应在路床顶以下20cm、50cm 及80cm 处分别铺设双向土工隔栅，横向铺至距边坡50cm 处, 这样做的效果是可提升每延长米纵向拉伸屈服强度≥80KN/m，延伸率≤10%。

3.2 塑料排水板处理技术

3.2.1 布置情况

当软基厚度h 在区间3.0m＜h≤10.0m 范围内时，被视为厚层处理，以塑料排水板处理基础为主.在案例标段中塑料排水板规格为SPB-1 型和SVD-1 型两种，反压护道宽度为B1，反压护道高度为H1，排水板间距AS通常≤2.0m，其具体数值按具体情况计算获取，铺设方式以正三角法进行，插板深度直达基岩面处，具体数值可计算获取。具体坡脚大样图如图3 所示，平面布置情况如图4 所示，横断面情况如图5所示。

图3 塑料排水板处理软基坡脚大样图

图4 塑料排水板处理软基平面布置情况

图5 塑料排水板处理软基横断面示意图

3.2.2 工艺要点研究

在软弱地基实施塑料排水板处理时，工艺要点有三，首要原则是避免对柔弱地基进行过大的扰动或隆起；其次是对砂砾石的选择比较苛刻，要尽量采用天然砂砾石，去除植物根茎以及其他杂质，含泥量必须≯5%，并且砂砾石的最大粒径≯5cm，通过16mm 筛孔的质量百分率≮85%，通过0.3mm筛孔的质量百分率≯20%；第三在塑料排水板插设时其间距不差应在15cm 内，砂砾石垫层外长度不应超过20cm。如对3.1 节中所示路堤高度大于18m 的高填路基进行工艺实施时，同样要设置双向土工隔栅，土工隔栅与前文3.1.2 节中指标相同。当软基处理预压期结束后，方可进行后续的边坡防护和排水工程施工，以保证沉降稳定。

3.3 有涵基水泥搅拌桩处理技术

3.3.1 布置情况

当涵洞基底厚度h≥4.0m 时，为更好的提升涵洞基底的承载能力，控制沉降，在塑料排水板处理技术基础上，还应附加水泥搅拌桩技术对软基进行处理，由于搅拌桩的布置呈梅花状，该技术也被称为涵基梅花桩工艺。布置时水泥搅拌桩间距d 为1.2m，喷射有效桩径为50cm，桩深要达到基岩面或压缩性比较低的硬度土层（如卵石、砂砾石等）。其具体布置的剖面图和平面图情况分别由图6、图7 所示。

图6 有涵基水泥搅拌桩布置剖面图

图7 有涵基水泥搅拌桩布置平面图

3.3.2 工艺要点研究

水泥搅拌桩技术受涵洞基底具体参数及基岩情况影响极大，因此在正式开工前，必须通过试验桩对涵洞的基底基岩进行相应测试，以明确相应工艺参数的设定，具体试验桩测试要点为：为保证测试的精度，每组以两根试验桩进行测试，水泥强度采用等级为42.5 的普通硅酸盐水泥，两根试验桩分别以水泥掺比12%和15%进行测试，并记录相应参数。随后还要以原位测试法做好“电通、料通”等前期准备，在平整场地后如图7 做好相应的桩位设定（具体施工时先做黑色桩位，再做白色桩位），桩位偏差≯5cm,竖向偏斜≯1%。在具体施工完成后7 天，要挖去地面线下≥1.2m 的复合地基，同时还要满足挖去后的复合地基顶与涵基底面距离应满足≥60cm,在复合地基上铺砂砾石层，再分层压实至基底面标高处。

3.4 膨胀土坡的菱形网格防护

3.4.1 布置情况

由前文2.3 节中内容可知，该标段彭山境内山前台地或高阶地上分布的粉质粘土有中-弱膨胀性，当边坡高度＜3m时，需放缓边坡至1:1.75～2.0，采用菱形网技术进行防护。铺设完菱形网格后均点种植草籽达到提升稳定性、防渗透、加固路基、缓解边坡沉降等目标。

菱形网防护结构图如图8 所示。

图8 膨胀土坡菱形网防护结构图

膨胀土坡菱形网护坡工艺剖面情况如图9，图10 所示。

图9 膨胀土坡菱形网防护剖面图A

图10 膨胀土坡菱形网防护剖面图B

3.4.2 工艺要点研究

在采用菱形网技术对膨胀土坡进行防护时如图8，材料统一采用M7.5 浆糊片（卵）石0.092 立方米，具体挖方边坡、镶边数量等数据参数参照表1 所示。

表1 菱形网防护平膨胀土坡挖方、镶边数据参数表

完成菱形网格防护铺设后，应在其上挂三维网种植草灌进行坡面防护，同时菱形网格每间隔10～25m 设一道沉降缝。

4 结论

我国的地形复杂多变，在目前高速公路的建设过程中，软基基底约占整个施工路段总量的1/3。此外，高速公路软基基底的施工直接影响到项目的整体质量。对于长路堤而言，受软基基底客观性的影响在其上方施工，路面竣工后15 年内残余沉降量（工后沉降）不大于20cm；与明涵（含矩形板通道等）相邻的20m 长的路堤，在路面竣工后15 年内的残余工后沉降量不大于10cm；对于与桥台相邻处50m 范围内的路堤，在路面竣工后15 年内的残余沉降量不大于10cm，即算实现建设目标。经过对本文所选施工段工后指标的实际情况考察，本文所采用的软基处理技术实施后可以有效解决在高速公路建设过程中存在的渗透、开裂、沉降等问题，从而能够有效的保证公路建设的质量，提高路基的承载能力，为公路长期运行提供安全保证。