软土地基条件下的公路工程施工技术研究

徐礼伟

（安徽中桥建设集团有限公司,安徽 合肥 230051）

0 引言

软土地基结构、强度、含水率等均与普通地基存在一定的差异[1]。在公路工程施工及后续应用中，受环境的影响，软土地基结构容易出现不同程度的变形及沉降现象，不利于公路的安全施工与使用[2]。现阶段，我国在公路工程施工技术方面的研究日益成熟，然而，传统的公路施工技术，无法有效地提高软土地基结构的使用强度与承载能力[3]。基于此，针对这一问题，该文以M公路工程为例，进行了施工技术的全面研究，为促进我国公路工程的可持续化发展、保障行车安全作出贡献。

1 工程概况

该文选取某地区M 公路工程作为研究目标，M 公路工程属于一级公路工程，对公路路基、结构的要求较高。公路路线全长约为12.508 km，呈东南至西北走向。该公路工程起点桩号与终点桩号分别为K0+000、K12+508。公路软土地基上面层的容重为26.8 kN/m3，中面层容重为26.4 kN/m3，下面层容重为26.1 kN/m3。M 公路工程所在区域地形起伏较大，地势呈现北高南低，为倾斜状。地区气候属于热带季风气候，无霜期较长，全年气候温和，温差较小，春季与秋季较短，夏季与冬季较长。M 公路工程地表土大多数为黏性土，富水性相对较差，渗入地下的水分较少。为了提高公路工程的施工质量，在设计施工技术前，对公路施工区域的地下水进行了全方位的勘察，得知其地下水位埋深在3.55～8.85 m，主要为大气降水与下渗的地表水。

该公路工程于三年前完工，然而，在去年公路工程检修过程中，发现公路部分软土地基结构出现不同程度的变形现象，严重部分甚至出现地基沉降问题，降低了车辆行驶的安全性与稳定性。为解决公路结构变形及沉降问题，该文针对软土地基，进行公路工程施工，具体施工技术方案如下：

1.1 软土地基条件下工程施工技术

1.1.1 软土地基表面处理

在进行公路工程软土地基施工前，参照公路施工相关的技术规范与要求，对公路软土地基表层进行处理，为后续工程施工的顺利开展提供基础保障。基于公路工程所在地区地基表层的实际情况与特征，清理施工范围内的杂质，检查公路路基软弱层滑动的稳定性是否符合施工要求。测定软土地基基底的压实度，保证压实度超过90%，利用分层回填的方式，压实公路软土地基基底。

连续测定公路路基表面的平整度与路基高程是否符合填筑施工要求，若不符合施工要求，则及时调整公路路基支架顶板的平整度与高程。使用测量仪器，现场测量公路路基结构标高，分别利用人工初平与长尺刮平的方式，进行公路路基标高的收面处理。

1.1.2 公路工程土方开挖

在公路软土地基表面处理结束后，根据公路工程图纸设计要求，设定土方开挖深度，利用挖掘机，按照标高分台阶进行自上至下的土方开挖。在公路软土地基坡面与基床处，预留厚度约为25 cm 的土方，避免出现超挖的情况[4]。在开挖过程中，若地基中出现地下水，则根据地下水的流向，铺设排水沟，并做好边坡防护工作[5]。

在公路软土地基中设置水准点，实时测量开挖标高。土方开挖结束后，对公路软土地基进行加固处理，在地基内注入胶凝材料与固结剂，通过加压设备对地基进行加压处理，人工改变公路软土地基的物理性质，提高地基的加固效果[6]。为了提高公路路基横断面结构的稳定性，在路基横断面中布设剪刀撑，支撑路基横断面。该文布设剪刀撑的支撑材料选用D=46.5 mm 的钢管，使用强度与承载能力均较高，能够起到牢固的支撑作用。在布设过程中，控制剪刀撑布设的间距不超过4.85 m，保证支撑材料钢管间连接的紧密性。将剪刀撑与公路路基横断面之间的角度控制在45°～60°，若连接角度超出范围，则可能存在破坏公路路基结构承载能力的隐患。

加固处理结束后，在软土地基表面铺设塑料排水板与土工布，进行公路路基吹砂填筑施工，加设两层吹砂层，利用土护脚与砂护脚，提高吹砂层结构的稳定性[7]。采用路基分格的方式，碾压整平公路软土地基。公路软土地基吹砂填筑示意图如图1 所示。

图1 公路软土地基吹砂填筑示意图

吹砂填筑后，在吹砂层上铺设封层土及堆载预压土，对公路软土地基的吹砂填筑进行封层处理。

1.1.3 软土地基动力夯实施工

上述公路工程土方开挖结束后，完成了公路软土地基吹砂填筑。在此基础上，引入强夯法，对软土地基进行动力夯实施工处理。首先，根据M 公路工程施工要求与特征，选取重锤设备，该文选取10～45 t 的重锤。设定重锤自由落下的高度为35 m，不断将重锤从高处落下，夯击软土地基，减少地基土体孔隙内的气体，全面降低地基的压缩性，进而提高地基的强度[8]。实时测定并计算重锤下落后，软土地基的应力变化，公式为：

式中，——公路软土地基第i层土的重度；hi——软土地基第i层土夯击后的厚度；Ka——软土地基夯击后静止土压力系数。根据夯击处理后公路软土地基应力变化情况，设置一定数量的CFG 桩，作为公路的复合地基，其承载能力较强，约为200 kPa，能够有效地提高软土地基的变形模量与紧密程度。首先，将CFG 桩布设在公路与周边地区的交汇处，插入钎子，定位CFG 桩的布设位置。使用旋转钻机，对CFG 桩进行钻孔处理，钻孔后，连续向孔内灌注混凝土，直至灌注到桩顶。成桩后，在软土地基与桩间铺设碎石垫层，起到缓冲荷载的作用。

针对部分软黏土层，采用真空预压法，夯击软土地基。软土地基真空预压示意图如图2 所示。

如图2 所示，在软土地基中，竖向布设排水通道，根据软黏土地基的面积与规模，设置一定数量的排水体。在软土地基表面均匀铺设海砂与碎石，形成一层砂垫层，连接排水体与软土地基。设置砂垫层铺设的厚度不超过35 cm，利用推土机将砂垫层均匀平铺在公路软土地基上，在存在局部沉陷的公路软土地基处加设2.5 cm 厚度的钢板，使整个公路软土地基工作面保持平整。

图2 软土地基真空预压示意图

为了提高砂垫层的使用性能，在其上方覆盖一层密封膜，保证砂垫层内含有充足的气体。使用真空泵，抽取软土地基中的气体，通过孔隙水排出，提高软土地基的预压能力。针对部分钢筋布设密集的公路软土地基区域，例如横隔板、路基齿板等埋入区域，应当采用预应力混凝土悬浇的方式，进行夯实施工，加强公路软土地基预应力混凝土的振捣力度，减少钢筋与公路软土地基埋入孔道之间的碰撞。

以上施工步骤结束后，利用搅拌桩机，向软土地基内喷入水泥固化剂，提高软土地基的硬度，进而增强公路地基强度。

2 实证分析

上述内容为该文针对软土地基设计的公路工程施工技术方案的整体流程。在此基础上，为了进一步验证该施工技术的可行性，获取实际应用效果，对M 公路工程软土地基结构的沉降与位移情况作出了全方位检测。采用对比分析的实验方法，将该文设计的施工技术与传统的公路工程施工技术进行对比，进而更加直观地验证施工技术的有效性。

首先，依据胡克定律，建立公路工程软土地基沉降应力与应变的关系。采用分层总和方法，通过压缩地基层的内分层，计算公路软土地基在加载瞬间，每一层地基结构的压缩剪切沉降变形量。软土地基每一层结构压缩剪切沉降变形量的计算公式为：

式中，Ki——公路加载瞬间，软土地基土体的剪切变形量；pa——公路软土地基底面受到的平均压力；ba——公路路基宽度参数；Ei——公路弹性模量；——软土地基结构沉降影响系数；——软土地基分层土固结系数。以求和的方式得出公路整体软土地基的总沉降量，计算公式为：

式中，W——M 公路工程软土地基总沉降量；qa1、qa2分别表示软土地基发生变形对应的孔隙比；ha——软土地基平均沉降高度；n——软土地基沉降范围内的分层总数。通过以上计算公式，得到公路软土地基的沉降量与剪切变形量。以M 公路软土地基表面作为断面，随机布设6 组沉降监测点，并进行标号处理，分别标号为JCD01、JCD02、JCD03、JCD04、JCD05、JCD06。设定沉降监测周期，利用上述计算公式，绘制两种公路工程施工技术应用后，软土地基沉降量的变化趋势图，并进行对比，结果如图3 所示。

图3 两种施工技术软土地基沉降量对比

根据图3 的地基沉降量对比结果可知，该文设计的施工技术，在监测周期内，各个软土地基监测点的沉降量均在0.03 m 以内，沉降量变化趋势相对稳定，无明显波动，与传统施工技术相比，公路软土地基结构的稳定性较高。

利用MATLAB 分析软件，测定两种施工技术，在距离公路路基中心线距离不断增加的趋势下，公路路堤底部的水平位移变化，结果如图4 所示。

根据图4 的路堤底部水平位移对比结果可知，在两种公路工程施工技术中，该文设计的施工技术在离路基中心线距离逐渐增加的情况下，其公路路堤底部水平位移较小，最大位移为1.25 cm，传统施工技术路堤底部水平位移最大为2.75 cm。证明该文设计的施工技术能够有效地控制公路路基的水平侧向位移，提高公路路堤结构的稳定性与牢固性。

图4 公路路堤底部水平位移对比

3 结语

通过上述研究，得到以下两个方面的结论：

（1）通过图3 的公路软土地基沉降量对比结果可知，在应用该文设计的施工技术后，软土地基的最大沉降量不超过0.03 m，公路结构的稳定性得到了显著提升，沉降量不会对公路整体结构形成安全风险。

（2）通过图4 公路路堤底部水平位移对比结果可知，该文设计的施工技术，能够有效地增强公路路堤底部结构的稳定性，减小其水平位移量，优化了公路软土地基的应力分布水平，具有重要研究意义。