公路软基处理技术及其加固效果分析

纪林海

（招远市地方公路建设养护中心，山东招远 265400）

0 引言

随着我国公路建设事业的迅速发展，对于公路施工中软基处理技术的要求也越来越高。公路工程施工中，软基处理技术是其关键部分，因此对公路工程施工中的软基处理技术进行分析具有重要的意义。软基处理技术包括很多，如排水固结法、高压喷射注浆法、强夯法和抛石挤淤法等，每种方法的应用能够起到不同的加固效果。本文通过分析对比各类软基处理技术，希望在今后的应用中能够有效地提高公路路基的稳定性和承载能力，延长公路的使用寿命，减少后期维修费用。

1 换填法的适用范围和优点

这种方法适用于较浅层的软弱地基，其原理是通过在路堤下方挖设足够深度的换填土沟，并在挖出的土沟上填土、夯实、铺筑路面。换填法施工所使用的材料有多种，主要包括片石、块石和其他碎石等。其中，片石可以选择片石粒径为3～10cm 的花岗岩、片石粒径为2～5cm 的石灰岩，块石可以选择碎石、砾石和卵石等，这些材料都具有良好的透水性，同时也具有良好的承载能力。在进行换填法施工时，首先应将路堤下软弱土层清除干净，然后将天然级配良好的碎石、砾石、石灰岩和片石等材料均匀地铺填在路基底部，并通过碾压来提高其强度和稳定性。在进行换填施工时，应合理安排施工顺序，从路堤坡脚向上逐层填筑材料，并完成整条路基的施工。

由于换填施工时所挖开的土沟一般是比较浅的，因此对于较浅层软弱地基来说，换填法的优点体现在施工难度较小，且施工比较简单且方便，同时也能取得良好的效果。

2 排水固结法的具体施工方法及效果

排水固结法是指在公路路基施工中，通过在软土层中埋设排水系统，并借助地基自身的渗透、排水等作用，将路基内部的孔隙水排出，从而使地基土的强度得到提升。排水固结法的主要原理是通过加快路基施工中软土层的固结速率，降低地基土的压缩变形量。

排水固结法适用于含水量较高、压缩性较大、强度较低的软基，其加固效果取决于施工工艺和施工设备。排水固结法一般可分为两类：一是真空预压法；二是竖向排水体加载预压法。

2.1 真空预压法

真空预压法是在软土层中设置竖向排水体，并利用竖向排水体形成的真空系统进行抽气，从而使软基中的孔隙水加速排出，以此降低软基的压缩变形量。该方法施工简单、造价低、效果好，适用于含水量较高、压缩性较大、强度较低的软基处理。

预压前期，在软土层中埋设竖向排水体，并利用真空泵抽气进行加固，使软土地基内部形成负压环境，并通过抽真空产生的负压差对软土层进行固结。预压期间，应通过铺设砂垫层、铺设塑料排水板等方式对地基进行加固。此方法可以在土层中形成封闭的排水系统，降低地下水对软土地基的影响，通过在砂垫层中铺设塑料排水板，可有效避免软土地基表面的过大沉降。预压后期，利用真空泵抽气，对软土地基中的孔隙水进行排水，使土体内部的孔隙水压力得到释放，从而降低地基的压缩性[1]。

2.2 竖向排水体加载预压法

竖向排水体加载预压法是指在公路路基施工中，采用竖向排水系统，并利用竖向排水设备对地基进行加固，以此使地基的含水率得到改善。该方法主要分为两个阶段：第一阶段是在公路路基施工前，在软土层中埋设竖向排水体，利用竖向排水设备将地基土中的孔隙水排出；第二阶段是在公路路基施工后，在软土层中埋设竖向排水体，利用竖向排水体将地基中的孔隙水排出。

竖向排水体是路基施工的关键，其设计要求为主要排水体具有足够的强度，能够满足施工要求，便于施工操作并与地基紧密接触。竖向排水体的埋设方式通常有两种：一种是在软土中直接埋设排水体；另一种是先将软土挖除，再埋设排水体。这两种方式各有优劣，前者的加固效果较好，但施工周期较长；后者的施工速度较快，但加固效果不如前者。

3 粉喷桩技术的施工方法和加固效果分析

粉喷桩是利用水泥等粉状材料作为固化剂，通过专用设备，在地基中就地将软土和固化剂（通常为水泥）强制拌和，以此使软土和固化剂在一定条件下生成具有一定强度和稳定性的水泥土加固体。粉喷桩可以有效地加固软弱地基，提高地基承载力。粉喷桩的适用范围很广，包括淤泥、淤泥质土、粉土、黏土和一般黏性土等。由于其具有施工机械简单、施工工艺简单、工期短等特点，因此在公路工程软基处理中应用得越来越广泛。但粉喷桩施工也存在一些问题：其一，粉喷桩施工对地基土体扰动较大，容易造成地基土体结构破坏；其二，粉喷桩桩身强度不足；其三，施工过程中可能出现缩颈现象；其四，粉喷桩在软土地基处理中的加固效果受到多种因素的影响[2]。

3.1 粉喷桩施工技术

粉喷桩施工过程中的关键技术环节包括：第一，钻机就位时应确定桩位，并严格控制钻机就位和钻孔的垂直度；第二，钻机钻进；第三，喷射提升，应边喷粉边搅拌，严格控制喷粉和喷气时间；第四，停喷、复搅，并重复喷射提升与搅拌。粉喷桩施工的基本流程为：准备工作—钻机就位、钻进—钻进至设计深度—喷粉、提升、复搅—停粉、提升。

3.2 加固效果分析

根据以上分析，在设计粉喷桩加固公路软基时，需要对地基进行全面检测，检测内容包括：第一，粉喷桩加固地基后的强度；第二，粉喷桩加固地基后的沉降；第三，粉喷桩桩身的质量；第四，粉喷桩加固地基后的荷载传递性能[3]。

对于加固效果的分析，可以通过以下几种方法：第一，现场载荷试验；第二，现场沉降观测；第三，标准贯入试验（击数）；第四，室内土工试验；第五，桩体强度检测。以上方法是对粉喷桩加固公路软基效果进行综合评价的主要方法。

在粉喷桩加固软基中，应采用多种方法综合评价，以便对软基处理方案进行优化设计。

3.3 粉喷桩的局限性

粉喷桩在处理软基的过程中，其优点是设备简单、施工方便、工期短、对周围环境影响小，但其也存在一定局限性：首先，该方法在淤泥和淤泥质土层使用时，桩体强度较低，当桩体强度低于3MPa 时，桩体无法承受上部荷载；其次，当桩间土的强度较低时，桩体会出现缩颈现象；最后，粉喷桩对土层的预压应力较低，不能满足公路工程软基处理的要求。同时，粉喷桩处理软土地基时需要较高的费用和较长的时间，且施工过程中会产生一定的噪声和粉尘污染[4]。

4 强夯法应用于软基处理中的注意事项及关键环节

强夯法是在地基上通过重锤连续往下冲击，再利用冲击波使地基产生很大的压力，从而提高地基承载力。强夯法适用于软基处理中的浅层加固，其原理是利用强夯的力量将路基软土层击碎，并在地基表面形成一个坚硬、密实的硬壳层，从而提高地基强度和承载能力。这种方法适合公路路基软土层厚度较小的情况，可以有效地缩短公路工期。强夯的施工工艺如下：第一，强夯前应检查夯锤，确认其是否符合设计要求；第二，夯击点的位置、间距应符合设计要求；第三，强夯前应按设计要求进行试夯，以确定夯击方案，并在施工过程中进行优化；第四，强夯施工前应根据现场条件计算夯击能和落距，并制订相应的强夯施工方案和技术措施，此后编制详细的强夯施工组织设计；第五，强夯宜采用满夯，即将锤顶起离地面一定高度后落下，再以相同高度起锤重击；第六，强夯施工过程中应设专人观测夯点的沉降情况，发现问题及时采取措施；第七，强夯完成后应及时清除场地的松散土石，并采用其他方式进行地基加固。在应用强夯法处理公路软基时，应注意以下问题。

4.1 合理选择强夯法的施工参数

强夯施工参数是决定强夯法处理效果的关键因素，必须严格按照施工工艺和操作规程进行选择。通常情况下，强夯施工的主要参数包括：

第一，夯点布置：强夯法处理软基时，可采用单排或双排夯点，每一夯点的面积不宜小于1m2，且夯坑底面积不宜小于0.5m2，相邻两夯点的水平距离不宜小于5m。

第二，夯击能：强夯施工时的夯击能应根据现场条件、土层性质、地基承载力和设备能力等因素确定，一般可采用4000kN·m、6000kN·m 或8000kN·m 三种。施工时应先试验确定具体的施工参数。

第三，落距：落距是指在水平方向上两锤所处的位置，一般为5～10m，但在某些情况下也可适当增大，夯击能与落距成正比关系。落距越大，夯击能量越大，但过大的落距会导致地基土被扰动和破坏。

第四，夯击遍数：根据工程需要、施工工艺及机具设备能力等因素确定。对于砂土、碎石土、低饱和度粉土和轻度黏性土等密实度较好的地基，第一遍夯击应为满夯，第二遍夯击的遍数可根据土质情况及施工设备能力确定。夯前夯后标惯击数见表1。

4.2 掌握好施工过程中的关键技术环节

第一，应合理安排施工时间，避免因连续作业影响工期。一般应在最后一遍夯击完成后7d 内进行下一遍施工，以保证路基在这段时间内的沉降稳定。

第二，应选择好夯击能和落距。当采用的夯击能小于8kN·m 时，其落距宜控制在3m 左右；当采用的夯击能大于8kN·m 时，其落距宜控制在4m 左右。

第三，应根据场地条件选择合适的夯击点布置方式。

第四，强夯施工过程中，应随时监测地基土的干密度及含水率等指标，若发现异常情况应及时采取措施。

第五，强夯施工结束后应对场地进行详细检查，包括夯击区域的沉降情况、夯坑及周边土体的变形情况等，并进行复夯施工。若发现有过大的变形或未达到设计要求，则应对原地基进行处理。

强夯法处理路基软土地基主要是通过重锤对地基的冲击来实现地基加固的目的。因此，在对其进行处理时，要根据具体情况选择合适的方法，并严格按照相关技术标准进行施工，从而确保地基的强度和稳定性。

5 混凝土置换法的特点分析

混凝土置换法是将被置换对象用混凝土或水泥砂浆进行替换，以形成具有一定强度的置换层，以此使地基具备更强的承载能力，进而提高地基的稳定性和安全性。混凝土置换法一般适用于淤泥质土、黏性土等淤泥质地基，其施工工艺较为简单。该方法的主要特点是施工方便，具有较好的效果。但是，在应用该方法处理时，需要将原结构物或建筑物全部或部分拆除，此举会影响到建筑物的稳定性和安全性。

混凝土置换法处理软基有以下几个特点：第一，采用该方法后，地基承载力较高，同时还具有较好的稳定性；第二，该施工方法较为简单，只需将被置换物取出后替换新的混凝土或水泥砂浆即可；第三，混凝土置换法可以处理地基中的局部软弱层，但需要注意对表层土进行加固处理时不能应用该方法。

混凝土置换法在使用时会出现以下几个问题：第一，混凝土置换法不能有效地提高地基强度；第二，置换后需要进行加固处理。该方法是一种比较常见的软基处理技术，但由于其施工工艺较为复杂，所以在施工前需要对施工过程进行详细分析和规划。

6 结语

本文对公路软基处理技术的应用和加固效果进行了分析，并指出各种软基处理技术的优缺点，在此基础上提出几点建议和措施。如在公路建设过程中，要综合考虑软基特点、地质条件、施工环境等因素，选择合理的软基处理技术。希望通过研究能为公路软基处理技术的优化和改进提供一些参考，从而促进我国公路建设质量的提高，为我国经济发展提供更好的服务。