软土地基处理技术在公路工程施工中的应用

赵业伟

（中交一公局集团华中工程有限公司，湖北武汉 430000）

0 引言

受地质、气候条件等影响，在公路工程施工中经常会遇到软土地基问题，如果对软土地基处理不到位，后续公路建成使用中会出现各种问题，如引发不均匀沉降、导致路面凹凸不平、造成桥头跳车等，严重影响行车安全。为保障公路施工质量与安全，需要采取相应的技术措施，解决公路软土地基问题，减少其危害性。

1 软土地基概述

1.1 软土的内涵

一般情况下，会将滨海、湖泊等沉积的淤泥、淤泥质土、高压缩性饱和黏性土等称为软土，软土的含水量高、孔隙比大、压缩性高，导致其抗剪强度和承载力不足。在静水、慢流水中沉积、生化作用下形成的黏性土多为淤泥、淤泥质土，其中含有有机质，天然含水量高且超过液限。对于软土地基，在工程设计和施工中都需要认真对待可能出现的变形、强度不足等问题，要做好沉降和稳定验算，一旦相关指标不满足要求，就需要及时处理。

1.2 软土地基的特点

第一，软土地基的含水量高、密度低、强度低、压缩性高，且具有低透水性特点，一般其含水量可达到34%～72%，液限在35～60 之间，因此软土地基排水固结较慢、稳定性差，容易发生大的压缩沉降。

第二，流动变换性明显。路面上部和外部负荷大的情况下，会导致路面下沉，对公路的使用造成不良影响。在路面局部下沉的情况下，会导致路面破裂，软土地基结构与路堤衔接处产生差异沉降，进而导致桥头跳车等。同时，涵身和通道凹陷会拉宽沉降裂缝，进而导致渗水。路面横坡坡度变缓，更容易积水，会逐渐损坏路面，导致路基失稳被破坏，引发路面沉陷病害等[1]。

第三，有一定结构性，也就是触变性、蠕变性，絮状结构导致骨架刚度加大，其力学性质与应力水平密切相关。在应力水平低的情况下，土的力学特性良好。如果应力水平较高，会破坏土的结构性，其力学性质会发生不良变化。

第四，有硬壳层存在。在地表风化、淋浇作用下会形成硬壳层，硬壳层的强度较高，且具有中等压缩性和较强结构性。如果公路工程路堤有2～3m 高，此时可利用其硬壳层施工。

1.3 软土地基危害性

软土地基会导致公路工程产生以下问题：第一，强度和稳定性降低。公路建设等级高，其填土厚度大，如果地基缺乏足够的抗剪强度，则对于路堤和路面外荷载无法承载，进而出现局部、整体剪切破坏，路堤沉陷坍塌，桥台破坏，影响到公路工程稳定性；第二，沉降变形问题。上部荷载和外荷载作用下，地基会产生较大沉降变形，对公路的使用造成不良影响。第三，地基土会受到动力荷载的影响，比如车辆震动和地震等，尤其是饱和无黏性土会出现液化、失稳现象。

2 公路工程施工中软土地基处理存在的问题

2.1 地基处理方法不合理

在公路工程施工中，对软土地基的具体处理方式至关重要。因此，在进行软土地基处理前，需考察实地环境和地质条件，选择合适的处理措施。但目前，一些公路工程中选择的处理方式并不合理，甚至存在盲目选择的问题。比如，使用振密加固法处理饱和软黏性土。同时，还存在软土地基优化力度不足的问题，没有全面进行方案分析，导致使用的方法不合适，不仅无法取得理想的处理效果，还会加大时间、财力和资源的浪费[2]。

2.2 机械设备落后

我国各地区地质条件存在差异，且地基情况具有一定复杂性，虽然在岩土研究发展中取得不错的成果，软土地基处理水平提高，施工设备也更加先进，但仍存在一些不足，比如，部分施工设备无法有效开展软土地基作业，导致处理效果较差，最终引发公路工程损坏。

2.3 施工水平参差不齐

公路工程建设发展中，一些施工人员缺乏经验、技术不到位，整体上文化水平较低，在企业未对其进行技术培训的情况下，容易出现操作不规范的问题。处理地基需分析具体情况，然后选择合适的处理方式。但一些施工人员为了省事，往往忽略实际地基处理要求，施工具有盲目性，从而对工程质量产生影响。

除了施工人员，施工单位之间也存在水平参差不齐的问题，软土地基能否处理合格，不仅与设计的处理方案有关，也与施工单位施工水平有很大关系。但由于相关部门监管不到位，导致一些资质不足的施工单位进入市场，为追求高效益，缩短工期，违背施工规范，引发严重质量安全隐患。

2.4 工程监管不到位

公路工程软土地基处理中，要保证施工质量，必须对施工过程加强监管力度。不仅要求施工企业自身做好质量控制工作，还需要监理部门、政府监管部门等参与监督。部分监管部门责任心不足，未有效对软土地基施工开展监管，导致不少质量缺陷、安全隐患未被及时发现，后续酿成严重后果。

3 软土地基处理意义与原则

3.1 软土地基处理意义

第一，做好软土地基处理可以提高路基承载力。路基承载力的提升也是施工重要目标，只有采取措施加强软土地基处理，做好施工质量控制，才能避免发生质量问题，保证公路工程建设效果。施工单位需做好施工现场管理工作，加强巡视检查，根据具体情况选择合理的处理方案，并规范施工。

第二，满足施工需要。施工单位需制定相关措施来处理软土地基，并在施工中严格把握技术要点，才能保证处理质量，满足工程建设需要。

第三，提升公路工程施工质量。公路工程施工质量的提升，需要控制好原材料质量，保证每道环节施工质量，采取合理方案有效处理软土地基。并做好施工人员培训，确保其能够按照流程和工艺规范操作。

3.2 软土地基设计处理原则

第一，在软土地基上进行路堤修筑，需开展稳定验算、沉降计算。稳定验算过程中，可采用总应力法、有效固结应力法和准毕肖普法，其中各类计算方法中，对相关性能指标需根据其稳定安全系数容许值进行控制。沉降计算则需根据公路等级，以及具体的施工部位是桥台与路基相邻处还是涵洞、箱型通道处，来明确其容许工后沉降值，从而选择合适的软土地基处理方案。

第二，设计软土地基处理方案时，需依据软土地基地质勘查资料，在满足路线布设工作基础上，比较选择设计方案，采用合理的钻探技术进行处理。

第三，根据路基情况选择处理方法。在加固处理软土地基过程中，如果软土层浅、薄，则适合选择表层处理法。开挖换填法可用于重要构造物基础处理施工，软土层厚的情况下，可以选用表层处理法结合其他方法进行。强夯法适合处理有砂层、薄的软土层。较厚的软土层，其中没有砂层的情况下，形成较长的排水距离，延长固结和沉降时间，且不会加大强度，因此可使用表层排水法进行沉降处理。若浅层部位堆积的砂层有4m 厚，下方为软黏土层，此时不需考虑其稳定问题，使用强夯法进行沉降处理即可[3]。

第四，根据道路性质选择。道路等级越高，则对平整度要求越高，需选择合适的方法进行沉降处理。道路等级较低的工程，可以先简单铺设路面，沉降完成后，再正式进行路面铺设，以节约资金。同时，在软土地基处理中，需考虑到路堤设计宽度和高度。使用换填法处理软土地基，如果路堤宽、低，则容易被损坏，高而窄的路堤更容易使用换填法处理。

第五，选择处理方案时，需综合地质水文条件、机械设备、环境条件等，对各方面技术性、经济性加以比较分析，然后选择最佳方案。

第六，使用动态设计方法，在软土地基处理和公路施工中，各类影响设计的因素是处于变化中的，需注意做好补充勘查工作，严格开展试验，对原设计进行适当调整。

4 软土地基处理技术在公路工程施工中的具体应用

4.1 换土垫层法

软土地基处理中，使用换土垫层法是挖去基础底面一部分软弱土层，然后再换填其他稳定、无侵蚀性的材料，比如砂砾、碎石和灰土等，然后夯实密实。此法操作简单、成本低，需要的机械也比较常见，适合在厚度较薄、排水方便的软土层使用。一般情况下，其换土深度在80cm 左右，不会超过2m。主要用以下两种施工技术。

一是抛石挤淤法。该方法使用不易风化的石料，根据软土稠度确定片石的大小，如果工程软土地基为有流动性的粉砂土，则适合选用小点的片石。从路基中部逐步向两边抛石，上部填塞选择小石块，并经重型机械严密碾压。同时，该方法操作中不需要抽水，因此经济性较好。

二是砂砾垫层法。砂砾垫层的透水性较好，铺设在软土地基顶面后，可以使排水增加，受填土荷载作用，软土地基可以快速排水固结，使地基强度和稳定性提高。片石经过碾压密实后，上方分两次铺设砂砾垫层，然后逐层压实，可选择中砂、粗砂，控制好含泥量。碾压作业中，一般砂垫层含水量不会超过12%。尽量避免操作过程扰动软土表层，否则容易导致砂与淤泥混合，进而对垫层效果产生不利影响。

4.2 排水固结法

在当前公路工程软土地基处理中，排水固结法应用较多，其经济性好、适用性强，且操作便利。通过在软土地基中设置竖向排水体将地基的边界条件改变，使孔隙水有更多的排除途径，固结时间减少。通常需要砂垫层作业，配合袋装砂井、塑料排水板进行。

4.2.1 袋装砂井

使用链聚合物编制而成，比如聚丙烯和聚乙烯，因此其抗拉强度好，而且耐腐蚀性强，不会对人体产生伤害，价格也比较低廉，有着广泛应用。选择中砂、粗砂，施工中先定位，按设计要求和施工顺序做好打孔机定位。使用打孔机和无缝钢管打孔，孔标高要符合设计要求。之后下砂袋，其中放中粗砂，要保持干燥和密实度，成孔后在孔中放入砂袋，高出地面一定距离，缺砂的情况下要及时补充。然后将套管拔出，埋好砂袋头在设计的砂垫层中，分两次铺设砂垫层，以方便作业。

4.2.2 塑料排水板

要具备足够抗拉强度、柔性和抗腐蚀性，以保障其长久使用。即使土体固结变形也不易被折裂损坏，且能够隔离土粒渗透。塑料排水板的使用，可以提高施工效率，且排水固结效果好。

上述两种排水固结方法在设置中都需考虑间距问题，一般为1.2～1.5cm，间距过密不易于施工，且会对原地层强度造成破坏。根据压缩层深度情况，考虑控制其加固长度，一般需穿过软土层到达硬层。如果软土较厚，则可延长。在有较高含水量的软土地区，需铺设应力土工布，以强化地基稳定，必要的情况下可以铺设土工格栅来促进路堤抗剪能力提升，避免滑移。使用排水固结法处理软土地基，在完成软基施工后，填筑路基土方时也要重视软基排水，以保障排水固结效果[4]。

4.3 碎石桩法

相比排水固结法，碎石桩法的施工周期短、加载快速连续，需先清理好场地，配备需要的机具，沉入管桩后加料压密，之后拔管，将机具移位。低强度软黏土施工之后，需要将孔壁保护好，保持其畅通。开孔时不可立即到达加固深度，需先到软弱层后加料、挤振，此层周围分布填料护住孔壁，然后继续向下开孔，就可以在制桩前护住整个孔道的孔壁。如果该过程中泥浆过稠，则会减缓孔内骨料下降速度，对施工速度和成桩质量产生不良影响，因此需在成孔后及时清孔，回水带出稠泥浆。

施工中，遇到地基中的硬层，成孔要适当扩空，也就是利用振冲器在硬层中多次反复上下挤振作用下扩大孔道。每次少量填料，然后振冲器振密。

常见填料方式有三种：一是提出振冲器后，向孔中加料，然后进行振密；二是不提出振冲器，只上提一点使其离开原先振密过的部位，然后倒料、振密；三是连续加料，振冲器负责振密，深度达到一定标准后，将振冲器上提再振密。可根据地基土性质，合理选择填料方式。由于软土地基中坍落的软黏土会堵塞孔道，因此需经常清理孔中的淤泥，连续加料法不太适用。

4.4 灌浆法

利用机械设备向软基空隙中灌入浆液材料，使其扩散、固化，地基强度得以提高，同时降低软基渗透性。先使用螺旋钻、回转式钻机钻孔，孔径可以小一些以避免冒浆[5]。进行配比试验选择合适的配比方案，根据程序加料和计算，需要多少就制备多少浆液。灌浆前需不停搅拌避免沉淀对浆液质量造成影响。通过灌浆设备和管路将浆液注入目的层，灌浆前先进行现场试验，确定单孔灌浆量，然后进行灌浆施工。灌浆量达到设计要求即可停止，如果发现地面隆起、跑浆液，需及时停止操作，下一段灌浆料酌情减少，并检查设备和封孔装置等，确定无问题才可继续执行灌浆操作。

5 结语

软土地基处理方法多样，需根据公路工程等级、地质条件、软土情况等合理选择使用，设计好软土地基处理方案，并按规范操作，保证软土地基稳定性、强度有效提升，控制好基础沉降，保证公路建设质量和使用安全。