滨海地区深厚淤泥层路基预压关键技术研究

文／刘本岩、郭建坡 中国水利水电第四工程局有限公司 青海西宁 810000

引言：

滨海湿地是海洋生态系统和陆地生态系统之间的过渡地带，淤泥层作为一种常见的地基类型，广泛分布在此地区。由于淤泥的高含水量和低强度特性，深厚淤泥层路基通常具有较低的承载能力和较大的变形潜力，给交通运输安全和工程稳定性带来严重威胁。因此，在滨海地区修建道路时，必须充分考虑深厚淤泥层的特点，并采取适当的技术手段进行预防和改善。因此，本研究旨在探索滨海地区深厚淤泥层路基预压的关键技术，并试图寻找解决方案。以期为滨海地区道路工程的设计和施工提供有益的参考和指导。

1.滨海地区深厚淤泥层路基存在问题

1.1 承载能力低

在路基施工中，淤泥的体积与沉积物比值要远远大于岩石和砂石，因此占据绝大部分量。淤泥内泥土的保持力差，致使淤泥土结构性质受到影响。深厚淤泥层的土壤含水量高，颗粒间结构较松散，导致其承载能力较低。这使得在这些地基上修建的道路容易出现沉降和变形问题，危及交通运输安全。

1.2 地基沉降和变形

在淤泥质土地层中深基坑的设计和施工，应特别注意由降水造成的基坑周围地表建筑物的倾斜和沉降。深厚淤泥层的特性导致其容易发生沉降和变形。长期使用或荷载作用下，淤泥层会发生固结和流变性变化，引起路面下沉、路基变形，严重影响工程的稳定性。

1.3 工程稳定性问题

由于深厚淤泥层路基的不稳定性，钻孔作业时必然会遇到水上施工环境，该处的含水量较高,存在明显的水位变动现象，道路工程容易受到周边环境条件（如潮湿度、温度等）和自然因素（如潮汐、风浪等）的影响，使得路面不平整，结构受损，降低了道路的耐久性和使用寿命。

2.针对滨海地区深厚淤泥层路基问题的优化策略

2.1 改良淤泥层路基的稳定性和承载能力

针对深厚淤泥层的承载能力低、地基沉降和变形问题，采取一系列具体的解决对策来提高路基的稳定性和承载能力，确保交通运输安全[1]。首先，采取预处理措施，如土体改良和降低水分含量。一种常用的方法是通过加入适量的掺合料或填充材料来改善淤泥层的物理性质。例如，使用石灰、水泥、矿粉等掺合料可以提高土壤的稳定性和抗剪强度，降低其含水量。掺入石灰可以有效改良淤泥土体。石灰可以与土壤中的粘土颗粒发生反应，促进粘土胶结，形成更稳定的土壤结构。同时，石灰的化学活性也能与土壤中的水分和有机物发生反应，减少土壤的水分含量，从而提高土壤的稳定性。水泥可以显著改善淤泥土体的性质。水泥与水反应生成水化产物，能够形成坚硬的胶结矩阵，提高土壤的强度和稳定性。矿粉中的细颗粒物质能够填充土壤中的微孔隙和裂隙，提高土壤的密实度和抗剪强度。同时，矿粉还具有较好的吸水性能，能够吸附土壤中的多余水分，降低土壤含水量，从而改善土壤的稳定性。

其次，针对路基沉降和变形问题，可以采用预压技术。预压是在道路建设过程中施加压力，以使淤泥层发生固结和变形，在淤泥层内部产生密实作用，提高其稳定性和承载能力。常用的预压方法包括静压预压、动力预压和土工格栅预压。静压预压通过施加稳定的静载荷使地基固结，动力预压则利用动力机械产生的振动力进行固结，土工格栅预压则通过铺设土工格栅材料加固路基，同时对淤泥层施加压力。

最后，为了增强路基的稳定性，可以考虑采用加固措施。常用的加固方法包括地下梁加固、挡墙加固、灌浆固化和地面改良等[2]。例如，在淤泥层中设置合适数量和强度的地下梁，分散荷载并提高承载能力；通过挡墙的设置，改变荷载传递路径，减少地基侧向变形；通过固化灌浆，注入特殊固化材料来提高淤泥层的抗剪强度和稳定性，减少土体的沉降和变形风险，并增加整体土体的承载能力；地面改良可以通过增加土体的密实度和抗剪强度来提高整体的稳定性。常见的地面改良方法包括掺入石灰、水泥等掺合料，以及使用振动或压实设备来增加土体的密实度。

综上所述，针对深厚淤泥层的土壤含水量高、承载能力低以及地基沉降和变形等问题，通过预处理、预压技术和加固措施的综合应用，能够有效解决这些问题。这些措施不仅可以提高路基的稳定性和承载能力，还能减少地基沉降和变形，确保滨海地区道路的安全运行。值得注意的是，在具体工程中，应充分考虑当地的地质、气候等特殊条件，结合实际情况采取合适的技术方案，以达到最佳的效果。

2.2 加固地基防止周围路面形变

深厚淤泥层的特性使其容易发生沉降和变形，给道路工程的稳定性带来了巨大挑战。在长期使用和荷载作用下，淤泥层会发生固结和流变性变化，导致路面下沉和路基的变形[3]。为了解决这些问题并确保道路工程的稳定性，针对土壤含水量高的问题，可以采取预处理措施，首先，可进行土体改良，通过向淤泥层中加入适量的掺合料或填充材料来改善土壤性质。例如，添加石灰、水泥或矿粉等掺合料可以提高土壤的稳定性和抗剪强度，同时降低水分含量。这样可以降低土壤的流变性变化，减少沉降和变形的风险。其次，降低水分含量提高淤泥层稳定性，通过排水和干燥等手段来减少淤泥层的水分含量，改善其工程性质。在工程实践中，采用挖槽、加热、覆盖防护层等方式来降低淤泥层的含水量，增加其稳定性及可靠性。

其次，针对路基沉降和变形问题，采用预压技术来增强淤泥层的稳定性和承载能力。预压是在道路建设过程中施加压力，使淤泥层发生固结和变形，从而提高其稳定性和承载能力。常见的预压方法包括静压预压、动力预压和土工格栅预压。静压预压是一种常见而有效的预压技术。通过施加稳定的静载荷，可以使地基材料逐渐固结，排空土中的孔隙水和空气，并增加土体颗粒间的接触力和摩擦力。这样可以提高土壤的承载能力和稳定性，并减小沉降和变形的风险。静压预压通常使用液压机、压重机等设备来施加压力，控制预压的载荷大小和施加时间。动力预压是一种利用特殊动力机械产生的振动力进行预压的技术。路基通过施加振动力，可以在淤泥层中引起土粒的快速振动和互相碰撞，从而改变土体的结构，增加土体的密实度和承载能力。动力预压通常采用振动夯机、振动锤等设备进行施工，有效改善淤泥层的物理性质，并提高路基的稳定性。土工格栅预压是一种在淤泥层上铺设土工格栅材料，并施加压力来加固路基的技术。该刚性材料可以在土体中形成一种梯级排列的网状结构，增加土体之间的摩擦力和界面剪切阻力，提高路基的整体稳定性和承载能力。土工格栅预压通常通过预先铺设土工格栅材料，然后施加压力，使其与土体紧密结合，形成一个整体的复合材料结构。这些预压技术在一定程度上可以减少地基沉降和变形，提高路基的稳定性。

然而，在实际应用中，需要根据具体的工程条件和土壤特性选择合适的预压方法，并严格控制预压的参数，如预压载荷、预压次数和施工时间等。此外，还需要进行合理的工程监测和调整，以确保预压效果的达到预期目标。为了进一步增强路基的稳定性应采取加固措施。常用的加固方法包括地下梁加固、挡墙加固、灌浆固化和地面改良等。通过设置合适数量和强度的地下梁，可以分散荷载并增强承载能力。路基设置挡墙，可以改变荷载传递路径，减少地基侧向变形。灌浆固化可以通过注入固化材料增强淤泥层的抗剪强度和稳定性。地面改良则通过增加土体的密实度和抗剪强度来提高路基整体的稳定性。

综上所述，对于深厚淤泥层的地基沉降和变形问题，路基通过预处理、预压技术和加固措施的综合应用，可以有效解决这些问题。合理使用掺合料改良土壤的物理性质和降低含水量，采用预压技术提高地基的稳定性和承载能力，并通过加固措施进一步增强路基的稳定性。这些解决对策不仅可以减少地基沉降和变形，确保路面的平整度和舒适性，提高道路工程的安全性和可持续性。

2.3 提升深厚淤泥层路基工程的稳定性

深厚淤泥层路基的不稳定性给道路工程带来了诸多稳定性问题，如路面不平整、结构受损等，降低了道路的耐久性和使用寿命。为了解决这些问题并确保工程的稳定性，针对淤泥层路基与周边环境条件的互动影响，需要加强工程的设计考虑和预测，以充分应对潮湿度、温度等因素的变化[4]。在设计阶段，应根据地理环境和气象条件合理选择材料，并通过增加排水系统和加强路基防水措施来降低淤泥层与潮湿环境的接触，减少污染和软化的风险。

其次，针对淤泥层路基容易受到自然因素的影响，需要采取相应的防护和缓释措施。例如，对于海岸线附近的道路工程，应预留适当的岸滩保护带或设置堤坝，以减少风浪侵蚀对路基的冲击。在河流或陡坡区域，可以采取防护措施如加固护坡、设置护栏和防洪设施等，以减少外界因素对路基的影响。对于海岸线附近的道路工程，应预留适当的岸滩保护带或设置堤坝，以减少风浪侵蚀对路基的冲击。岸滩保护带可以通过植被覆盖或人工加固等方式来保护路基不受海浪的侵蚀，从而减缓淤泥层的破坏和沉降。而设置堤坝可以形成一道屏障，阻挡海浪的冲击，减少对路基的影响。在河流或陡坡区域，可以采取防护措施如加固护坡、设置护栏和防洪设施等，以减少外界因素对路基的影响。加固护坡可以通过土工布、防渗板等材料进行加固，提高护坡的稳定性，减少淤泥层的沉降和变形。设置护栏可以起到安全防护的作用，防止车辆意外冲出路基，并减少对路基的破坏。在河流附近的路段，还应适时设置防洪设施，如水闸、堤堰等，以控制洪水对于路基的冲击和侵蚀。

最后为了能够有效提升淤泥层路基的稳定性，还可以采取加固和改良措施。常用的措施包括土工格栅加固、地下梁加固以及增加路基厚度等。土工格栅可以分散荷载并增强土体的抗剪强度，而地下梁则可以增加承载能力和稳定性。增加路基的厚度可以有效分散荷载和减少沉降。定期进行路面检查和巡视，发现问题及时进行维护和修复，以防止小问题演变成大的损坏，确保及时发现和解决问题。针对深厚淤泥层路基的工程稳定性问题，应综合考虑周边环境和自然因素，采取预测、设计、预防和加固等一系列措施，降低淤泥层与周边环境的相互影响，提高承载能力和稳定性，以保障工程的长期稳定性和安全性。

3.深厚淤泥层路基预压关键技术的实际应用

3.1 项目案例

深厚淤泥层路基预压是在地基中使用特定的方法和技术，在路基建设前对淤泥层进行预处理和加固，以提高路基的稳定性和承载能力。针对台州温岭市的甬台温高速至沿海高速温岭联络线PPP 项目，起点位于台温高速大溪互通北侧附近，沿线经过大溪段、泽国段、城西路、泽国牧屿南侧、滨海新街北侧等区域。在大溪段的K1+000-K3+000，考虑到桥下空间的利用，可以采用深厚淤泥层路基预压技术。将深厚淤泥层路基预压技术应用于具体的工程实例将有助于在保证桥梁建设安全的前提下，充分利用土地资源，并避免对环境和交通的不必要干扰。

该地域采用深厚淤泥层路基预压技术，通过预先对淤泥层进行加固与强化，确保通行的平稳和安全。在泽国互通的附近，考虑到该区域的复杂地质条件，深厚淤泥层路基预压技术可以用于增加路基的稳定性，提升路面的承载能力，并保证交通的畅通。该项目共设置了互通枢纽5 处（大溪、泽国、城北、新河、滨海）。预留互通1 处（新街互通）、互通收费站3 处、服务区1 处（新河服务区）、管理分中心1 处、隧道管理站1 处、养护分部1 处以及必需的设施。本工程填方77 万m3，路基挖方119 万m3，隧道开挖49.5 万m3，软基处理长度主线1.78km，主要采用预应力管桩、素混凝土桩与泡沬混凝土处理。主线桥梁总长29307m/13 座，主线高架桥8 座。互通枢纽主线桥5 座。桥猱占路线总长的9.2%。主采用双向六车道高速公路。设计速度100kmh。路面宽度采用33.5m（双向6 车。本工程设置道1 座。隧道左滑长1670m。右洞长1700m,KB+044-K8+440 段396m 下穿运营甬台温高铁。由铁路都门代建实施。

3.2 相关设计

项目地质岩层方面，第四系地层主要为残坡积含角砾粉质黏土，含黏性土角砾、含黏性土碎石。残坡积含角砾粉质黏土：丘陵表部均有分布，砖红色，可塑，径2～4cm不等，分布不均，分布厚度约0.9-8.5m 不等。含黏性土角砾：黄褐色，中密，角砾成分中-强风化，棱角形，径2-7cm占40%左右，0.5-2cm占30%左右，余为黏性土。含黏性土碎石：灰黄色，稍密-中密，碎石成分为强风化凝灰岩，棱角型，径2～5cm 占80%以上，其余为少量黏性土。前第四系地层为白垩系西山头组（Kx）凝灰岩，青灰色，凝灰质结构，块状构造，岩质较硬，节理裂隙较发育，裂面有明显风化迹象，芯呈短柱状，完整性一般。侵入岩脉：辉绿岩（β），青灰色，辉绿结构，块状构造，岩质较硬，节理裂隙较发育，裂面有明显风化迹象，芯呈短柱状，ZKC20 和ZKC21、ZKSD1 钻孔有揭示。

项目地质构造方面，测区所处的区域构造位置为华南褶皱系、浙东南褶皱带之东、温州-临海拗陷内黄岩-象山断拗南侧。由于区内广泛分布中生代火山岩，因而构造运动留下的形迹以断裂为主。区内的浅层构造受基底构造控制，具明显继承性，构成以北东向断裂为主体兼有北西、东西向的构造格局。区域性断裂距工程区较远，对工程区影响较小。

区内节理发育程度以岩体较显著，走向近东西向的节理最为发育，倾角较陡，次为北东向和北西向，再次为近南北向，节理面一般较平直、光滑、蚀变不明显。TK5+330-TK5+400 处发育节理密集带，产状120-140°L78-90°，宽度约60-70m。

项目水文地质方面，本隧道区内地表水主要为松散层孔隙水，K5+850～K6+000 处距离洞身东北方向约70-120m 建有小型流庆寺水库，最深水位为12m，最低水位完全干涸，高程约30～42m，水库为农田灌溉用。洞身段多条冲沟发育，其中，K5+050 和 K5+400 处冲沟与线位小角度相交。隧址区整体植被发育良好，透水性弱，水质较好，对混凝土微腐蚀性。

针对上述项目所提到的实际情况，深厚淤泥层路基预压技术需要地基中使用特定的方法和技术，在道路建设前对淤泥层进行预处理和加固，以提高路基的稳定性和承载能力。对于该项目而言，其中一段路线从甬台温高速大溪互通北侧附近起点，经过了大溪段、泽国段、城西路、泽国牧屿南侧和滨海新街北侧等区域。在大溪段的K1+000-K3+000 区间，由于考虑到桥下空间的利用，深厚淤泥层路基预压技术可以被采用。

综上所述，本项目中采用深厚淤泥层路基预压技术的关键技术难点包括对淤泥层进行预处理和加固，确保路基的稳定性和承载能力；在穿越多条铁路线时保证通行的平稳和安全；在复杂地质条件下增加路基稳定性和提升路面承载能力。项目通过合理地设计和科学地施工，这些技术难点可以得到有效解决，为该项目的顺利实施提供有力保障。

结语：

综上所述，深厚淤泥层路基预压技术是一项可行且有效的工程措施，可以提高滨海地区道路的安全性和稳定性，减少地基沉降和变形问题带来的威胁。对深厚淤泥层路基进行预压处理，可以显著改善该类型地基的物理性质和力学性能，提高路基的承载能力和稳定性。预压技术可以有效降低路基的沉降量，增强变形能力，并提高其承载能力。根据实验和数值模拟结果分析，深厚淤泥层路基经过预压处理后，其施工质量得到了有效的提升。随着科技的进步，数值模拟方法的精确度将得到进一步提升。未来，工程通过更精细的数值模拟分析，可以更准确地评估预压效果，并进行更有效的方案优选和设计。未来，通过相应的推广交流与示范项目，能够充分提高工程师和技术人员对该技术的认知和应用水平。相信在不断地研究和创新，深厚淤泥层路基预压技术将为滨海地区道路建设提供更安全、稳定和可持续的解决方案。