软土路基施工技术在高速公路施工中的研究

摘要：软土地质问题造成的地基沉陷、失稳等，常常危及路基稳定性，成为制约工程质量的关键因素。以软土路基的特征为切入点，分析了高速公路软土路基施工中常用的加固、换填和预压固结等技术，并结合实际工程案例具体分析施工流程和加固效果，以为高速公路软土路基施工提供系统的理论指导。

关键词：高速公路；软土路基；加固处理；预压固结

0 " 引言

在高速公路建设过程中，软土地质条件给路基施工带来了诸多挑战。如何科学处置软土路基，确保工程质量和运营安全，是高速公路建设面临的一大难题。本文以软土路基的特征为切入点，分析了高速公路软土路基施工中常用的加固、换填和预压固结等技术，并结合实际工程案例具体分析施工流程和加固效果。

1 " 高速公路软土路基结构特征

1.1 " 流变性强

与一般路基土壤相比，软土路基结构内部蕴含大量淤泥质颗粒和黏土成分，这些物质本身极易吸收水分，易造成软土路基整体含水率居高不下[1]。据相关数据统计，普遍软土路基内部的含水量介于35%～80%之间，个别极端情况甚至可高达95%。过高的含水量不仅提高了软土路基的压缩性，而且加剧了其流变倾向。

1.2 " 稳定性不足

高速公路软土路基由于组成颗粒较细且分散，在不排水条件下其抗剪强度普遍无法超过20MPa。即使在排水固结条件下，抗剪强度也难以获得显著提升。另外，软土路基内部往往存在着絮状有机物质，在受到剪切力作用时极易流动变形，从而造成整个路基结构稳定性下降。

1.3 " 承载力较低

软土路基的压缩性体现在颇高的压缩系数上，通常在0.3以上。与之相对应的，是软土路基结构中存在大量的空隙孔洞，这种疏松性决定了它在荷载作用下会产生明显的压缩变形。压缩性的背后是内在结构的松散，土颗粒间缺乏应有的咬合和约束，越是松散压缩量就越大。

除了结构松散外，软土路基中通常蕴含着丰富的水分，水分的存在削弱了土体的内聚力，在外力作用下更容易发生位移和挤压变形，导致软土路基的承载能力变差。

2 " 高速公路常见软土路基施工技术

2.1 " 加固处理技术

2.1.1 " 水泥搅拌桩成桩法

水泥搅拌桩成桩法原理是利用专门的搅拌装置，将水泥浆液注入地基土层，与天然土壤进行高速旋转搅拌，使之充分混合、固化，最终形成一根根圆柱状或格栅状的水泥土桩。凝固后的桩体不仅强度高、刚性好，而且与原土层结合紧密，成为支撑路基的坚实基础[2]。

这一技术适用范围之广，施工灵活性之高，使其在工程界广受推崇。无论是淤泥质、粉土质还是可塑状态的黏性土，均可借助水泥搅拌桩加以处理。其搅拌深度也不设限，通常在5～25m范围内可随意调节，满足各类工程对地基承载力的不同需求。

2.1.2 " 粉喷桩加固处理法

粉喷桩加固处理法技术原理，是利用高压喷射设备将水泥浆与土体充分搅拌、混合，形成水泥土桩体，从而提高路基承载力[3]。施工前，先对场地进行平整，清除地表障碍物，布设专用的喷浆平台和配套设施如搅拌机、泵送系统等。再对水泥浆进行配比，将水泥浆水灰比控制在0.6：1左右，将浆体流动度保持在（18±2）cm。随后将预拌和的水泥浆通过高压管路输送至喷嘴，喷射压力一般控制在3～5MPa。同时，带有特殊切割叶片的旋转喷嘴从地表下行至设计深度，借助水泥浆的高速喷射动能以及机械搅拌作用，将原地软土与水泥浆完全分散、混合、搅拌。

喷射过程中，精准控制好桩径、间距、垂直度等关键参数。对于900mm直径桩体，一般控制桩间距为1.2～1.5m；而对较大直径的1200mm桩体，其间距可适当加大至1.6～1.8m范围。完成单桩喷射后，再次上行补喷并振捣密实，直至桩顶出浆浓浆时方可拔出喷管。喷射完成后需要进行后期养护，保证水泥水化反应充分。粉喷桩加固处理原理如图1所示。

2.2 " 换填处理技术

2.2.1 " 抛石挤淤换填法

抛石挤淤换填法原理是在软土层底部铺设粒径在300mm以内的碎石或片石，利用块石本身的重力和挤压效应，将路基内的淤泥质土或高含水率黏土从底部和两侧挤出，同时以石料取而代之，从根本上提高路基的承载能力和稳定性[3]。这项技术尤为适合应用于地下水位较高、软土层厚度在3～4m且抽排水困难的积水洼地和塘沟路段。抛石挤淤软土路基横断面如图2所示。

施工实操时，首先对施工场地及周边地质情况开展全面勘探，准确查明软土分布范围和埋深。其次在设计标高以下开挖至少0.5m的坑槽，将不合格的淤泥层彻底清除。再次分层回填级配良好、含泥率低于3%的碎石料，将每层厚度控制在30cm以内，分别采用人工摊铺和机械压实作业。最后为防止石料边坡失稳，施工人员还需在坡面覆铺300g/m2的无纺土工布作为加固措施。与其他换填工艺相比，抛石挤淤法对设备要求较低，现场施工便捷高效，无需外弃废渣，对环境影响也相对较小。

2.2.2 " 振冲密实换填法

振冲密实换填技术基本原理是通过特制的重型振动设备，使地基表层约0.5～2m的软土颗粒重新紧密排列，从而达到局部区域加密的目的。相较于将原有软土全部开挖清除后回填新料的传统做法，此项技术具有投资开支低、结构完整性好等优势，能够最大程度避免路基新旧过渡处出现不均匀沉降等问题。

该技术并非适用于所有类型软土地基，通常只有当原土的液化指数低于0.75、含卵石黏粒比重小于15%，且无大量腐殖质夹杂时，才能保证良好的密实效果。如果原地基中含有大量碎石、砂砾等坚硬杂质，很可能导致振动设备损坏，严重影响最终加固质量。因此实际应用前，必须对工址土层性质开展详细钻探评估，并经专业地质人员审核把关，以确定该技术的可行性。

2.3 " 预压固结技术

2.3.1 " 真空预压固结法

真空预压固结法基本原理是在路基表面覆铺密闭性能良好的膜层，利用真空系统将膜下空间置于负压状态[4]。在负压条件下，砂垫层及设置的排水板形成渗流通道，促使孔隙水顺利排出，从而达到加速固结的目的。真空预压法原理如图3所示。

这一技术操作相对简便，无需复杂设备，只要做好膜层密封，保证足够真空度即可。按照工程实践，真空度控制在-80kPa以下即可满足固结需求。同时需合理布设纵横向的排水板，将间距控制在1.2～1.8m，以确保排水效果始终保持在较高水平。施工中需监测不同深度的孔隙水压力变化情况，将其作为固结效果评价的依据。一般以平均孔隙水压力小于5kPa为准，对应固结度达90%以上时方可结束真空预压施工。

2.3.2 " 排水固结预压法

排水固结预压法是处理软土路基的行之有效的手段。施工人员需先在地基表面铺设透水性能优异的砂垫层，并将中粗砂渗透系数控制在1×10-2cm/s左右，以确保良好的排水性能[5]。垫层厚度设置为50cm，压实度不低于93%。同时利用竖向塑料排水板在软土层中布设排水体系，排水板纵向通水量需＞70cm3/（cm·s）。

之后实施分层预压作业，第一层预压荷载80kPa维持7d，之后每增加40kPa，维持时间延长3d，直至达到设计荷载值。在持续预压过程中，土层内部孔隙水逐步排出，固结沉降逐渐趋于平稳。

3 " 高速公路软土路基技术应用实例

3.1 " 工程概况

某公路工程位于地质构造十分复杂的丘陵地带，全长约50km，工程范围内软土分布广泛。经过勘测发现，其中一处长约420m的路基路段地质条件极为恶劣，路基下方大面积分布有较为深厚的淤泥质黏土。该处软土土层整体厚度在8～19m不等，层间结构极为松散，呈现明显的不均匀状态。土质特性检测结果显示，土层内部含水量高达65%～95%，孔隙率在1.5～2.6之间，压缩性系数介于2.2～3.7之间，具有明显的流塑性和高压缩性。综合各方面条件评估，如不对这一路段软土地基进行加固处理，极易导致道路在建成后产生严重的不均匀沉降、开裂等病害，无法满足正常的使用需求。

3.2 " 软土路基施工流程

3.2.1 " 现场准备及表层处理

经检测发现，该工程起点至K20+354处为软土路基路段，软土层最大厚度达15.6m，含水率高达95%，属于典型的流塑至软塑状态黏土。在正式施工前，沿两侧路基挖设临时排水沟，将表层积水及地下渗水疏导出场，保证作业面整洁干燥。同时清理耕植土层及其他杂物，将厚度控制在0.4m左右。对浅层软弱土开展机械开挖，直至达到坚硬持力层。然后分层铺填并将压实细粒土或砂石作为换填换底层，以提高路基底面承载力，使其达到设计要求。

3.2.2 " 换填夯实作业

依据勘测数据可知，软土层不均匀性较大，局部区域超出3.5m，不适合整体换填。遂采取分区分段的换填处理方式，将超过3.5m厚度的软土层开挖运出场，换填级配良好、透水性能优异的碎石。换填时遵循分层施工，每层厚度控制在40cm左右。采用双钢轮重型压路机分层压实，压实度不低于93%。

3.2.3 " 排水体系构建

软土路基加固首要任务是排除路基内部多余的地下水和孔隙水。在换填层上方铺设50cm厚中粗砂作为水平排水垫层，其渗透系数不低于1×10-2cm/s。在垫层上方钻孔，每隔1.5m间距打入一根塑料排水板，渗透系数需大于5×10-4cm/s。塑料排水板高出砂垫层表面25cm，外表包裹300g/m2的无纺土工布形成滤层。

3.2.4 " 真空预压加固

为进一步加速路基固结进程，在路基上方架设1.5mm厚的HDPE（高密度聚乙烯）土工膜，周边挖排水沟，并利用砂包压实将膜沿沟底锚固，形成完整的密闭环境。通过真空泵抽空膜下空间，使土体表面产生高达80kPa的真空压力，从而提高路基承压能力。同时，在膜面上分层堆载碎石，确保总加载压力达85kPa。真空预压和荷载预压两股合力，大大加快了路基固结速率。

3.2.5 " 监测评估

对该工程配置完善的监测系统，设置大量观测点，对路基沉降、横移位移和孔隙水压力等参数实时监控。观测数据显示，沉降速率和位移量在加载初期较大，随着时间推移逐步减小直至基本稳定。加载持续55d后，最大处路基沉降量达145.7cm，路床固结度达到92%以上。各监测点位孔隙水压力均明显下降并趋于稳定，说明路基内部已基本排尽多余水分，地基已具备足够的承载能力。

3.3 " 加固效果分析

从监测数据来看，施工前软土路基的压缩模量值通常在24MPa之间，而经过加固处理后其压缩模量提高到6MPa以上，远远超过设计标准的要求。同时，路基的抗剪强度也得到了明显增强，不排水抗剪强度由原先的10～20kPa上升至30kPa，有效避免了软土路基在重载作用下发生膨胀破坏的风险。加固后的路基在长期监测中，未出现明显不均匀沉降的迹象，整体表现出良好的变形控制效果，路面平整度得到保证，为后续的路面铺装和交通运营奠定了坚实基础。

4 " 结束语

综上所述，合理选择加固、换填或预压固结等处理技术，并切实加强勘测设计、现场管理和人员培训，对确保软土路基施工质量至关重要。本文以软土路基的特征为切入点，分析了高速公路软土路基施工中常用的加固、换填和预压固结等技术，并结合实际工程案例具体分析施工流程和加固效果。监测数据显示，加固后的路基在长期监测中，未出现明显不均匀沉降的迹象，整体表现出良好的变形控制效果。

参考文献

[1] 刘力铭.软土路基施工技术在高速公路施工中的应用[J].黑

龙江交通科技，2023，46（9）：51-53.

[2] 刘朝俊.高速公路施工阶段软土路基的施工技术探讨[J].交

通科技与管理，2023，4（11）：131-133.

[3] 马九青.软土路基施工技术在高速公路施工中的应用[J].四

川建材，2022，48（7）：125-126.

[4] 温野.软土路基施工技术在高速公路中的应用研究[J].交

通世界，2022（Z1）：201-202+224.

[5] 陆海波.高速公路施工中的软土路基施工技术研究[J].运

输经理世界，2021（35）：40-42.