高速公路软土地基处理施工技术研究

徐楚南

（江西省交通工程集团有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

高速公路在现代交通体系中起着至关重要的作用，其可靠性和安全性在很大程度上依赖于地基的质量和稳定性。在众多地质条件中，软土地基在受载时容易发生沉降、渗透性问题，甚至可能引发液化等地基工程问题，对高速公路的设计、施工和运营构成严峻的挑战。随着社会和经济的不断发展，相关各界对高速公路的需求不断增加，因此，如何处理和改善软土地基已经成为高速公路工程领域的一个紧迫问题。

1 高速公路软土地基的主要特点

首先，软土地基的不稳定性。软土地基通常由高含水量的松散土壤组成，因此在负荷作用下容易发生沉降和变形，这种不稳定性会导致道路表面出现坑洼和裂缝，增加车辆行驶的不稳定性，对行车安全构成威胁。其次，软土地基具有较差的承载能力。软土的抗压强度较低，因此难以承受高速公路交通负荷所带来的巨大荷载，这会导致路基沉降，严重时甚至会引发路面破损和交通事故，因此软土地基的承载能力必须得到有效提高。最后，软土地基的水文特性较为突出。由于软土地基具有高含水量，软土地基在雨水入渗或者河流泛滥时容易发生液化现象，进一步加剧地基的不稳定性，因此，在软土地基处理中需要考虑排水系统的设计和维护，以减轻水文环境的影响[1]。

2 高速公路软土地基处理存在的问题和危害

2.1 容易发生变形

软土地基的变形主要是土壤自身的特性引起的，软土通常富含水分，具有较高的压缩性和膨胀性，这使其在外部荷载作用下容易发生压实或膨胀，这种土壤性质使在软土地基上建设的高速公路容易出现路面沉降等问题，严重影响道路的平整度和行车安全。其次，变形问题也受到交通荷载的影响。高速公路上的车辆荷载非常大，而软土地基的承载能力有限，容易发生路基下沉和路面变形，这不仅会增加维护成本，还会对行车安全造成威胁，尤其是在快速车流和大型货车频繁通行的情况下。

此外，自然因素也会加剧软土地基的变形问题。例如，气候条件的变化、降雨和地下水位的波动都可能导致软土地基的液化、膨胀或沉降，降低道路的稳定性[2]。

2.2 无法对渗透性进行合理控制

软土地基的渗透性通常较高，这使水分在土壤中的移动更为迅速，容易引发地基液化、土壤冲刷以及地下水位的升高。

首先，缺乏合理的渗透性控制会造成路基下沉、路面破损，甚至引发沉降沟、坑洼等问题，直接影响道路的稳定性和安全性。

其次，缺乏合理的渗透性控制会对路面结构产生不利影响。高速公路的路面结构需要具备一定的抗水性，以防止水分渗透到路基下部，引发软土地基的变形。如果无法有效控制渗透性，道路结构可能受到破坏，进而影响道路的使用寿命。

最后，无法对渗透性进行合理控制还会对周边环境造成不良影响。土壤中的水分含量过高可能导致地下水位上升，影响周边区域的排水情况，甚至引发地质灾害，如滑坡和泥石流等。

3 高速公路软土地基处理施工技术

3.1 换填处理技术

首先，应考虑土工织物垫层或填砂石垫层法的科学使用，这些方法可有效改善软土地基的工程性能。土工织物垫层的应用可以增加土体的抗拉强度，降低沉陷速度，从而提高地基的稳定性和承载能力。填砂石垫层能够改善土壤的排水性能，预防液化现象的发生，有助于减少路面沉降的风险。其次，挤压淤泥法在软土地基的处理中具有显著的优势，该方法通过挤压淤泥，将土壤中的水分排出，使土体更加紧密和稳定，这不仅可以加快软土地基的处理速度，缩短施工周期，还可以满足工程的经济性要求。同时，挤压淤泥法能够有效地应对现场施工风险，减少不稳定土层的液化风险，确保施工过程的安全性和可控性[3]。

3.2 真空预压法

真空预压法是一种在软土地基处理中常用的技术，其基于固体—液体—气体三相的力学原理，通过施加负压将水分从土壤中排出，从而提高土壤的密实度和承载能力，这一方法在解决软土地基问题上具有相应的理论基础和实际应用价值。其一，真空预压法通过减小土壤内的孔隙水压，有效降低土壤的孔隙水含量，这有助于提高土壤的抗剪强度和抗沉降能力，减少了软土地基的沉降风险。因此，在软土地基处理中，真空预压法常用于改善地基的稳定性，尤其是在需要承受大型结构物或交通负荷的情况下，能够显著提高地基的承载能力，确保工程的安全性和稳定性。其二，真空预压法还可用于提前排出土壤中的孔隙水，以减少施工中的振动和沉降。在高速公路建设中，特别是在城市或靠近建筑物的地区，振动和沉降可能对周围环境造成不利影响。真空预压法可以事先降低软土地基的含水率，减少施工引起的地基沉降和振动，从而降低施工对周边环境和结构物的影响，提高施工的可控性和可持续性[4]。

3.3 搅拌桩法

搅拌桩法是通过在地基中注入水泥浆并加以搅拌，形成一系列深埋的水泥桩，从而改善土壤的力学性质和稳定性。其一，搅拌桩法将水泥浆注入地基，并搅拌形成坚实的桩体，进而提高地基的承载能力，这对于支撑大型交通负荷和减少地基沉降而言至关重要，确保了高速公路的安全运行。其二，软土地基在水分饱和或者外部振动作用下容易发生液化现象，搅拌桩法可以减少土壤的孔隙水含量，提高土壤的抗液化能力。此外，搅拌桩法也可以改善土壤的排水性能，预防积水和泥石流等问题的发生，确保道路的可靠性和安全性。

3.4 堆载预压法

堆载预压法是通过在地基上加装重物，施加静荷载来压实土壤，降低土壤的压缩性，提高软土地基的承载能力。首先，确定堆载的位置和大小，以满足设计要求。其次，在选定的位置上安置堆载，可选用砂袋、碎石、钢板或其他重物，重物的选择应考虑其质量、分布、排列方式以及所需的压实程度。最后，施加静荷载并保持一段时间，使土壤逐渐压实，这一过程通常需要一段时间，以确保土壤中的孔隙逐渐减少，土壤颗粒更加紧密。堆载预压法的应用具有多种优势，第一，通过静荷载的施加，软土地基中的土壤颗粒被紧密压实，从而增加了土壤的抗剪强度，使其更好地支撑道路、桥梁和建筑等工程结构。第二，堆载预压法通常成本较低，施工相对简单。相较于其他土地基处理方法，如搅拌桩法或挤压淤泥法，堆载预压法对施工设备和材料的要求相对较低，适用于资源受限或预算有限的项目[5]。

3.5 排水固结法

排水固结法旨在改善土壤的工程性能和稳定性。该方法基于孔隙水排除原理，通过排水来减小土壤内部的孔隙水压力，从而增加土壤的抗剪强度和承载能力。其一，确定需要排水固结的区域，通常软土地基中含水量较高的区域更容易发生沉降和不稳定性问题，因此需要进行处理。其二，进行排水处理，可以采用不同的排水方法，如水平排水、垂直排水或斜向排水等，根据地基情况和工程需求选择最适合的方法。排水固结法的应用涵盖了多个领域，常用于解决沉降问题。软土地基中的孔隙水压力是发生沉降的主要原因之一，排水固结法可以有效减小孔隙水压力，降低沉降风险，确保道路和建筑物的稳定性。排水固结法也可以用于处理液化风险，在地震或其他振动条件下，软土地基容易发生液化现象，通过排水固结法来减小孔隙水压力，可以提高土壤的抗液化能力。

3.6 深层土振动挤压技术

深层土振动挤压技术通过机械振动设备将钢管或挤浆钻杆推入地下，同时注入水泥浆或水泥砂浆，然后通过振动和压实作用来改善土壤的力学性质，这一过程可以在地基深层形成坚固的土石桩，从而增加土壤的承载能力和稳定性。深层土振动挤压技术的应用主要包括以下两个方面：第一，用于提高软土地基的承载能力。通过形成坚实的土石桩，该技术可以有效增加土壤的抗剪强度，使其更适合支撑重型结构和交通负荷。第二，深层土振动挤压技术也可用于减小地基沉降风险。通过压实土壤并排出孔隙水，可以降低地基的沉降速率，确保道路和建筑物的稳定性。

4 提升高速公路软土地基处理水平的关键措施

4.1 明确施工处理方案

在对高速公路软土地基处理之前，应明确施工处理方案。软土地基的特点与施工现场的具体情况应该在方案确定过程中得到充分考虑，以确保施工的科学性和可行性。首先，必须对软土地基的性质进行深入分析，包括了解土壤的类型、含水量、压缩性等工程性质。通过地质勘查和试验室测试，可以获得关于土壤的详细数据，这些数据将为施工处理方案的制订提供科学依据。其次，施工的实际情况也是施工处理方案需考虑的关键因素。施工现场的地理位置、规模、资源可利用性等都会影响方案的制订。如果施工现场位于偏远地区，物资和设备的运输可能面临困难，因此施工方案制订时需要充分考虑这一实际情况，以确保施工可行性和经济性。最后，需要综合考虑理论方法和实际情况，选择适用的处理方法和材料，并制订详细的施工计划。施工处理方案的明确有助于规范施工过程，降低风险，确保高速公路软土地基处理工程的成功实施。

4.2 做好施工准备工作

施工前的准备工作至关重要，可以保障后续的软土地基处理效果。首先，原材料的充分准备。在软土地基处理中，常用的原材料包括水泥、石灰、聚合物等，这些材料在施工中起着关键作用。在施工前，必须确保原材料的充足供应，并且符合相关质量标准。同时，仔细策划原材料的采购和储备工作，以应对施工需要，避免不必要的延误和施工中断。其次，设备的准备。根据施工方案的要求，需要选择适当的施工设备，如搅拌机、振实机、注浆设备等，这些设备必须经过检修和维护，确保其性能正常。最后，人员的准备。施工队伍的组建需要充分考虑人员的技能和经验，以确保其能够胜任施工任务。此外，应开展相关技能和安全意识培训，这关系到施工现场的安全性。同时，明确责任分工和沟通机制，确保施工团队的协同合作，高效完成任务。

4.3 完善现场管控制度

现场管控的目的是确保施工过程安全、高效、质量可控，同时遵循相关法规和标准。为了实现这一目标，需要从以下三个方面入手：第一，进度管理。在现场管控制度中，必须建立有效的进度管理机制，包括确定详细的施工进度计划，明确每个施工阶段的时间节点和关键任务。同时，建立监测和报告机制，以及制订应对延误的预案。第二，质量管理。质量控制是现场管控制度的另一个重要方面，应制订详细的质量控制计划，包括检查和测试标准，材料和设备的要求，以及工程验收标准。建立质量记录和报告系统，确保质量问题能够得到及时发现和纠正。第三，安全管理。现场管控制度强调施工现场的安全，包括制订详细的安全计划和培训方案，确保施工人员了解和遵守安全规定。同时，应建立事故报告和紧急应对机制，以便在发生事故时能够迅速采取行动。安全管理的实施将最大程度地降低施工风险，保护施工人员和现场设施的安全。

4.4 注重应用效果评估

应用效果评估旨在通过系统的监测、数据分析和反馈机制，全面了解软土地基处理的实际效果，以确保处理方案的有效性、可持续性，并为后续改进提供基础。首先，必须建立有效的监测和测试系统，包括安装监测设备，跟踪处理后的土地基性能，如土壤沉降、承载能力、渗透性等。监测应涵盖处理前、处理中和处理后的各个阶段，以确保数据的全面性和连续性。其次，应用效果评估需要对监测数据进行详细的数据分析，如统计分析、趋势分析和模型建立等，以识别潜在问题和趋势。数据分析可以评估处理方案的实际效果，比较实际数据与设计预期之间的差异，这有助于及时发现和解决问题。最后，应用效果评估需要建立反馈机制，以不断改进处理方案和施工方法。基于监测数据和分析结果，应定期召开评估会议，汇总反馈意见，并采取针对性措施加以改进，包括更新处理方案、改进工程实践、提供相关培训以提高工作人员的技能。通过持续地反馈和改进，可以不断提高软土地基处理水平，确保软土地基的稳定性和工程质量。

5 结语

综上所述，软土地基处理是高速公路建设中的重要工作，对高速公路的安全运行具有重要作用，然而，软土地基处理是一个复杂多样的工作，需要通过不断的研究和实践来不断进行完善和创新。未来的研究和工程实践将不断加深相关人员对软土地基处理的理解，为高速公路建设提供更多创新和可持续的技术方案。