浅析软土路基施工技术在高速公路工程施工中的应用

李广玲

（曹县公路事业发展中心，山东 曹县 274400）

0 引言

在多数高速公路工程中，因地形和地质条件极为复杂，特别是在江南水乡和滨海湿地等地区，软土路基广泛分布，如何安全、有效地进行软土路基施工是施工中面临的重大挑战。软土因其自身的物理特性，例如低剪切强度、高压缩性和敏感性，导致施工过程复杂且难以控制，若后期路基沉降过大，将影响公路平整度和舒适性，甚至引发安全问题。因此，本文对适用于软土路基的施工技术进行分析，并结合案例探讨软土路基施工技术的科学选用，其经验希望能对公路工程施工质量和效率的提升提供参考。

1 软土路基的特征

软土的基本特性首先源于其低强度，其抗剪强度一般在10～20kPa之间，远低于其他类型的土壤，如砂土或黏土，低强度使得软土在承受荷载时更容易产生形变。另外，在湿度和温度等因素的影响下，软土强度表现出明显的不稳定性。软土的压缩性大，一般情况下压缩模量在5～25MPa之间，意味着它在荷载作用下容易产生较大的位移，沉降量可达数十甚至上百毫米，远高于其他类型的土体。这种大的沉降量对高速公路的安全和运行稳定性造成了威胁。软土的液限高和塑性指数大，这些指标的高低直接反映了土壤的可塑性和液态化倾向，软土的液限一般在40%～80%，塑性指数在15～30之间；在湿度变化的影响下，软土的物理和力学性质变化大，进一步增加了施工的难度[1]。

2 软土路基常见施工技术

常见的软土路基施工技术有预压法、土质改良技术、深层搅拌法、土石混合桩法、粉喷桩施工、液态粉煤灰回填施工技术等。

2.1 预压法

作为一种典型的软土地基处理技术，其操作方法主要是通过在施工区域施加大于设计荷载的重压，使得土壤中的孔隙水逐渐排出，旨在提升软土的强度和稳定性。这种方法主要应用于液限高、塑性指数大、压缩性强和强度低的软土地基处理。预压法的预压荷载不应小于设计荷载的1.2倍，以保证能够有效地排出孔隙水，提高地基土的强度和稳定性。此外，预压法还需要对预压荷载和土壤排水量进行实时监控，以便及时调整预压荷载和评估地基土的强度和稳定性。预压法可以使软土的压缩模量提高20%～30%，强度提高40%～60%[2]。

2.2 土质改良技术

通过添加适量的改良剂如水泥、石灰或飞灰等，改善其物理和力学性质，提高路基的稳定性。改良剂的添加量通常在土体重量的5%～20%之间，具体比例需依据土体的原始性质、改良的目标以及经济效益进行精细化调整。研究表明，经过土质改良技术处理后，软土的抗剪强度可以提高1～3倍，压缩模量可以提高3～5倍，对于抗剪强度15kPa、压缩模量5MPa的原始软土，改良后，抗剪强度可提高至30～45kPa，压缩模量可提升至15～25MPa，能显著提升路基的稳定性[3]。除此之外，土质改良技术还可以改善土壤的排水性能，改良后的软土透水系数可以提高2～4倍，使得土体中的孔隙水排除更为迅速，加速施工进度。然而，虽然土质改良技术在改善软土性质方面取得了显著效果，但选择适宜的改良剂和配比需要专业知识和丰富的经验，添加和混合改良剂需要专业的设备和技术，会增加工程的成本。此外，部分改良剂可能对环境产生影响，因此在施工过程中需要严格遵守环保规定和标准。

2.3 深层搅拌法

主要通过机械搅拌将路基土体与改良剂混合，从而提高土体的强度和稳定性。这种方法特别适用于高深度软土的处理，可以在不需要挖掘和换填土体的情况下，直接提升土体的承载能力和稳定性。深层搅拌法通常包括干法和湿法两种，干法主要用于湿度较大的土体，而湿法主要用于湿度较小的土体。在实际施工中，深层搅拌法的深度可以达到20～30m，混合直径可以达到1.2～1.6m，强度可以提高3～5倍，稳定性可以提高2～3倍。深层搅拌法在施工过程中涉及到的施工设备复杂，需要具备高强度的钻杆和强力的旋转力矩，且施工噪声大，对周边环境影响较大，搅拌过程中可能会产生大量的气体和热量，需要进行有效的排气和冷却[4]。深层搅拌法的效果受到土体类型、改良剂性质和搅拌效果的影响，需要进行充分的前期试验和设计，以确保施工的效果和安全性。

2.4 土石混合桩法

在软土层内打入土石混合桩，以改善路基土的承载能力和稳定性，该方法结合了土质改良和深层压实两种技术的优点，特别适用于高度压缩性或强度较低的软土地基。在施工过程中，首先将改良剂（如水泥、石灰等）与碎石混合，然后通过旋挖设备在预定位置打入混合料，形成土石混合桩。通过这种方法，可以有效提高软土的抗剪强度和压缩模量，减少地基的沉降和变形，提高路基的稳定性。研究表明，经过土石混合桩法处理后，软土的抗剪强度可以提高2～4倍，压缩模量可以提高4～6倍，有效控制了地基的后期沉降。而且，土石混合桩的施工效率高，施工周期短，对施工环境的影响小，不会产生大量的挖掘土和废弃物[5]。土石混合桩法中，桩的布置需要精确计算和严格控制，否则可能会影响桩的效果和土体的均匀性，桩的质量受到混合料配比、搅拌质量和打桩设备性能的影响，需要进行严格的质量控制。

2.5 粉喷桩施工技术

粉喷桩施工通过深层喷射搅拌机将水泥用压缩空气喷射至被加固的深层软土中，水泥与被搅拌叶片切碎的地基土强行搅拌并充分混合均匀，在水泥与软土颗粒间发生一系列的物理、化学反应，最终形成具有整体性、水稳定性及一定强度的加固柱状体。用该桩取代同体积的软土，形成竖向增强体，起到置换作用，能提高承载力，由桩和桩间土组成复合地基，共同支承上部荷载。

2.6 液态粉煤灰回填施工技术

在高速公路工程的软土路基施工中，液态粉煤灰的应用显现出其独特的优势。在实践中，高速公路处理过程中的主要问题包括桥台倾覆和桥头跳车。这些问题通常由于桥头和台背填料间的不均匀沉降引发。液态粉煤灰相比于传统的砂砾土、级配砂砾等填料，在物料来源、成本控制、施工效率以及环保性等方面具有显著的优势。

3 高速公路工程软土路基施工技术的应用

3.1 工程概况

某沿海一项高速公路工程，沿线穿越河流，再经过莒城盐场，由于海水养殖和盐业的发展，原始地形已经被人工改造，整个工程区域被划分为三部分：（1）养殖池区域，长度大约2000m；（2）河流之间的沿海滩涂，长度大约800m，海床平缓，覆盖有淤泥；（3）河流以东的盐池和养殖池，分别长约1500m。地貌上，该区域以冲积海积平原为主，其中还混杂着河流和低山丘陵地貌。水系主要由沁水东河和沁水西河组成，它们的河谷宽阔，河床起伏不大，水流量会随季节变化而显著改变。潮汐作用在此地区非常明显，百年一遇的高潮水位可以达到2.7m，而平时最低的潮水水位为0.4m。该工程地下水均为第四系孔隙潜水，其补给来源主要是海水、区外地下水径流和大气降水垂向补给，水源在地形和气候条件的共同影响下，形成了特定的水文地质条件。该高速公路工程所处的地理环境复杂，包括地形、地貌、水系、潮汐、地下水、地震等多个方面都需要考虑，需要对软土路基施工技术进行深入研究，以期找到一种更为有效和适合的施工技术，保证工程的顺利进行。本文主要探讨粉喷桩施工技术、液态粉煤灰回填施工技术以及砂垫层法和深层搅拌法相结合、堆载预压法和深层搅拌法相结合施工技术的应用。

3.2 软土路基施工技术及应用

3.2.1 粉喷桩施工技术

在高速公路工程软土路基施工中，粉喷桩作为一种常用的加固方法，在进行大面积粉喷桩施工前，实施了一项粉喷桩试验路段的施工，重点研究提钻速度和复喷复搅之间的关系，比较了两种不同的施工方案。方案一的提钻速度为0.3m∕min，不进行复喷复搅；方案二的提钻速度为0.5m∕min，进行2∕3 桩长的复喷复搅。通过取芯检测，发现方案一的强度未能达到设计要求，而方案二的强度则达到了设计要求。这一结果表明，适当提高提钻速度，并在提升过程中进行一定深度的复喷复搅，可以有效提高粉喷桩的强度。

在大面积粉喷桩施工过程中，采用了一系列技术措施以保证施工质量。

（1）施工准备阶段：做好工作面的整平和水泥储存棚、机电设备安装地点及水电供应位置的布置。定位放线、验线过程中，每一桩位都要进行准确标记，自检、监理和建设单位验线、验位之后，设备就位进行施工。

（2）设备的安装、调试和就位：该阶段需要调整刻度盘指针与钻进提升一致，送灰器计数与送灰量一致，设备安装必须牢固、安全、底座水平，对桩位误差和垂直度偏差有严格要求。搅拌钻进阶段钻至设计桩底标高时停止钻进。

（3）喷灰提升搅拌：需要控制提升速度不大于0.5m∕min，深度记录误差不大于5cm，时间记录误差不大于5s。复喷复搅深度为2∕3桩长，实际超喷超搅至桩顶以上30cm后停止。

（4）提钻成桩阶段：钻头提出地面后需要及时清理钻头等机具，并将设备移至下一桩位。最后是编号记录阶段，每根桩都需要编号并做好记录。

3.2.2 液态粉煤灰回填施工技术

由于该高速公路项目存在较多的软土地基，其台背回填问题较严重，提出使用液态粉煤灰替代传统填料的建议。针对桥台倾覆和桥头跳车的问题，提出一系列解决措施。首先，桥台的高度值应设为4m，且扩大基础深1m，以增强其稳定性。其次，桥台背后应设有防止桥头跳车的搭接板，搭接板长度约5m。这样的设计可以有效防止不均匀沉降引发的问题，回填模型如图2所示。

图2 回填模型图

在液态粉煤灰的配合比例上，建议水泥:水:粉煤灰的比为8kg:55kg:92kg，同时加入0.08kg的减水剂。这样的配比旨在保证强度的要求，即7d 达到0.4MPa，28d 达到0.6MPa。对于混合料的最佳含水量一般建议为50%～60%。建议借助砂浆稠度仪对混合料的稠度进行检测，以13～15s为最佳。此外，为了保证混合料的质量，施工前需要检测现场粉煤灰的含水量，从而确定在搅拌过程中应加入的水量。搅拌的时间一般不能低于3min。液态粉煤灰的灌注过程不能一次性完成，每次灌注之间应有一定的间隔，通常为2m以内的范围。下一次灌注应在自然晾晒2～3d之后进行。这样有助于液态粉煤灰的充分固化，从而保证其强度。液态粉煤灰的使用不仅能降低施工成本，而且在施工过程中可以对其稠度进行调整，以满足施工需要。

液态粉煤灰占石灰土的20%～30%，如用石灰土则成本约为50元∕m3，而用液态粉煤灰成本约为100元∕m3。如果某处桥台工程量为1000m3，则用石灰土需要成本50000元，而用液态粉煤灰只需成本20000～30000元。液态粉煤灰的另一个优点在于它可以实现连续施工，大大缩短了工期。一般而言，使用液态粉煤灰进行施工，只需5d就可以完成。这不仅降低了成本，也优化了施工进度。此外，使用液态粉煤灰也是一种资源的有效利用。粉煤灰是火力发电厂的废弃物，其利用属于废物利用，有助于减少污染，达到保护环境的目的。

3.2.3 其他软土处理技术的应用

在软土地基处理中，多种方法可以适用于解决各种具体的问题，需要根据具体的现场情况和实际需求进行精准的选择和使用。软土地基的处理并不是单一的技术应用，而是一个整体的工程设计过程，这个过程需要充分地对现场条件、设计需求和具体实施进行全面分析和考虑。

（1）砂垫层法与深层搅拌法相结合。该工程中，有一家距离海边约500m的苗圃，由于需要防冻将PVC水管深埋在地下，考虑到无水供应会导致5h内幼苗全部死亡，因此，决定将水管位置左右四排桩的桩间距由1.2m调整到1m，使得水管处保留下2m的空挡。然后在空挡处的淤泥下挖80cm，然后用砂砾回填并碾压，通过将砂垫层法与深层搅拌法相结合实现有效的软基处理。通过后续的沉降观测，发现该部位没有出现明显沉降，说明将砂垫层法和深层搅拌法相结合的方法是行之有效的，为工程施工中软土地基问题提供了一种新的、可行的方法。

（2）堆载预压法和深层搅拌法相结合。工程中一个约200m的路基纵向裂缝，相邻的约800m路段的沉降量也较大，原因在于该段路基较早完成填筑，在粉喷桩完工后并没有足够的自然沉降时间，针对出现纵向裂缝的路基问题，采取将堆载预压法和深层搅拌法相结合的处理技术，在该路段再额外加载1m厚的土方，增加了预压力，以促进沉降，在沉降稳定后，移除加载的土，然后在裂缝路段的填土下挖80cm，进行重新填筑。

4 结束语

软土路基处理技术的有效应用，可解决工程建设中的各种挑战并实现安全、经济和环保的目标。不同的软土处理技术如粉喷桩施工技术、液态粉煤灰回填法、砂垫层法与深层搅拌法结合、堆载预压法与深层搅拌法结合等，都具有其独特的优势和可行性，为高速公路的施工提供了新的思路和可能，各项技术具有其特定的应用条件和限制，需要根据实际情况，灵活而有效地调整和应用这些技术，以实现最佳的施工效果。