高速公路施工中的软土路基施工技术

2017-03-06张献宇

环球市场 2017年35期

张献宇

中国水利水电第十一工程局有限公司

1 公路工程施工中软土路基的特点

软土路基施工技术在高速公路建设过程中十分重要，会影响高速公路的安全性与可靠性。作为高速公路施工建设过程中一道必不可少的工序，软土路基施工技术直接影响高速公路的工程质量。在诸多软土施工技术中，最为常见的施工技术是砂垫层以及袋装砂，科学、合理地应用这两项技术，在获得较好经济效益的同时，还会获得可观的社会效益。在高速公路具体施工建设的过程中，要因地制宜，综合分析工程建设的环境条件、地质条件以及工程材料的使用情况，将软土路基施工技术发挥到极致。软土路基主要是由软土、孔隙率大的有机质土以及细砂等共同组成结构稳定性差且易下沉的地基，通过对公路工程施工中软土路基的定义和特性仔细研究后发现，软土路基的特点主要包含以下几个方面的内容：①水分比率过大。在高速公路的规划与建设过程中，受软土路基的黏土颗粒及淤泥影响，造成了软土路基的孔隙过大和水分过大，仅有少部分的有机物能够在不同的地质条件下蜕变为孔隙较小的絮状结构。一般条件下，软土的水分比率在36%～80%之间，受剪力的影响，软土所产生的剪力形变较为明显，等软土固结沉降之后，即会产生块状的固结沉降，从而给车辆的行驶带来了极大不便；②土壤的坚固性较差。由于软土土质具有较为明显的结构性类型，当软土结构的中部土层遭受挤压或是振动时，其中的絮状架构即会受到损坏，使得土壤的坚固性大大降低，严重情况下还会出现流动状态，当软土土质受到破坏时，其强度会随着时间的推移，逐渐得以修复。此外，软土土质具有较高的压缩性、极差的渗透性，在垂直方位上的渗透速率为6～10cm/s；③抗剪力较弱。在我国天然的软土结构组成中，软土的抗剪力的标准设定为少于20MPa，一般情况下的摩擦角度为20～35°，一些软土土质的抗剪力比较弱，因此要加强相应的剪力。由于软土基层受负荷条件和排水固结等状况的影响，其对应的剪力就会随之发生较大的变化，当软土固结的速率不断加快，其相对强度提升幅度也会加大。

2 施工技术相关参考因素

首先，在高速公路工程软土施工期间，为了做好路基施工工作，需要全面考虑自然因素，包括：降水、地形、路基状况、地下水位等因素。高速公路施工地区较多，在不同施工区域，自然环境存在不同特点，在施工期间需结合环境特点开展。详细来说，一些地区水位较高，如果在这一区域开展施工工作，施工人员在施工前期，对施工地下水位检测和评估，判断地下水位是否会为实际施工带来影响。依据实际情况和实际施工需求，设置排水设施，及时把施工区域中，存在积水和过高水资源运作到非工作区域。季节性降水也对公路路基施工具有较大影响，施工人员在开展施工期间，需及时和设计人员交流和沟通，设计人员考虑到季节降雨影响，了解实际施工需求，设计合理施工方案。对于软土路基建设经常出现区域，盆地、滨海和平原等区域，需结合路基不同性质，对路基改造，提高路基施工效率。其次，施工期间，可利用合理方法开展道路施工改造，结合高速公路形状，对路堤设计，对路基改造处理。当路堤高度较低，宽度较大时，对路基换填施工改造，会影响施工质量，局部受到破坏。在路基宽度较大与高度较大时，路基压力较大，出现沉降问题。在考虑公路形状因素时，由于路堤设计和公路建设形状联系密切，路堤高度和宽度不同，决定需要利用哪一种技术来开展施工工作。例如，当路堤宽度较大、高度较低时，就不可以利用换填方法，因为在这一情况下，利用换填方法，会导致公路局部出现损坏，路基压力增加，若处理方式不合理，路基沉降程度加深，公路路面负载里降低，影响公路实际应用性，埋下风险。

3 高速公路软土路基施工技术阐述

3.1 高压喷射注浆技术

高压喷射技术是将注浆技术以及高压射流切割技术融合到一起，对软土结构进行加固处理。施工过程中，首先用钻机钻孔，孔深度达到标准后再使用喷嘴的注浆管喷出水泥浆，高压喷出的水泥浆会形成高射流体，对施工区域的软土土体进行适当的切割和搅动。同时，钻机杆在向上提升时，会保持着旋转状态，促进水泥浆填至土中，凝结后便形成了固结体，能有效提升路基的强度。使用高压喷射注浆技术的前提条件是软土路基中存在大量的淤泥、砂土和砂砾。

3.2 冻结处理技术

高速公路软土地基提高强度的方法还有冻结处理，此种方法应用广泛，主要是使用氮和二氧化碳相结合的工作原理，使用冷却液对整个土层进行冻结处理，进一步提高地基的强度，从而防止其出现较大的压缩变形量。与其他几种技术相比，冻结技术被广大施工单位所采纳，并且取得了非常好的效果。

3.3 压密注浆碎石桩技术

当钻孔机开始工作时，将碎石投入至孔内，然后将水泥浆压到石孔中，当一部分水泥已经出现了固结现象时，再对碎石桩体以及桩周边进行高压注浆，这种施工方式能够有效提高桩体周围强度，进而提高整体路基的强度，从根本上提高软土路基的稳定性以及承载能力，保证了高速公路的运行安全，对高速公路的快速发展具有非常重要的意义。

3.4 加载预压处理技术

加载预压处理的主要方式是在路基中设置砂垫层和竖向排水系统。在对路基施工时，地基会不断加速排水固结，从而有效提升路基的承载能力，避免在长期使用过程中地基出现变形现象。对于施工时固结现象产生的沉降等一系列问题，可以使用超载预压法环节。

3.5 水泥搅拌桩技术

软土路基施工时，通过向土壤中注入水泥，需持续对水泥进行搅拌，促进土加速发生物理、化学变化，使得路基处形成相对稳定的结构体，从根本上提升路基的整体强度。在水泥搅拌桩加固处理的过程中，可以选择使用湿法和干法进行施工，水泥的主要作用是固化剂，将其注入到软土路基后，使用施工设备进行搅拌处理，制作形成复合地基，从而进一步提高软土路基的强度。

3.6 添加剂处理技术

由于软土具有较高的黏性，因此在进行软土路基施工时，可以添加若干添加剂至其中，添加剂主要由水泥和石灰组成，添加剂的加入，能够大幅降低软土中的含水量，保持其具有较高的团聚效应，加快软土的固结，保证软土路基具有适合施工的稳定性。

3.7 复合路基处理技术

复合路基处理技术主要有粉喷桩和旋喷桩，较之其他处理方法，旋喷桩技术成本比较高，且桩的质量较为难控制，所以在软土路基中使用的范围比较窄。然而，该种技术大量运用在桥头软土路基处，不仅能够加速对高桥被土体的填筑，还能有效避免公路在建成使用后出现变形。当前，软土路基施工时，粉喷桩应用比较广泛，具体施工过程中，必须要严格控制桩的长度，且需对桩基进行充分夯实，保证实现“双控”。同时，必须要保证公路路面的承载能力不会受到影响，工程的各项指标也都符合设计图纸的要求，满足条件后才能提高整体路基的安全性能。此外，在进行路基施工时，送灰员必须使用电子秤对送灰量予以严格的把关，保证送灰的均匀性，同时为了保证计量的准确性，必须保证电子秤具有非常高的精度。施工过程中，还会使用到复搅技术，在水泥浆拌头复搅过程中，必须保证钻杆的速度达到规范水平。如果在使用粉喷桩对整个路基进行加固时，一旦发生停灰现象，发生事故时，要保证整个钻头处于地下50cm以下，等待故障解除之后，才能够提高钻头，保证工程质量符合标准，同时，还需对不合格钻头及时更换，保证粉喷浆的施工质量与设计规范相同，从而保证整个喷桩的工程质量处于最佳状态。

4 高速公路施工中的软土路基施工技术实际应用

某高速公路工程地处该地区西南面，经过四个县市区。全长约56.328km，其中A城区段5.026km、B区段16.904km，C市段25.423km。D县段9.975km。全线按六车道高速公路标准进行设计，设计速度为100km/h，共设枢纽互通3处，一般互通5处，管理中心1处，养护中心1处，养护工区1处。水泥搅拌桩施工项目境内，地表为冲海相、海相可塑状粉质粘土，厚度1～3米，下部软土为海积淤泥、淤泥质土，呈流塑，分布广，厚度大，含水量大。水泥搅拌桩施工段全部位于互通A、E、I、G、J、FD1、FD2匝道及JX与道路拼宽线内。设计行车速度为30～60Km/h。水泥桩搅拌工程数量如表1所示。

如图1所示，水泥搅拌桩施工流程包括测量放样、桩基就位、制备灰浆、启动搅拌机切图下沉并喷浆至设计桩底、提升搅拌至桩顶。其中有两点需要注意。

首先，桩基运送至工地后，首先需要进行安装调试，在保证能够在运行后将桩基移位至放样孔位，钻杆头对准孔中心，桩位对中偏差不得超过1cm。就位后还需进行水平校正，钻杆轴线垂直对准孔中心位置，施工时钻杆倾斜度不大于1%。水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，钻机井架两侧分别粘贴刻度标尺，以方便钻孔深度控制。其次，制备水泥浆液时，采用磅秤分别称量水与水泥重量，应严格按照室内试验所确定的配比进行拌制。第三，在搅拌时需要在确认搅拌头转速正常后边旋转切土边下沉，同时开启送浆泵喷水泥浆入土，两组叶片同时正反向旋转切割搅拌土体，直至达到设计深度。之后，改变内外杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到下部桩体直径，喷浆切土下沉，两组叶片同时正反向旋转切割搅拌土体，直至达到设计深度，在桩端应就地持续喷浆搅拌10秒以上。

在工程中，质量控制因素主要有：第一，确保施工材料的质量符合要求。在路基软基处理中水泥深层搅拌桩作业过程中，水泥是非常重要的施工材料，因此，必须做好水泥的检验工作，一个批次的水泥量设定在200t左右，做好每一批次的合格证及其出厂报告的检查工作，并抽检验证质量，检验合格方能投入到正式施工过程中。第二，确保水泥搅拌桩的数量符合要求。在路基软基处理中水泥深层搅拌桩的施工过程中，要根据施工图纸的设计要求，仔细测量搅拌桩间距，确保搅拌桩间距控制在规定范围之内。在搅拌桩作业开始之前，要切实做好施工现场的清理工作，确保每个搅拌桩均能标记明确。要根据工程量的大小来制定搅拌桩的设置数量计划方案，避免在施工过程中出现漏桩现象。第三，确保水泥用量符合搅拌桩的要求。对于路基软基处理中水泥深层搅拌桩施工作业来说，水泥是最重要的施工材料，而水泥用量的大小，对搅拌桩的强度也会产生直接的影响。水泥用量过多，会产生不必要的浪费，提高施工成本，影响施工效益；水泥用量过少，则无法满足搅拌桩的设计强度要求。因此，在搅拌桩施工作业过程中，要确保水泥用量符合搅拌桩的要求。首先，要确保搅拌桩的水灰配比与搅拌机的送浆压力以及成桩试验保持一致；其次，要依据每根桩的长度和施工进度，根据搅拌桩每延桩1m，使用水泥50kg的用量标准，进而计算水泥的实际用量是否符合设计要求。第四，确保搅拌桩长度符合要求。由于路基软基处理涉及到的地质环境复杂，土壤结构差异大，要确保路基的稳固性，搅拌桩要打入，全风化灰岩或页岩50cm的深度，以免桩身没有打入稳固的持力层，影响到加固地基的实际效果，进而影响路基软基处理和竣工后的道路使用安全。通常情况下，我们通过观察钻机电流与钻进速度来判断搅拌桩是否已经打入持力层，电流急速增加而搅拌机的钻进速度急速下降，则表明已经打入持力层。