高等级公路软土地基应对策略

2018-08-24黄展旗

城市建筑空间 2018年7期

黄展旗

（岳阳市公路桥梁基建总公司，湖南岳阳 414000）

1 高等级公路软土地基处理技术概述

1.1 高等级公路软土地基特点

我国国土面积辽阔，软土在我国各地都有较为广泛的分布。虽然全国各地的软土成因、土壤结构各不相同，但其同样拥有压缩比率高、含水量大、强度低等特性。由于软土地基的工程特性，在高等级公路施工中一旦遇到部分路段存在软土地基则极易发生路基变形的施工质量事故。因此，在修筑高等级公路时一旦发现工程范围内存在软土地基就必须进行有效处理，以免公路交付使用后出现频繁大修的情况，浪费国家公路管理部门的维护资源。

1.2 高等级公路软土地基处理目的

1）高等级公路软土地基处理是为提高道路地基的抗剪能力。由于高等级公路上行驶的车辆无论车速、密度、荷载远大于普通公路，因此其产生对道路路基的剪力也远大于普通公路。一旦在未经处理的软土地基上因地基抗剪能力不足而产生道路开裂等问题，则会直接影响高等级公路正常通行。

2）高等级公路软土地基处理是为进一步降低其地基压缩性，软土地基由于本身压缩性极强，一旦在某处出现大规模地基沉降或不均匀沉降，将会危及生命财产安全。

3）高等级公路软土地基处理也是为改善其渗透特性。地基渗透特性表现在其地基遭到意外扰动时的稳定性，如过大的车辆荷载或周边区域地下构筑物施工等都会对其稳定性造成不利影响。

1.3 高等级公路软土地基处理技术

通过对国外先进技术的引进和吸收，并结合我国地质情况和施工工艺水平应用和推广了以下高等级公路软土地基处理技术：强夯法、粉煤灰应用法、粉喷桩法、振冲法、渣土桩法、排水固结、复合地基法等。

2 案例分析

2.1 项目概况

本案例位于南充市的仪陇县、南部县、西充县境内，所涉及的B 3设计合同段起讫桩号为K 82＋350—K 114＋241.190，长31.43 k m，为4车道高速公路，设计速度为80 k m／h，路基宽24.5 m。共分3个施工标段，分别为第10、11、12标段（见表1）。

表1 标段划分里程桩号

公路沿线软土、软弱土主要分布于山间洼地，厚度一般为2～10 m，纵横向厚度差异性大，易产生不均匀沉降。两山一洼地段路堤填土高度大，一般填土高度在8～12 m，软土、软弱土地基承载力难以满足路堤荷载要求，路堤稳定性差，因此如何提高软土、软弱土路段的路堤稳定性是本案例软土地基处理所需处理的主要问题。同时为确保该高等级公路在施工及日后运行期间的可靠性、安全性，故项目管理单位安排技术力量对此路段的软土地基进行处理。软基处理概况为：D 10合同段处理里程为535 m，D 11合同段处理里程为1180 m，D 12合同段处理里程为1699 m。

2.2 软土地基地质情况

本项目所涉及路段基本在山区，由于山间洼地软土空间位置上存在明显差异性，导致该路段路堤在施工中容易出现不均匀沉降而引发路面沿纵坡向出现开裂。而在斜坡坡度较陡、路堤填方较高的情况下严重时则会产生路堤失稳，导致滑坡。此外，软基段地下水位高，软土含砂量较高，竖向、横向固结排水系数较大。其中D 12合同段软土分布及工程地质条件如表2所示。

通过上述地质勘探资料，最终选择预压法和塑料板排水法应对软土地基，使其达到高等级公路路基规范要求。

2.3 预压排水技术

本案例在应用预压法对软土地基进项改良的同时，针对项目所在地土壤自身含水量较高的特点，将其与排水法进行结合从而形成了预压排水法，进一步提升了预压法对于软土地基的处理效果。为确保预压排水法实施效果，将原本相对独立的地基排水系统和加压系统进行结合，通过排水系统将现状场地内较差的排水条件进行局部改造，大大增加了软土地基中水分排出的途径，并进一步缩小了水分外排距离，与此同时通过对地基适当加压过程中也对水分的外排提供了额外的动力。

本案例的排水系统包含竖向和水平两大类排水技术，分别应用与不同厚度或含水量的软土地基。在局部地表的软土层厚度较小、土层渗透性较好、施工工期充裕的前提下，考虑到工程造价因素，本案例在此类区域通常采用水平排水法，即在软土地基上部铺设合理厚度、透水性较好的砂石垫层，利用垫层自身重量促进软土地基中的水分通过砂石垫层中的各类毛细管道排放；但软土地基厚度达到一定指标或其透水能力较差，其本身无法通过水平法排出多余水分，因此可通过在软土地基中设置一定数量排水竖井强化地基水分的外排（见图1）。同时，本案例无论采用何种排水技术都对地基进行预压，通过加压设备所产生的土层压力差进一步促进竖井或砂石垫层中的孔隙水有效而迅速排出。排水系统与加压系统的结合不仅保证了预压期间软土地基的沉降量和强度满足设计要求，同时也大大缩短了施工周期，可谓一举两得。

表2 D 12合同段软土分布及工程地质条件

图1 本案例竖井排水立面

本案例所采用的预压技术大部分属于超载预压，只有在极少数区域使用欠载或等载预压，由于大部分路段采用超载预压技术从而增加了修筑道路路堤时发生的沉降，为此项目管理人员对该技术实施后所引发的沉降量进行估算，并适当加大超压预压段填筑路基的标高，避免超载预压工序完成后，该施工段路基的填筑高度因沉降而降低至设计高程以下。另外，由于增加了路堤的填筑高度给路堤的稳定性提出新的考验，项目管理人员采用分级施加预压荷载方法，严格控制超载预压的加载速率以减轻该项技术对路堤稳定性的影响，并专门安排人员对路堤的稳定性进行实时监测，一旦发现问题及时进行整改。

由于本案例在其施工段内已建成有部分的管道、箱涵等地下构筑物给工程施工造成较大不利影响，鉴于大部分地下构筑物的埋设较浅而采用土方置换法，将构筑物周围的软土地基进行清淤换填从而增强其地基的稳定性。

2.4 塑料板排水技术

鉴于塑料板排水技术具有施工工艺简单、排水效果好、施工对周边地基扰动较小、施工工效高、造价低廉等优势，本案例将其作为预压排水法的有效补充和替代。目前，塑料板排水主要有振动法和静压法2种施工工艺，本案例考虑到对周边环境和现有沪杭甬高速运行状态而采用了静压法作为施工工艺（见图2）。

图2 塑料板排水法施工工艺

本案例将塑料板按照正方形布置，其间距根据不同路段软土地基实际情况进行适当调整，基本控制在1.1～1.3 m，同时塑料板打入深度也视软土地基的厚度而进行合理微调。

为确保塑料板排水法发挥效果，本案例选择了打设一体的静压式插板机大大加快了施工进度也保证了施工质量。该机械自带的履带式行走设备能够灵活地在施工场地内的软土地基中行驶，不必担心自身重量和施工产生的额外压力使机械设备深陷软土地基之中。另外，精巧的专项和控制设备能精准地将塑料板打入任何软土地基之中。由于项目采用的塑料板为生产商提供的成品板材，项目管理人员根据其外形尺寸对静压式插板机的插入导管进行了重新调整，将其端口改造成扁平状，而端口的内径稍大于塑料排水板的尺寸，使其便于板材的安装和固定，从而确保在施工过程中塑料排水板不会因外力作用而产生变形或破损。在施工过程中还利用测量设备对塑料排水板的打入深度进行了逐一检测，进一步保证了其排水固结的效果。

2.5 地基沉降监测技术

本案例为做好软土地基沉降监测，并对所采用各类地基处理技术实际效果进行有效监管和评估，成立专门部门负责施工期间软土地基的沉降监测工作。该部门通过对项目线性和现场场地条件的综合评估最终确定了每隔100 m设置1处监测断面，而在部分预压施工高度达到极限高度的路段，则将监测断面加密到每隔50 m一处。一般情况下沉降监测点的检测仪器都设置在道路的中心线处，而在桥头及引道处可在路肩和坡脚处增设监测仪器。上述监测仪器都是由沉降板、测杆、套管、套管接箍、套管盖板、测杆头等设备组成，其中沉降板由5 mm厚的钢板切割成40 cm长正方形。

在设置沉降监测点时，首先在路基上开挖一处20 cm深的正方形土坑，其尺寸稍大于沉降板大小，并在土坑内铺设8 cm厚的黄砂垫层。随后将沉降板放置在监测土坑内，并用水准尺进行调平后再讲土坑平整压实。当进行路基施工时注意对沉降监测仪器的保护，其周边5 m范围内不得使用机械设备进行填筑或压实作业，而应采用人工填筑及压实。

本案例根据施工工序不同的作业内容，规定相关工序路基沉降的监测频率。如在道路路基填筑施工期间，应当做到每填筑1层监测1次，如果2个填筑作业期间间隔较长则可调整为每2 d监测1次，一旦发现路基有较大的沉降波动，则改为每12 h监测1次，以及时掌握路基沉降动态。当连续3 d监测沉降数据小于10 mm时方可开展下一层路基的填筑施工。在路基的预压期间监测频率可视路基厚度和稳定情况进行适当调整，一般控制在15 d左右，在条件允许的情况下可在预压施工后的第1个月内按照每周安排监测1次，而在第2个月内则按照每2周安排1次监测。到道路面层施工期间，监测频率可按照每碾压半层或一层观察1次。若1层2次碾压时间间隔较短，可合并1次进行观测。