软基处理关键技术在高速公路工程施工中的运用探讨

2020-11-06周敏

商品与质量 2020年39期

周敏

中国葛洲坝集团第一工程有限公司湖北宜昌 443002

社会的发展推动了城市化进程的加快，为连接各个城市之间的交通，高速公路建设步伐越发迅速。在高速公路建设中，软土地基处理十分常见，其松软性使得路基的承载力下降，而其中较大的含水量使得路基设计强度受到影响，路面强度和稳定性需要达到要求才能够保证公路的质量，以降低后期养护运营成本。因此，在高速公路工程施工时，必须要保证软基处理质量，以减少安全事故发生，保证高速公路安全运行，降低管养成本。

1 软基的特性

软土形成受到流水影响，其层理明显，且具有粉砂颗粒，成分也相对复杂，不同地区软土地基之间存在差异，其特性表现在以下几点：

（1）空隙和含水量大。一般软土主要分为黏土粒组以及粉土粒组，并伴有少量有机质，受到时间和环境影响，其会发生沉积现象，并组成絮状结构。根据测定得到，含水量处于30%-80%之间，孔隙比为1-2，表现为明显的流变性[1]。

（2）抗剪力低。就实践而言，软土抗剪强度≤20kpa，摩擦角有效范围为20-510°。长期荷载下，软土路基会出现排水固结现象，此时的抗剪例就会出现变化，若是固结率高，则抗剪强度就会十分明显。

（3）结构变化大。受到挤压和振动影响，软土路基结构也会出现变化，软土强度下降，会导致流动现象出现。在扰动下，时间越长，软土路基的强度会逐渐恢复。在荷载和自重下，完全固结所用时间长。目前我国的高速公路施工路基为软土路基部分，由于其本身抗剪力弱，若是承受各种荷载，极易导致路基剪切，强度下降，引发沉降等现象，进而导致路面塌陷、开裂，甚至导致塌方。

2 高速公路中软基处理关键技术的运用

软质地基处理主要是为了确保高速公路施工进行顺利，且能够保证路基和路面结构稳定持久。因此，一般应用的软件处理技术就是降低含水量、提高力学性能、控制沉降量，通过置换土层、加入强化材料、做好排水、密实等工作，提高路基承载力，使其能够达到公路设计要求。

2.1 垫层换填法

图1 软基处理方法

垫层换填处理方法十分简单有效，如图1 所示，其先挖除软基层，将其换成砂土、碎石和粉煤灰等填料，或是在其中加入水泥等材料强化。该技术应用能够使基层稳定、密实，提高路基承载力，以稳定路基。同时，降低基地含水量，减少水分侵蚀破坏现象。当前，该施工技术在浅表地基硬化处理上应用，适合应用在软土层薄、工程量小的地方。实际施工时，先根据土层结构以及周边环境选择合适的填料，控制材料级配，并铺设土工布，提高软基力学新能，同时能够实现抗渗、隔离目的。之后，碾压置换的垫层，提高其密实度[2]。最后，在含水量大、薄弱软基处加入石灰、水泥等材料，通过物力、化学性能使软土层强化，并使基地含水率下降。

2.2 排水固结法

软基若是含水量大会出现沉降变形、承载力弱的现象，将其中水分排出不仅能够使岩土颗粒孔隙压缩，同时由于自重和外力影响更加挤嵌密实，构成稳固结构，优化荷载力。排水固结就是应用该原理，通过加压抽水使软基含水量下降，紧实内部结构，将路基路面荷载传输到基层底部，进而控制重力和荷载，降低沉降变形发生率[3]。该方法一般与真空预压或堆载预压结合进行，可以应用在含水量高、土层后的软基中，施工效果比较好，但是不适用于具有较强渗透性的泥炭中。

2.3 深层搅拌法

深层搅拌法是一种高效可靠的软件处理关键技术，其通过深入分析水分和工程地质情况，设计施工工艺，可以应用在几乎所有的软质地基的加固处理中。按照工艺原理和施工材料差异，该方法可以分成水泥搅拌桩以及水泥粉煤灰碎石桩。前者使用的是钻孔喷射水泥浆料（粉料）成桩工艺，按照软基强化需求、厚度、含水率等条件，对成桩直径、间距、桩长等参数进行计算，同时进行试验明确水泥浆料配比、钻孔设备参数等，确保成桩质量和承载力符合标准。后者也被称作CFG 桩，由于软基土质以及底层结构差异，选择的工艺也不同，见图2。应用比较多的灌注桩就是长螺旋钻孔和沉管[4]。CFG 桩和水泥灌注桩在软基处理上的区别最主要就是加固原理，CFG 桩使用碎石铺设褥垫层，使桩体周围土层能够参入荷载传输中，而不仅是凭借CFG 桩来提高承载力。

图2 GFG 桩工艺类型

2.4 表层排水法

软基表层一般为粘性土，施工时，其中加入添加剂能够改善路基强度和压缩性。现阶段，应用十分广泛的添加剂就是水泥、生石灰、熟石灰，其添加不仅能够降低土壤团聚效应以及含水量，同时也能够出现化学固结现象，提高土体稳定性。如果软基含水量大，土质好，可以通过表层排水法来处理。填筑路基前，需要在地表挖开沟槽，排出地表水，降低路基表层含水量。为了能够将沟槽的作用发挥出来，需要采用透水性好的砂砾回填[5]。布设水沟时，需要考虑土质、地形等情况，保证排水顺畅。一般水沟断面的宽度是50cm，深度为50-100cm。填筑路堤前，回填砂砾构成盲沟，顺着道路纵向开挖盲沟，组成纵向盲沟，横向盲沟则按照10-15m 的间距设置，若是埋设有孔管，则要保护好过滤材料。