高速公路工程中软土路基施工技术的应用

2021-06-20郝显伟

运输经理世界 2021年26期

郝显伟

（甘肃五环公路工程有限公司，甘肃兰州 730050）

0 引言

高速公路是交通基础设施建设的重要内容，在推动社会经济发展方面发挥着重要作用。高速公路工程施工过程中，软土路基比较常见，该类地质结构与常规地质结构有一定的差异性，软土路基本身的荷载力不强，施工安全系数较低，对高速公路工程的施工安全及质量有很大影响，合理应用软土路基施工技术是解决这一问题的关键。

因此，在高速公路工程的建设中，需要重视、优化对软土路基施工技术的应用，保障施工的质量与安全，达到预期的施工效果[1]。

1 高速公路工程中软土路基的特点及影响

在软土路基中，随着荷载力的增加，其软土的强度也会随之降低，还可能出现抗剪强度降低、流动性增加的情况，导致公路路面发生变形、沉降、开裂等病害问题。一旦高速公路路面出现病害，高速行驶中的车辆就会出现颠簸等情况，影响行车安全，随着荷载力的持续增加，软土路基路面甚至还会发生塌方、沉陷等情况，不仅会严重威胁过路车辆及人员的生命、财产安全，也会缩短高速公路的使用寿命，增加维修成本。

因此，在高速公路工程的软土路基施工中，合理应用有效的施工技术，增强高速公路软土路基的荷载力，可以有效防范公路变形、沉降、开裂等问题，对确保高速公路的行车安全、延长高速公路的使用寿命、降低维护成本具有重要意义[2]。

高速公路工程施工前，如果不能对施工现场进行严密的勘测，没有发现软土路基路段的存在，而应用常规的施工技术，就会对高速公路后期的施工及运行带来较大的质量与安全隐患。而在后期施工中，若重新改变施工技术方案，不仅会严重拖慢施工进度，重新进行施工的设计与返工还会增加施工成本。因此，在高速公路工程施工过程中，需要加强对施工现场的勘测，针对软土路基路段，设计出符合实际的施工方案，并确定合理应用软土路基施工技术，确保高速公路工程保质、保量、保期完成。

1.1 富水性

软土路基的一个主要特点就是富水性。与一般的地基土壤相比，软土路基土壤结构中的含水量非常大。在高速公路施工过程中，富水性软土路基会严重影响施工材料与路基土壤结构相结合后的稳定性，进而影响施工质量，拖慢施工进度，还增加了施工的安全风险。

此外，由于软土路基具有较强的富水性，严重降低了地基结构的防渗性能，增加施工难度，因而容易在公路的应用中发生路基沉降、开裂等问题，影响高速公路工程使用的安全、稳定性，缩短高速公路的使用寿命，降低高速公路工程建设的经济效益和社会效益。

1.2 孔隙率大

从土壤结构来看，软土路基还具有孔隙率大的特点，具体表现为软土路基的土壤结构非常松散，结构间的孔隙率较大，土壤结构的静荷载力非常低。在高速公路工程施工过程中，由于软土路基的孔隙率较大，结构的静荷载力较低，无法承受施工物料、施工机械设备的荷载，因而极大地增加了施工难度，拖慢了施工进度，增加了施工成本，同时也直接影响了高速公路的施工安全与稳定。

2 高速公路工程软土路基的施工技术要点

2.1 冻结技术

冻结技术是一种物化处理方法，软土路基的富水性较强，可以应用冻结技术进行处理。在高速公路软土路基施工过程中应用冻结技术，就是用大量干冰等冷冻剂，将富水的软土路基中的水分冷冻起来，从而降低其含水量，增强软土路基的强度，降低其对高速公路施工的影响。在采用冻结技术处理软土路基的过程中，需要确保冷冻剂的冷冻速率与冷冻设备运行效果满足工程要求，尽量降低施工时间与资金投入，最大限度地提高施工的经济效益和施工效率，并确保软土路基的施工满足高速公路工程建设的要求。同时，在冻结技术的应用过程中，施工人员还需要掌握冷冻材料的物理及化学属性，避免施工产生化学污染，保障施工的质量及安全[3]。

2.2 水泥桩搅拌

水泥桩搅拌技术是通过将水泥混合物向软土路基中进行灌注，从而增强软土路基的强度，提高路基荷载和稳定性的一种处理技术。在高速公路工程软土路基施工过程中，应用水泥桩搅拌技术，能够有效避免高速公路施工中路基塌陷的问题，确保高速公路的施工质量与安全。在具体的应用过程中，施工人员需要注意合理设置水泥搅拌桩的间距，确保其在达到增强软土路基荷载与稳定性的基础上，降低水泥桩设置的数量，降低高速公路的施工成本，提高高速公路工程建设的效益。同时，在实际应用中，施工人员还需要确保水泥混合物搅拌均匀、强度达标，保证水泥桩的质量和安全，施工过程中，还需要加强对软土路基塌陷程度的观察，确保施工的安全、稳定。

2.3 竖向排水固结

竖向排水固结技术是通过对软土路基土层结构进行重量预压，经垂直排水阀，将土体孔隙中的水分完全挤压、排除，使其形成固结形态，从而增强软土路基的强度和荷载力。在高速公路工程软土路基施工过程中，应用竖向排水固结技术可以有效降低施工难度，合理把握软土层的水分比，提高软土路基施工的安全、稳定和质量。在实际应用中，施工人员需要先对软土路基的形态进行分析，确定排水手段，从而有效控制软土路基中的水分比例，达到良好的固结状态。同时，在排水施工过程中，还需要合理控制排水量，避免抽水过多造成软土层沉降幅度过大，或对地下水系统造成影响，提高竖向排水固结技术的应用效果。

2.4 土木织物处理

土木织物是指由人工纤维针刺编制形成的织物，其具有良好的延展性和渗水性，能够达到较高的吸水要求。在高速公路软土路基施工过程中，应用土木织物处理技术，可以有效提高软土路基的稳定性。在具体应用过程中，施工人员需要在前期对现场软土路基进行碾压整平处理，然后将土木织物大范围覆盖在软土路基上，确保其与软土路基之间的有效衔接。在铺垫完成后，需要采用小型压路机，对土木织物铺垫层进行碾压，并均匀压实，避免存在不平整、不均匀的情况，防止后期施工中出现路基不均匀沉降的问题。此外，施工人员还需要根据现场的实际情况，综合分析土木织物与土木格栅的差异，并选取合适的材料进行铺垫，确保满足高速公路工程的施工质量与安全要求。

2.5 换填

换填技术是高速公路软土路基施工过程中一种常见的施工技术，主要是将软土路基中的软土换填为性能良好的土壤，从而改善软土路基的抗剪强度。在换填技术应用过程中，施工人员需要合理确定软土路基的挖掘深度，并根据工程要求及现场的实际情况，选用合适的换填材料进行回填，使软土路基的结构质量达到工程建设要求，提高高速公路建设的质量。同时，还需要严格按照路基开挖、土方转运、回填、夯实、验收等施工工序，确保换填施工的有序进行，避免影响施工进度和施工质量[4]。

3 应用实例分析

3.1 工程概况

某高速公路工程施工路段全长2.3km，设计路基宽度24m。通过对工程施工路段进行地质调查与勘测，发现该路段多处为软土路基，需要采用软土路基施工技术进行路基加固处理，从而保障工程施工的质量，确保高速公路的使用安全与寿命。根据软土路基的实际情况，该工程经研究确定采用换填技术进行软土路基施工。

3.2 施工工艺及流程

3.2.1 准备工作

第一，施工前，组织技术人员对施工图纸进行了会审，编制完成了施工计划方案，完成了技术交底；复测工程原面、审核坐标点、检测进场材料等均确定完成。第二，施工设备的准备。对施工中需要用到的挖土机、压路机、平地机等设备进行检修、维护，保证施工设备的运行效率满足施工要求，并停靠于现场指定的位置。第三，清理地基。在开挖前，对软土路基进行清理，将其上的杂物、植物等清理干净，并对坑洼处进行平整处理，确保路基表面的平整。同时，对影响施工的路旁灌木等进行修剪或直接拔除，确保施工视距和施工设备的正常通行。

3.2.2 施工开挖

首先，在开挖前，需要根据软土路基的实际情况，合理确定开挖的范围及方式。该工程中，采用挖土机对软土路基进行开挖，以免对其他常规路基结构造成破坏。其次，及时对开挖深度进行测量标高，达到设计要求后，则实施排水沟施工，保证基坑排水；测量路基挖方密度，保证需要换填的软土被全部挖出，避免影响后期施工。

3.2.3 土方回填

开挖施工后进行回填，该工程采用分层填筑、摊铺的方式进行土方回填施工。在施工过程中，对回填土进行分层摊铺，确保每层的厚度达到设计要求，厚度控制在路基填土的90%上下，分层回填完成后，及时进行平整、压实。接缝处采用1∶1比例的坡度分层留台阶。

3.2.4 碾压施工

一是回填完成后进行碾压施工。该工程中，碾压施工时，首先要对回填施工进行检测，确保回填土达到设计要求后再进行施工；进行碾压试验，并根据试验结果确定碾压次数，确保压实度满足设计要求，碾压后的路面平整无压痕。

二是根据工程实际，该工程中选择的碾压方式为静压1次—弱振压2次—强振压2次—静压消除压痕。在碾压施工过程中，弱振压及强振压结束后，均需要对压实度和压实厚度进行检测，并进行完整记录，最后一次强振压，要确保压实度满足设计要求。

三是在碾压施工工程中，采取先慢后快的方法，将压路机的速度控制在4km/h内；对于曲线段的碾压，采用从内向外碾压的顺序，直线段的碾压则从两侧向中间，保证良好的碾压效果。

四是保证施工缝处的碾压有一定的重叠度，提高施工缝处的碾压密实度和填土压实度。横向缝的重叠度应当不小于40cm，并将其控制在50cm内；纵向缝的重叠度则需要在100～150cm，确保碾压的完整性，避免出现漏压或死角。

五是碾压施工完成后，要保证路基表面平整无痕，并进行整体压实检测，确保压实度达标，并对检测数据进行记录，为后期施工提供参考。

3.2.5 排水系统

在高速公路工程的换填土软土路基施工中，排水设计是关键环节，需要从全局出发，结合施工现场的环境与气候特点，合理设计排水系统，以保证施工的质量与安全。该工程中，软土路基的含水量较高，在施工中通过设置排水系统，疏通地下水与地表水。在坡度较大区域，排水系统布置为沟槽方式，槽宽0.5m、深度为1m。此外，在路基施工完成后，在工程两侧的沟渠布置一定数量的混凝土浇筑的坡面，确保路基坡面平整，并能够抵抗雨水冲刷和积水侵蚀，提高路基的抗水性。

3.2.6 养护施工

该工程的养护施工中，一是进行阶段性的养护，在每次碾压施工后，在路面铺设养护覆膜材料，如棉毯、草袋等；均匀覆盖，并根据现场气候给覆膜材料洒水，提高养护效果。二是施工完成后的养护，施工完成后确定合理的养护时间，确保养护期间交通封闭，等换填层达到通车条件后再开放交通。

3.2.7 质量检测

高速公路工程软土路基施工完成后，需要对施工质量进行严格检测。该工程中，对施工沉降值进行了全程监测，在软土路基施工段设置了四个监测点，当填土高度达到设计值后，仍进行持续监测，2d/次，每10d为一周期，共持续监测两个周期。根据监测点的监测数据对施工沉降情况进行分析发现，各周期的沉降值累计在2.5cm以下，表示路基结构稳定，满足设计要求。该工程中，四个监测点的各周期累计监测值分别如表1所示。