探究公路工程中软土路基施工技术的应用

2021-11-24李宝珍

商品与质量 2021年40期

李宝珍

山西振兴公路监理有限公司山西太原 030032

伴随着我国公路工程数量规模的不断扩大，公路工程路基施工技术水平显著提升，尤其是在软土路基处理及加固上积累了丰富的施工经验，形成较为完善系统的施工技术体系，对于满足公路通行需求、提升公路通行效率具有重要意义。

1 软土路基概念

在公路工程建造领域，路基是指按照路线位置及一定技术标准修建的，作为路面基础的带状构造物，通常以土石料填筑而成，用以承担土石料自重、路面重量以及由路面传导而来的行车荷载，是公路工程最为基础的物质载体与核心组成部分。路基一般由填筑或开挖形成，为路面提供支撑，与桥梁、隧道等相连共同形成一条通行线路。按照地形条件可以将公路路基划分为路堤、路堑两种类型。无论何种类型的路基都以土石料为主要材料，土石料分散性较大，很容易受到地质变化、雨水侵蚀、自然灾害以及自身条件的影响与破坏，对外界变化的抵御能力偏低。为此，公路路基需要具有合理刚度，其耐久性、安全性与稳固性也需要与公路通行需求、行车荷载等相适应，才能保证公路通行的舒适度、平稳度[1]。

软土路基是指在天然含水量大、压缩量高、承载力低的软塑状态粘性土上建造的路基，广泛分布于我国沿海、沿湖、沿河地区，相对于普通路基而言，软土路基施工难度更大、受外界环境因素的影响十分复杂，在实际施工中首先需要对软土路基进行加固处理，主要目标在于提升软土路基段公路整体的承载力与稳固性，避免出现路堤失稳、沉降量过大等问题。在软土路基施工中需要根据软弱土层的物理学性质、埋层深度、路堤高度、填筑材料、施工现场实际情况等科学、合理地选择软基施工工艺，以此保证公路工程路基达到设计标准、符合安全通行要求。

2 软土路基处理要求

公路工程中软土路基处理是一项施工难点与重点，不仅要严格按照施工图纸、技术规范组织施工作业，还需要结合现场条件、施工环境等对施工方案进行对比优选，在保证软土路基技术可行的基础上尽量降低施工成本、提升绿色施工水平、保证工程如期交付。综合来看，公路工程中软土路基处理要求体现在四个方面：①软土路基处理深度。不同类型、地质条件下的软土路基对处理层厚度有着不同的要求。如软弱土层淤泥及淤泥质土以亚黏土、粉细砂等为主，其处理厚度需穿透软弱土层；针对中间有较厚夹层、软弱土层埋藏较深的路段，其处理厚度应以夹层上部软弱土层为主。②软土路基处理范围。在公路工程中，软土路基处理范围一般指软弱土层的处理宽度，因软土路基处理以软弱土层为主要对象，在确定处理范围时需要综合考虑路基承载力、行车荷载、路堤高度、路基横断面形式、公路等级等因素，一般应处理到路基坡脚线以外1.0m，对路基宽度范围内的软弱土层进行加固，并保证软土路基处理一次性完成。③软土路基施工周期。软弱土层压缩量大、含水量高，在施工完成后可能出现不均匀沉降与横向位移问题，且在软土路基施工中涉及到等载或超载预压，因此要求软土路基处理根据路堤设计标高、预压填方高度等计算施工周期，一般为1至8个月。同时，应当在施工过程中根据沉降观测结果调整施工周期，在施工完成后还需要结合实际情况进行6至17个月的堆载预压。④施工方案对比优选。公路工程中软土路基处理方法多种多样，不同方法有其特定的适用条件，所消耗的物料、需要的人工成本、施工周期、机械设备组织等也不尽相同，在选择施工技术时需考虑工程造价、技术规范、工程地理位置及地质情况等多种因素，并要对施工技术进行综合使用。唯有对比优选施工方案才能保证软土路基施工技术性与经济性相统一[2]。

3 公路工程中软土路基施工技术的应用

基于对软土路基概念及施工要求的深入分析，下文结合工程资料及文献资料总结出六项适用于公路工程软土路基处理的施工技术。

3.1 换填土层施工技术

公路工程中软土路基换填土层施工技术是指挖除路基下方不满足路基承载力、行车荷载及稳固性等需求的天然基础，换填符合物理学性能指标、优于天然基础且具有加固作用的灰土、矿渣等材料，再经过分层填筑、压实形成有机整体。换填土层施工技术适用于软弱土层厚度不超过3m的路段[3]。

换填土层施工技术在公路工程软土路基施工中的应用需把握以下要点：①如果软土路段位于鱼塘、水池等位置，在施工前需做好排水工作，排水完成后请监理拍照验收，保留好影像及文件资料。如果软土路段处于湖区或只占据部分水塘，此类路段无法直接使用排水措施，应配合填筑土围堰创造无水作业环境，此环节需探明水深、计算好工程量；②对原地面进行测量，对比设计图纸确定软土路基处理范围与深度，保证测量精准、确认及时，进而为后续的计量奠定基础；③结合设计图纸、地质报告初步确定换填深度，施工单位通过现场挖掘复核地质情况，以复核结果为依据对换填深度予以确认或调整；④根据路基高度、坡度进行放线，以石灰清晰标记清除范围，并将原土运输至弃土场；⑤按照设计标准监测原始地基承载力，检验合格后分层回填素土、矿渣等材料，按照施工工艺流程，采用振动压路机、小型夯实机等设备，每回填20至30cm厚度进行一次碾压，碾压数遍后进行下一层回填。回填厚度达到设计标高后检查填筑质量。

3.2 加固土桩施工技术

加固土桩技术是指在天然基础不符合施工标准的情况下，借助特殊机械设备将水泥、石灰等加固材料注入天然基础中，使加固材料与软弱土层充分结合，经化学反应固化后形成具有一定强度的桩体，以此提升路基承载力。

粉喷桩施工技术应用前需要根据设备参数、加固材料配比试验参数等进行成桩试验，一方面通过试验了解地层及地质情况，为后续技术措施的确定、机械设备的选择等提供依据；另一方面检验桩体强度、横截面积、承载力等是否满足施工要求与技术规范，检验每延米喷粉量是否符合设计标准，如果检测合格可以依据检测结果进一步确定钻进速度、提升速度、单位时间喷粉量、喷气压力等技术参数。试桩完成后，根据施工图进行桩位放线，根据桩位布置钻机，保证钻杆与桩位相对应。在实际施工中保持钻机正向垂直钻进，启动空气机送气，当钻至设计深度时停止钻进，钻机反向转动同时送灰，保证喷粉、搅拌与提升同步进行，尤其是到达桩体上部时需要反复喷粉、搅拌，以此保证成桩质量。

高压旋喷桩施工技术是对粉喷桩技术的改良，施工前两小时内将浆液搅拌均匀，将压力值控制在20Mpa，压力表示数标准、管道密封性良好的条件下将浆液连续、均匀地注入软弱土层[4]。

3.3 粒料桩加固施工技术

粒料桩加固技术是指借助机械设备将碎石、矿渣等松散性粒料挤压到土体中，形成具备一定强度的桩体并与原土路基共同构成复合路基。该技术适用于天然含水量较大、抗剪强度较低的软土路基施工，不仅可以提升路基整体强度、保证路基材料的稳固性，还能起到竖向排水作用。

在公路工程软土路基施工中应用粒料桩加固技术需把握以下质量控制要点：①对软弱土层进行排水、晾晒及整平，并且预填一定厚度的砂性土，以此为施工设备提供良好、稳定的运行环境；②对进场材料进行验收，严禁使用风化石，尽量选择连续级配、粒径在2至5cm范围内且含水量低于10%的碎石；③注意控制桩体深度及成桩质量。在桩管外部做出明显的标记，保证桩管下沉至设计深度。同时，根据料斗大小、每延米材料用量等精准计算提管速度、投料频次。此外，在桩底部保持一定的留振时间，一般每提升1m，加大力度向下振捣0.2m。在施工中还需要密切关注成桩情况，通过调整碎石料投放速度及用量保证材料实际使用量与设计标准保持一致；④成桩至设计标高后，对粒料的密实度进行检验，检验合格后方可进行下一桩位的施工作业。

3.4 水泥粉煤灰碎石桩施工技术

水泥粉煤灰碎石桩施工技术是指利用机械设备，将由水泥、粉煤灰等拌和而成的混合料灌注至原土体，形成具有整体性强度的桩体。适用于粘性土、强风化岩等软弱土层。在应用该技术时需要把握以下技术要点：其一，水泥粉煤灰碎石桩整体性较强，机械设备行走位移时很容易对桩体产生扰动，严重时会导致桩体断裂，为此需要将原场地回填至距桩顶设计标高以上0.5至1m；其二，水泥粉煤灰碎石桩技术包括长螺旋钻孔法、振动沉管法两种，不同方法对混合料配合比及坍落度有着不同的要求，为此在实际施工前需要进行混合料预拌及试桩，若试块强度达标则以实验阶段的配合比参数进行混合料制备。通常情况下，采用振动沉管法需要将混合料坍落度控制在5至8cm范围内。应用长螺旋钻孔法则需将混合料坍落度控制在12至16cm范围内；其三，该施工技术对软土路基的处理深度会达到持力层，桩体底部地质较硬，会出现钻进困难等情况。为此需查明钻杆摇晃原因、采取一定的技术措施降低钻进难度，以此避免钻头损坏、桩孔位置偏差[5]。

3.5 排水固结施工技术

排水固结施工技术是指将竖向排水体设置在软土路基中，借助土体自重、加载预压等方法排出原土体内多余的水分，路基沉降过程中原土体密实度不断提升、岩土颗粒逐步固结，以此提升路基强度。该技术适用于天然含水量较高的软弱土层。

公路工程软土路基施工中应用排水固结技术的方法为：首先，做好材料防护措施，排水固结技术所涉及的塑料排水板、土工格栅等材料极易发生老化或表面损坏，需合理存放材料，尽量避光保存。其二，排水固接施工技术下，塑料排水板、砂垫层及边沟共同作用形成较为完善的排水系统，任一部分出现问题都会降低排水的畅通性。为此，需将塑料排水板深入到砂垫层以下0.5m。砂垫层铺设应选择透水性较高的材料，且在施工中应避免杂质堵塞孔道。其三，对塑料排水板的堆载预压需要结合行车荷载、路基建造标准等确定堆载分布形式、堆载递进层次等，在堆载预压阶段实时观测沉降量与沉降速率，达到设计标准后按照堆载顺序进行卸载。