软土地基条件下的公路工程施工技术研究

2022-03-15张文贵

运输经理世界 2022年34期

张文贵

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550001）

0 引言

软土地基是公路工程施工的常见问题之一，若未经有效处理，可能导致不均匀沉降，使路面与其他构筑物被破坏。因此，有必要结合公路工程的实际情况，在分析明确软土分布情况、力学参数的基础上，按照软土地基处理原则和标准，针对不同地段采取合理可行的软土地基处理措施。

1 工程概况

某公路工程全长约58.4km，在沿线范围内主要包含以下构造物：7 座特大桥、2 座大桥、16 座中桥、15 座小桥、114 处独立涵洞、85 处通道与天桥、4 座分离式立交和2 处互通式立交。该公路线路从两个地貌单元上跨越，沿线内软土分布和地形地貌、沉降环境都有密切关联，全线软土地基总长在27km 左右。软土地基的存在除了影响沿线内大中型构造物的稳定性与安全性，还会导致边坡失稳或不均匀沉降。对此，必须重视并做好软土地基处理，保证公路施工与运营安全。

2 软土分布与力学参数

该公路所在地区的软土地基分布相对广泛，虽然地表存在厚度在1.0～3.0m 范围内的硬土层，但以过湿土为主，实际含水量保持在25%～40%范围内；软土层的厚度保持在2～17m 范围内，实际含水量可以达到40%～50%，只有65～80kPa 的承载力，且孔隙比通常在1.5 以下。此外，绝大部分软土层中还夹有砂层，局部软土以淤泥质亚砂土为主，其天然含水量为40%。从纵向看，软土的实际埋深较浅，只有1～2m。除了设有高架桥的地段，其他地段的软土层厚度都比较薄，不超过12m。为明确该公路工程软土地基的力学特性，于现场进行了静力触探和十字板剪切试验，试验孔的孔数分别为215 个和34 个。在此基础上开展了大量室内试验，以此确定软土物理力学性质指标，见表1。

表1 公路软土物理力学性质指标

按照相关技术规范的要求，软土鉴别可按照以下指标进行：天然含水量达到35%及以上或液限、天然孔隙比达到1.0 及以上，十字板剪切强度小于35kPa。该公路工程软土鉴别将静力触探总贯入阻力作为主要指标，当该值不超过0.5MPa 时，为淤泥；当该值大于0.5MPa，但不超过0.8MPa 时，为淤泥质土。与之对应，若通过钻探取样试验得出土体天然含水量不小于35%或液限、天然孔隙比不小于1.5，则为淤泥；若天然含水量不小于35% 或液限、天然孔隙比不小于1.0，但小于1.5，则为淤泥质土。以上述判定标准为依据，该公路沿线范围内分布的软土以淤泥和淤泥质土为主[1]。

3 软土地基处理原则和标准

软土地基处理主要目的在于使路堤在整个施工和运营过程中不会产生剪切破坏，包括局部剪切破坏与整体剪切破坏，使强度与稳定性都能达到要求，同时在正常使用过程中不会产生明显的沉降及不均匀沉降，确保路基结构完整，车辆能够舒适、平稳且安全地通行[2]。根据该公路工程的实际情况，软土地基处理原则和标准为：

其一，保证路基结构稳定性。在进行分析计算时，先分析路基结构的稳定性，即通过计算确定当固结度不小于80%时，路基整体能否达到稳定。当安全系数不小于1.25 时，优先考虑固结排水方法，同时通过分析计算确定不同方案对应的排水时间，据此选择与建设周期及沉降要求完全相符的方案；当安全系数不小于1.25 时，不可采用固结排水方法，建议采用复合地基，选择与当地实际情况相适应的方案。在确定了具体的地基处理方案之后，做好稳定计算与沉降分析，以得出最终的稳定系数与工后沉降[3]。

其二，做好工后沉降控制。该工程设计要求一次性完成路面铺筑施工，按照完工15年之后的相关标准对工后沉降予以严格控制。对于一般路段，工后剩余沉降不能超过30cm；对于桥头路段，后台填高的5～7倍范围内，工后剩余沉降不能超过10cm，同时还要按照要求设置长度足够的过渡区；对于暗涵与暗通处，工后剩余沉降不能超过20cm。为满足总工期的要求，对于一般路段，填土期与预压期时间总和不能超过18 个月；对于反开挖路段，填土期与预压期时间总和不能超过12 个月。对于压缩层的厚度，按照附加应力与自重应力的比值为0.15 进行控制，并做好校核，结合建设工期方面的要求，确定具体的处理方案。路面施工时间的控制方法以沉降速率法为宜，也就是在路堤修筑完成后进行沉降变化实时观测，若实际的沉降速率低于某个限定值，同时按照沉降曲线通过推断确定沉降量是否处在工后沉降标准范围内，当满足时即可进行路面施工[4]。

4 软土地基处理措施

结合该公路工程软土地基的具体情况，包括软土厚度、路堤填高及位置等，针对不同段落采用不同措施进行加固处理，从根本上保证软土地基的加固效果，为之后公路正常运营奠定良好的基础。按照以上沉降处理的基本原则，设计采用以下各项加固措施：

4.1 砂垫层、土工格栅与等载预压相结合

当软土层中存在砂层或渗透系数相对较大的亚砂土及亚黏土时，考虑到良好的固结排水条件，同时经计算确定工后沉降不超过30cm，故采用该方案。若填土高度等于或小于硬壳层的厚度，或填高较小，软土的存在并不会造成太大危害，经计算确定工后沉降不超过30cm，也可采用该方案。在该方案当中，砂垫层可为横向排水提供良好条件，使实际的排水条件得以改善，并加快排水固结速度；采用土工材料进行补强，充分利用其各项力学性能，如强度与韧性，提高土体整体抗拉强度与刚度，与砂垫层形成完整的复合结构[5]。

砂垫层铺设开始前应先做好验槽，清除基底表面存在的杂物、浮土与淤泥，并在两侧设置适当的坡度，以免在振捣时发生塌方。若砂垫层底面标高存在明显差异，需将土面开挖成阶梯状或采用斜坡进行搭接，按照从深到浅的顺序进行施工，将搭接部位夯压至密实状态。在分层铺设过程中，也需要将接头处做成斜坡或阶梯状以便搭接，相邻两层要有一定错开，注意做好振捣。在砂垫层边缘部位砌筑挡砂墙，直到高度与砂垫层相同[6]。挡砂墙和基础底板外侧之间的距离不能小于砂垫层自身的回填深度。挡砂墙内外部应同时进行分层夯填，采用机械将其振捣密实。填筑第一层松砂时，厚度不能超过200mm，填筑完成后立即夯实，以免对原土造成扰动，其他各层的铺设厚度按照不超过250mm 控制，压实量按照50～70mm 控制。每夯填完一层便由建设方或监理方人员做好贯入度检测，用长度为1.5m 的钢筋从距离地面700mm的高度自由下落。在施工到设计要求的基底标高后，由建设方或监理方人员实施环刀检测，具体的测试点数以检测要求为依据确定。测试完成后，若符合设计要求，方可开始下一道工序施工。在铺设砂垫层的过程中，应注意防止对下卧层和侧壁造成扰动，避免被现场作业人员踩踏和长时间被水浸泡，使其强度降低。砂垫层的铺设必须分层进行，在基坑范围内预先设好标桩，严格控制每层铺设厚度；若地下水位相对较高或在已经达到饱和状态的软土地基上进行砂垫层铺设，则要加强基坑以内和外侧排水，避免泡水导致砂大量流失，使基坑的边坡始终保持稳定。必要时，可采取有效的降水措施，确保地下水位处在基坑底部500mm 以下。将铺筑砂完全振捣密实之前，要以干湿程度与气候条件为依据，采用适当洒水的措施确保砂处在最佳含水量范围内，通常要达到8%～12%。该工程主要采用两种振实方法：第一种为借助插入式振捣器进行振捣。插入点的间隔距离为100mm，以不再产生气泡为振捣完成标准。在振捣的同时采取有效措施对注水与排水进行严格控制，重复振捣砂垫层的接头部位，振捣完成后需将孔洞填塞密实。在振捣第一层砂垫层的过程中，注意不能直接在原土层或基槽边缘处插入振捣器，否则会影响到砂垫层成型后的强度。第二种为平振法，即利用平板式振捣器往复振捣。具体的往复次数以实测密实度为基准确定。在移动振捣器的过程中，每行都要有1/3 的搭接，以免漏振，同时要对砂的含水率进行严格控制，通常不能超过20%。将最后一层砂振捣密实后，在其表面采用拉线的方法找平，使标高满足相关设计要求[7]。

4.2 粉喷桩、砂垫层与等载预压相结合

当软土地基危害较大，预定周期以内工后沉降超出允许范围，但软土地基深度小于15m 时，可考虑采用该方案。同时，桥头路堤实际处理深度在12m 以内时，也可采用该方案进行处理。需要注意，若软土的天然含水量达到70%及以上，且pH 值小于4，则不适用该方案。通过对该公路工程结构物的实时观测可知，采用该方案能显著减小沉降，还能和两侧路堤沉降良好适应，是一种合理可行且效果显著的处理方案。此外，实践表明，该方案造价不高。粉喷桩施工质量检测项目与要求见表2。

表2 粉喷桩施工质量检测项目与要求

在设计桩长范围内进行一次重复搅拌，在钻进提升过程中管道压力不能太大，避免淤泥向孔壁周围挤压产生空洞。若发生意外导致桩身质量受到影响，需要在水泥达到终凝之前采取有效措施进行补救，但要注意补喷重叠长度不能超过1.0m。当补喷无效时，应重新打桩，新打设的桩和废桩之间的距离应达到20cm 以上。经常对输灰管进行检查，不能发生泄漏或堵塞，管道长度应达到60m。同时定期做好钻头检查，要求其直径的磨耗量不能超过1cm，钻头直径不能超过53cm。当需要在灌注桩的两侧分别设置粉喷桩时，需要为钻孔桩施工预留好位置，使净距达到140cm。成桩施工需按照从四周到中心的顺序进行，对于两根相邻的桩位，应跳跃间打。砂垫层要在桩体强度不低于设计要求70%后进行铺筑[8]。

4.3 塑料排水板、砂垫层、土工格栅与等载预压相结合

该公路工程K24+000—K46+530 段的软土厚度相对较小，只有1.8～6.6m，同时软土中没有粉细砂透镜体。充分考虑上述特点，在地基范围内插入排水板后形成若干排水通道。该路段采用以上措施进行处理取得良好效果。塑料排水板实测项目与要求见表3。

表3 塑料排水板实测项目与要求

对于软土地基上相邻构筑物连接的部位，应引起高度重视，否则可能导致路基滑塌，或路面开裂，严重时还会使构筑物和路堤之间的连接部位产生较大不均匀沉降，造成频繁跳车，轻则影响行车舒适度，严重时将引发交通事故，加剧路基路面或其他构筑物的损坏。针对这种情况，在软土地基分布区域内，大中型构筑物的基础形式以钻孔灌注桩为宜，以下部卵砾石层为持力层，使桩端在该层中进入一定深度；小型构筑物的基础形式建议通过粉喷桩施工形成复合地基。除此之外，对该工程大面积分布的过湿土，通过掺加生石灰与翻耕晾晒加以处理，有效改善土体物理力学性质[9]。