软土地区公路路基设计及地基处理技术研究

刘楚，文琰

（九江市规划设计集团有限公司，江西九江 332000）

0 引言

软土地基处治效果直接影响公路路基的施工质量和运营寿命。目前国内外学者和工程人员针对软土地基处理及设计开展研究，如赵霄[1]基于实用性和经济性原则，总结了软土地基的特点和处理过程中的常见问题，分析了换填法、排水固结法、深层搅拌桩法等的工作原理、施工要点和处治效果；郝明锋[2]使用有限元软件PLAXIS建立路基二维平面模型，分析了不同填土高度、填土速率下软土路基的稳定性，提出了相应的改进措施。

1 软土工程性质和处治原则

1.1 软土工程性质

（1）软土定义

软土一般存在于池塘、湖泊等水流不畅路段，形成条件较为复杂，经过长时间物理化学作用固结而成。由于软土可能长期处在静水、水流速度缓慢的环境中，受到水流冲刷作用颗粒小，以黏粒和粉土为主，同时土颗粒主要矿物成分是有机矿物质，使得颗粒表面有大量负电荷，和水分子产生剧烈化学反应，在土颗粒表面产生厚度较大的结合水膜，使得软土中含水量和空隙较大，土体不易压实。同时，在外界荷载作用下，软土具有显著结构性和流变性[3]。

（2）软土判别

软弱土层的存在会给公路路基设计带来一定的困难，故软土路基的设计前提是准确判定软土的分布范围、厚度等，以选择合理的处治方法，确保路基施工和后期运营的安全性。

《铁路路基设计规范》（J158—2006）是从含水率、孔隙比、压缩系数、强度等参数来判别软土，必须同时满足含水率大于液限、孔隙比大于1、压缩系数不小于0.5Mpa-1、强度小于0.8Mpa；

《软土地区工程地质勘察规范》（JGJ96—2011）中规定，软土具有三大特征：①土体外观呈灰色，颗粒为细黏土；②天然含水率不小于液限；③天然孔隙比大于1。

在交通领域，软土路基的设计和施工主要参考《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JGJO26—2013），该规范规定含水量高、压缩性强、空隙多、强度低的细颗粒黏土为软土，相关判别参数见表1[4]：

表1 软土判别参数

1.2 软土处治原则

在软弱土层修建公路路基容易出现边坡失稳、溜塌、路面纵向裂缝等病害，因此在处理软土地基时要保证路堤在施工和运营期间的稳定性，以免路基在车辆反复荷载和各种临时堆载的作用下出现剪切破坏；确保普通路基和桥头路基的沉降符合规范要求，以免路基沉降破坏路面结构层，影响行车安全性和舒适度。

软土地基处理时应遵循以下原则：①满足相关规范。规范是开展公路设计的依据，必须小于软土路基沉降控制标准；②因地制宜。软土路基设计不能凭空想象，仅依靠工程类比，还要结合公路所处的水文、气候、地质、筑路材料、环境保护等条件，确定合理的处理措施；③经济性。设计人员应在满足路基安全的前提下，选择性价比高的处理技术；④方便施工。软土地基的处理方案要确保施工的可行性，不得严重影响施工工期，保证施工质量。

2 软土地基处理技术对比分析

2.1 换填法

换填法是软土地基处理的最常见方法之一，该方法通常是用在厚度较小（≦3m）的软土地基中，如淤泥、淤泥质土、杂填土等。换填法的处治原理是先将路基地面线以下的软土通过机械设备挖除，然后再回填强度高、水稳定性好的碎石、砾石等石料，回填压实至设计文件要求的压实度（如图1所示），从而提高软土地基的承载力，加快软土排水固结速度，降低地基施工期间沉降和工后沉降。软土地基换填所需的材料在进场后应分批进行质量检验，不能只依靠材料供应单位提供的质量合格证明，以避免材料质量不合格导致后期病害。

图1 软土地基换填示意图

2.2 强夯法

强夯法处理深度在3～6m，施工工艺简单，施工速度快，一般是通过起吊机械设备将某重量的重锤起吊到空中一定高度，使重锤自由降落至原地面线。如果软土地基所处路段距离建筑物或村庄等对噪声敏感点较近，不宜采用强夯法，不得不采用时，必须采取防震、隔振措施。

2.3 预压法

公路软土地基预压方法常见的有堆载预压和真空预压。预压法通常不单独使用，而是和袋装砂井、塑料排水板等竖向排水体联合使用。

堆载预压法是利用砂石料对软基分级施加载荷，使软土空隙中的水沿排水系统迅速固结，加快地基的沉降。待软土地基沉降稳定后再逐级卸载。预压荷载较小，地基沉降小，不能达到超前固结的效果；预压荷载过大，可能使地基土产生剪切破坏。根据实际工程经验可知，软土地基的预压荷载通常在路基填土重度的1.3倍左右。

真空预压是先在土体表面覆盖塑料薄膜，随后通过抽气设备将薄膜内空气抽出，此时塑料薄膜内压力≦外界大气压，软土地基会受到大气的挤压而快速固结沉降。因此，真空预压法适用于土质较差的软土，对周围建筑物几乎无干扰，适用于工期短的软土地基施工。

2.4 水泥搅拌桩

水泥搅拌桩适用于软土厚度较大的淤泥质土、素填土等地基处理，该方法是利用搅拌机将水泥以浆液的形式与土体拌和均匀，此时软土会与水泥浆液发生化学反应，产生新化合物，形成承载力较高的桩体，与软土形成复合地基，从而提高软基的承载能力和整体稳定性。如果地基所处位置存在较多孤石或坚硬土层等，水泥搅拌桩不再使用。同时，地基土中含水率过高（超过70%）或地基为酸性土时，水泥搅拌桩也不能使用。水泥搅拌桩施工工艺流程如下[5]：桩基就位→制备水泥浆→预搅下沉→提升喷浆搅拌→复搅→清洗移位。

3 软土路基设计要点

软土路基设计时首先要确保其稳定性。软土路基的设计不能仅凭借以往的工程经验，还应结合项目实际情况进行详细勘测，选择合理的软基处治方案，以提高路基施工质量。软土路基的沉降标准、安全系数、设计荷载等参数应满足表2的要求。

表2 软土路基设计要点

4 结论

（1）软土路基的设计前提是准确判定软土的分布情况，结合项目水文、地质等条件选择合理的处治措施；

（2）软土地基处理时应满足相关规范，遵循因地制宜、经济性、方便施工等原则；

（3）软土地基常用处理技术有换填法、强夯、真空预压、堆载预压、水泥搅拌桩等，设计人员应进行技术和经济性必选；

（4）软土路基设计时首先要确保其稳定性，确保路基施工期和工后沉降满足规范要求，同时软土路基的沉降标准、安全系数、设计荷载等参数不能超出规范标准。