路桥过渡段软土路基防沉降施工技术研究

谭勇

（湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙 410000）

0 引言

软土是指天然孔隙比大于1.1，表面呈灰黑色的含水量大于液限的软性土，软土具有含水量高、孔隙率大、透水性强、抗压强度低以及压缩性良好等特征，是一种常见的土质。由于软土力学性能较差，如果在软土层上方修建建筑物，例如修建房屋、公路、隧道等，会影响建筑物的稳定性，随着时间变化，软土上方的建筑物会逐渐下沉。路桥过渡段地基比路桥其他位置承受更大的沉降压力，现有防沉降施工工艺不够完善，导致路桥过渡段软土路基施工后经常发生路基沉降。路基沉降已成为路桥过渡段公路常见的病害之一。

目前，应对该问题主要依靠防沉降施工技术，技术原理是将路基中的软土置换为其他材料，以此提高路桥过渡段路基抗压强度。但该技术在实际应用中选取的置换材料不够合理，软土置换力度不够，导致技术应用后路桥过渡段软土路基仍然会发生沉降病害，并且沉降量比较大，没有达到预期的防沉降效果。为提高路桥过渡段软土路基的防沉降效果，提出路桥过渡段软土路基防沉降施工技术研究。利用置换法对路基进行防沉降施工，采用人工与机械联合开挖方式挖出路基下方的软土层，置换为其他硬性材料，提高地基抗压强度；选择底部面积合适的梯形夯锤对准标注的夯实点进行多次振击，并实时监测坑内软土孔隙率是否达标，完成路基软土强夯施工；在路基冲击坑内填入泡沫轻质土，根据泡沫轻质土抗压强度与密度和浸水天数的关系，制备泡沫轻质土；使用压路机反复碾压置换土层，使其与地面持平，完成路基防沉降施工。试验结果表明，通过本文方法对传统防沉降技术的优化和创新，能够有效降低路基沉降量，控制路桥过渡段软土地基的下沉变形，具有重要意义。

1 路桥过渡段软土路基防沉降施工技术设计

本文对路桥过渡段软土路基防沉降施工技术的创新主要集中在软土层路基开挖施工技术、路基软土强夯施工技术和路基软土置换施工技术三个方面。

1.1 软土层路基开挖

路桥过渡段软土路基出现沉降的主要原因是路基下方的软土土质比较松软，孔隙率比较大。为从根本上防止路基沉降，此次采用置换法对路基进行防沉降施工，将路基下方的软土层挖出，置换成其他材料，提高地基抗压强度。

施工前清理路基表层的垃圾和其他杂质，确保软土层路基开挖施工范围内符合施工要求。根据实际情况选择合适的挖掘机，采用人工与机械联合开挖方式施工，由工作人员将路基四周边缘软土挖出，开挖宽度为1.5～3.5m，深度为0.5～1.5m，以防止机械开挖对路基周围土层造成破坏。然后利用挖掘机挖掘路基内部软土，开挖深度不小于防沉降施工区域范围内软土层厚度的1/3，同时不能超出防沉降施工区域范围内软土层厚度的1/2。路基开挖并不是将路基下方软土全部挖出，因为软土深度比较深，如果全部将其挖出需要消耗大量的人力和物力，会增加施工成本，因此，仅将路基上方的软土挖出即可，为后续路基软土强夯与置换奠定基础。将挖出的软土由专用车辆运输到指定地点，用于其他施工使用。

1.2 路基软土强夯施工

在以上施工措施的基础上，对剩余的软土进行强夯施工。强夯施工的目的是通过振击和冲击将剩余的软土挤压到四周，同时降低剩余软土的孔隙率，以此提高地基的抗压强度。在施工之前需要选择适合施工的夯锤，夯锤有圆弧形、锥形和梯形三种。考虑施工效率问题，此次选择梯形夯锤。梯形夯锤振击面积比较大，不需要反复振击，夯锤的制作材料选择铸铁，其底部面积大小需要根据软土厚度和锤身重量确定，其计算公式为：

式（1）中：e为夯锤底部面积；r为待施工区域内软土厚度；z为夯锤锤身重量[12]。按照上述制作好夯锤后开展强夯施工，图1为路基软土强夯施工示意图。

图1 路基软土强夯施工示意图

如图1所示，在施工区域内标记出夯实点，每个夯实点需要间隔1.5～2.5m。使用吊车将夯锤吊起，对准夯实点进行振击。一个夯实点振击三次，第一次振击的夯能为1 000kN，第二次振击的夯能为1 500kN，第三次振击的夯能为2 000kN[13]。强夯施工完成后，对坑内的软土孔隙率进行检验。如果孔隙率仍然大于15%，则对该夯实点进行二次施工，直到坑内软土孔隙率小于15%为止。

1.3 路基软土置换施工

强夯施工完成后，路基内会形成多个冲击坑，此次在坑内回填泡沫轻质土。该材料是一种由发泡剂水溶液制备而成的水泥基凝胶材料，其具有重量轻、容重比小、强度高等特性，不易发生变形，因此选取泡沫轻质土作为路基软土置换材料。在施工前需要制备泡沫轻质土，制备原料为水泥、发泡剂、减水剂、稳泡剂和水。根据路桥过渡段软土路基防沉降需求，水泥选用早强型SFH.ASR.2S硅酸盐水泥，发泡剂选用泡沫稳定性较好的蛋白质型发泡剂，减水剂选用甲酸钙YU-2641，稳泡剂选用WE10041稳泡剂。相关研究表明，泡沫轻质土的抗压性能与其密度有关，其关系如表1所示。

表1 泡沫轻质土抗压强度与密度关系表

表1 （续）

如表1所示，当泡沫轻质土密度为715.22kg/m³时，抗压强度达到最大值9.28MPa，因此在制备过程中应严格控制其密度。此外，泡沫轻质土抗压性能还与其制备过程中材料浸水天数有关，具体如表2所示。

表2 泡沫轻质土抗压强度与浸水天数关系表

由表2可知，当泡沫轻质土制备过程中材料浸水天数为5d时，抗压强度达到最大值15.48MPa。因此，在制备时还要严格控制浸水天数，使制备的泡沫轻质土抗压性能得到优化。将制备好的泡沫轻质土填入坑内和上方被挖区域，再在上方铺盖一层碎石料，使用压路机反复碾压，使其与地面持平，从而完成路基防沉降施工。

2 试验论证分析

试验以某路桥过渡段软土路基为试验对象，路基长度为3 000m，宽度为15.5m，其地质情况如表3所示。

路基为软土路基，需要采取防沉降措施。为此利用该设计技术与传统技术分别对路桥过渡段软土路基进行防沉降施工。此次试验布设了154个夯实点，夯锤底部面积为30cm×30cm，使用的泡沫轻质土量为3 564.12kg。施工完成后开通道路，使其保持正常车辆通行，30d后对防沉降施工路段的沉降量进行测量，将其作为检验两种技术的性能指标，试验结果如表4所示。

表3 路桥过渡段软土地质情况

表4 两种技术应用后软土路基沉降量对比 单位：mm

由表4可知，应用设计技术后，路桥过渡段软土路基沉降量平均值为1.986mm，最大沉降量出现在SAFR-004测区，沉降值为3.584mm，小于允许的最大工后沉降要求；而应用传统技术后，路桥过渡段软土路基沉降量平均值为58.484mm，最大沉降量出现在SAFR-006测区，沉降值为63.152mm，不仅高于设计技术，而且没有满足允许最大工后沉降要求。上述试验结果证明了设计技术具有良好的防沉降效果，可以有效控制路桥过渡段软土地基下沉变形，相比较传统技术更适用于路桥过渡段软土地基防沉降施工。

3 结语

防沉降是路桥过渡段软土路基施工中一项重要工序，对确保路基施工质量具有重要作用。此次针对现有技术在实际应用中存在的问题，对其进行了优化与改良，提出了一种新的防沉降施工技术。通过软土层路基开挖施工技术、路基软土强夯施工技术和路基软土置换施工技术三个方面的优化，完成防沉降施工技术设计。试验结果证明该技术能够有效提高防沉降效果，防止路桥过渡段软土路基沉降病害发生，减少软土路基施工成本，延长软土路基使用寿命。但该技术尚未在实际中进行大量操作，在某些方面可能存在一些不足之处，今后应继续对路桥过渡段路基防沉降施工技术优化进行深入研究，以推动道路建筑行业的不断发展。