公路桥梁施工中软土地基施工技术研究

蔡文辉、芦斐

（抚州市公路事业发展中心乐安分中心，江西 乐安 344300）

0 引言

软土地质在近海平原、内陆江河地区较为常见，由于软土地质的主要组成部分为软土、泥沙以及淤泥等物质，所以软土地质具有易变形、易塌陷的物理性质。在部分公路桥梁工程的建设中，如果预期规划的公路施工路线经过软土地质区域，公路路基的建设必然会受到软土地质的影响，导致公路桥梁的建设缺少稳定性。在不改变预期公路施工计划的前提下，施工单位必须合理应用软土地基施工处理技术，预防软土地质对工程施工造成的影响，保障公路桥梁的建设质量。

1 软土地基特征分析

软土地质具有土壤强度低、压缩度高的特征，由于软土地质在国内各地区的分布较为广泛，所以工程研究将软土地质进行详细的分类，并得出“不同软土类型会对工程的建设与实施产生不同的影响”的结论，如表1 所示。软土地质主要集中分布在河湖、沿海等地区，软土地质条件施工现场的地基被称为软土地基。结合《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）的内容可以了解到，软土地基的土壤孔隙率通常超出1.0%的标准，与表格中统计的“沉积软土空隙较多、粒径较小”的关键特征相符合。除此之外，《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）将土壤孔隙率大于1.5%的土质分类为淤泥土（软土地质之一），对应表格中统计的南方山区、丘陵地区软土地质。从软土地基的影响来看，由河滩淤泥沉积造成的软土地质呈带状分布的特征，大多数聚集在山谷等地区，所以在部分山区公路工程的修建过程中，软土地基无法支撑山区公路路基的重量，导致各个路基支撑点出现受力不均的问题，受力较大路段出现路基沉降的现象。因此，不同的软土地质特征存在差异，在处理软土地基的施工过程中，施工单位需要将软土地基的属性信息作为依据，制定针对性的工作技术方案。

表1 软土类型及特征信息分析

2 软土地基对公路桥梁施工造成的影响

2.1 引发路堤变形

公路路堤的变形离不开外力因素的影响，除了交通流量之外，地基稳定性不足导致的纵向下沉力同样会引发公路路堤的变形。图1 中的案例证实了软土地基对路堤变形产生的影响。通过调查研究发现，图1中的路堤类型为软土地区路基，公路路基的主要材料为半刚性建材。在该地区环境因素影响下，由软土填筑的路堤土方柔度较高，难以承受超过18.6t 的交通负载以及半刚性材料的公路路基自重。事发后通过数据模型分析得出，路基与路堤出现协同变形的机理为软土地基压缩后造成的沉降，沉降的纵向深度在7.8～10.6cm 之间。所以，在软土地基条件下，公路路堤存在沉降变形的隐患。

图1 软土地基造成的路堤变形

2.2 软土地基影响公路路基的压实与固结

从软土地基的土壤性质来看，虽然软土地质的土壤层含水量较高，普遍大于土壤液限，但土壤大多以淤泥、泥沙等成分为主，所以软性土的透水性不佳。在公路工程的铺筑施工中，施工单位通常需要使用压路机等设备铺筑公路路基，软土地基在此工作过程中所受应力会大幅度提高，导致软土层受到内部水压的影响，产生较大的空隙。空隙中涌出的水分会影响铺筑混合料的固结，也会降低路基压实的密实度，使公路路基在固结后出现较大的内部空隙，容易在公路投入正常运营后，路基内部出现结构松动的问题。

3 软土地基施工技术的应用

3.1 软土地基渗漏处理技术的应用

从一般的软土地基施工案例中可以了解到，正常固结后的软土层压缩系数达到1.5～4.5MPa，导致软土层内部水压上升，造成土层地基渗漏的问题。对此，施工单位通常根据软土地基土层的渗透情况，采取对应的渗漏处理技术，改善土层的渗漏问题。例如，舟山市某城市公路工程的建设中，施工单位基于现场软土地基的性质与实际情况，采取多种软土地基的渗漏处理办法。首先，由于靠近水库区域的软土地基黏土比例较高，所以，在安排水库围堰施工作业后，施工单位采用重筑黏土铺盖的方法，在公路软土地基处修建单层的黏土地层，增强公路地基的防渗漏效果。其次，针对渗漏现象较为严重的软土地基路段，施工单位采用建筑混凝土防渗墙的方式，在地基防渗层的基础上，建造不透水性的防渗墙，墙体采用水泥灌浆的方式筑成，防渗漏效果十分可观。最后，结合GIS 技术获取施工现场地质信息，施工单位在承压水较多的位置建造混凝土压渗台，通过提高负载来减少软土地基孔隙水压力，提高软土地基的抗剪强度及密度。

3.2 排水固结技术在软土地基施工中的应用

排水固结法在天然软黏土地基的处理工作中应用较为广泛，针对软黏土比例较高的施工地段，施工单位需要妥善应用排水固结技术，改善施工场地的地理面貌，为公路桥梁工程的建设提供保障。从排水固结技术的技术原理来看，该技术通过竖向排水体的安装，提高负载压力，使软土地基中的水分从孔隙中排出。在该技术的作用下，软土地基会逐渐发生沉降，土壤也因水分流失而逐渐固结，便于在固化后的土壤上实施工程施工。如图2 所示，通过安插复合排水带（竖向排水体），使软土地基淤泥层的水分通过孔隙及排水带排出，经过一定的时间后，区域内的软土地基会逐渐向硬土层同化，并解决施工路段的两大问题：一是软土地基的沉降已经在排水固结期间完成，完工后的公路路段不会在使用的过程中出现较大的沉降差；二是固结后的软土地基具有较高的抗剪强度，地基的整体承载力及稳定性得到大幅度提高，公路工程的建设便不需要担心地基承载力不足。从排水固结技术的适用性来看，由于技术的使用需要安装排水体设施，所以排水固结技术更适用于处理黏性土、淤泥质土，具有较高的应用价值。

图2 排水固结技术剖面图分析

3.3 碎石桩填充处理技术的应用

碎石桩填充处理技术是一种兼具经济性与高效性的施工处理技术，在处理公路工程的软土地基时，该技术使用本地的施工建材或自然材料进行软黏土的处理，并达到预期的施工处理效果。首先，碎石桩填充处理技术的应用需要充足的设计数据，其中包括软土地基的面积置换率、复合地基承载力、桩间土承载力、桩体单位截面积等。其次，结合施工设计中统计的数据信息，施工单位需要在软土地基路段的外围设置护桩，对软土地基进行振捣打孔，并填充碎石类材料，减少软土地基软黏土、淤泥等成分的比例，从而提高软土地基的稳定性。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）的要求，碎石桩填充处理技术的应用过程需要控制砂卵石的含泥量、单体粒径、填充厚度等因素，才能够确保填充后软土地基的相对硬层更加稳定。

3.4 高压喷射填充技术的应用

在部分公路桥梁的裂缝处理工作中，应用高压喷射填充技术填充裂缝空隙，能够起到修缮公路桥梁设施的作用。而在现代公路桥梁的施工建设中，高压喷射填充技术也被用于加固软土地基，取得了十分可观的工作效果。在实际的施工作业中，施工单位使用钻孔设备，在施工路段的软土地基中打孔，再使用喷射机向孔内喷射混凝土泥浆、轻质填料浆液等材料，喷射后的材料产生固结，软土地基的整体结构就能达到均衡状态，抗压、抗剪强度也会有所提高，如图3 所示。高压喷射填充技术在本质上与碎石桩填充技术有共通之处，但高压喷射填充后的混合料块体密度更高，更适合用于含水量较高的软土地基。

图3 高压喷射填充技术原理示意图

4 优化软土地基处理效果的措施

4.1 应用路面结构一体化的工程设计方法

在特殊的施工条件下，由于公路的面层、夹层以及路基等结构并非统一的整体，所以如果公路结构的其中一层出现断裂或者凹陷等问题，其他的结构层也会发生不可预估的损伤。特别是在软土地基的地质条件下，公路路基承受的负载过高，压力无法通过软土地基得到转移，导致路段的结构逐次损坏。对此，施工单位应当使用路基、路堤与路面一体化的工程结构组合方法，保障公路结构层次的整体性与稳定性，增强公路设施与软土地基之间的适应性。

首先，施工单位应当控制好软土地基的公路结构设计指标。例如：在公路路面的指标设计中，应使用无机结合料铺筑稳定层，使用沥青混合料铺筑面层，借此控制公路路面因低温出现的开裂现象；在公路路堤的设计中，采取后背方填筑等方式，控制公路沉降量的变化；在路基的软基处理中，采用固化处理法、堆载预压法等方法，控制公路沉降速率，实现公路施工指标的一体化控制。其次，根据《公路软土地基路堤设计规范》（DB33/T 904—2013），施工单位需要预防施工后出现的不均匀沉降问题，如果沉降中心点的高度超过总量的0.5%，应采取修补和养护措施，其他未达到沉降量标准的沉降中心点需要按照公式（1）进行计算，如果计算结果仍未达到总量的0.5%，则判定为可忽略的工后沉降点。完成公路一体化建设后，公路设施的受力情况为“各层共同受力”，有利于避免因软土地基支撑力不足导致的公路变形问题。

式（1）中：D表示沉降量；L 表示由于剪切变形而产生的附加沉降。

4.2 控制路堤填筑高度、优化填料的使用

在软土地基条件的影响下，公路与桥梁的施工会受到纵向承载力的影响，出现路面层或路基纵向位移的情况。如果将公路路堤、路基以及路面的沉降量作为工程施工的主要变量，可以影响该变量的因素则包含路堤填筑高度和路堤填料的使用。所以，施工单位必须结合施工现场的软土地基条件的实际情况，合理地控制路堤的填筑高度与路堤填料的选择，优化公路工程路堤的建设效果。

以兰州市某城市公路的路堤建设研究为例，在施工计划过程中，施工单位分别将路堤填充高度、路堤填料设为变量，在相同车辆荷载力的作用下，观察一段时间内的公路路基、路面与路堤的最大沉降量，得出表2 所示的研究数据。从数据当中可以看出，尽管四种方案中使用的施工填料不同，但数据中反馈的统一规律为：填筑的高度越高，路面、路基以及路堤的最大沉降量都会随之增加。但从同一种公路填筑方案的最大沉降量变化幅度来看，采用轻质填料进行填筑的公路沉降变化更加稳定，很少出现沉降点不均匀的问题。而且，尽管轻质填料公路的填筑高度达到12m，材料也未产生明显的塑性变形。因此，在软土地基条件下进行公路及桥梁的施工时，施工单位需要严格把控填筑高度与公路填料的选择，缓解软土地基柔性较大的问题，优化工程的建设效果。

表2 不同填筑方案的数据比对（200kPa 负载变化范围内的差异沉降量）

5 结语

总的来说，避免软土地质对公路桥梁施工造成的影响，是施工单位乃至工程行业需要重视的核心任务。在现代施工技术高度发达的背景下，合理地采用软土地基处理施工技术，能够改善公路桥梁施工场地的地质条件，减少软土地基对公路桥梁设施建设的影响。所以，随着公路桥梁工程建设水平的不断发展，施工单位及工程研究人员需要不断总结软土地基条件下的施工技术，发挥智能化信息技术、勘探技术及管理技术的优势，打造出全新的公路工程技术应用体系，为公路桥梁工程的建设注入新的活力。