高速公路工程施工软土地基处理技术

2023-01-08张有春

交通世界 2022年17期

关键词：整体高速公路土地

张有春

（滦南县交通运输局，河北唐山 063500）

0 引言

随着我国高速公路建设项目的不断增多，施工涉及各种较为复杂的地势环境，其中包括软土路基施工。为保证整体的承载能力、稳定性以及高速公路项目具有良好的使用性能，在软土地基处理中应熟练掌握并合理运用各类关键技术。

1 软土地基简介及其主要特点

1.1 软土地基简介

软土地基指一种具有较高压缩量和较低强度的松软土层类型。欧美一些国家将软土地基定义为在土质结构地基中尘土和黏土等颗粒含量较高的有机质土层或松软土层。对于软土地基，在施工中应引起高度重视并给予妥善处理，否则直接影响到整个公路工程项目的施工建设质量，不但会大大降低公路地基的整体稳定性，还会导致路面沉降问题的出现。仅仅依靠传统的施工方法去处理软土地基显然是不够的，施工中应大力应用先进的新技术和新材料，切实提高软土地基的牢固性和稳定性，并为公路工程项目后续施工作业打下坚实基础。

1.2 软土地基的主要特点

在我国雨水量较为丰富的地区或江河地区的周边经常可见软土地基，煤矿开采地区的附近也易出现软土地基，其通常具有以下3个特点：

（1）软土地基的土质空隙大、松散程度高、含水量较大。一般情况下，构成软土地基的物质有两种，即黏土颗粒和淤泥，其中也可能有一定含量的有机物质，外界诸多因素都容易对其产生影响，含水量一般在40%～75%范围内。

（2）软土地基通常抗剪强度不足，一般在20kPa 以下，且由于软土地基的含水量偏高，施工过程中应重点做好排水疏导工作，否则其抗剪强度会进一步下降。

（3）软土地基的结构稳定性较差。软土地基自身会受外力影响，且外界自然环境和天气条件等因素也会影响地基的稳定性。我国南北地区的自然环境和天气条件有着显著差异，而不同地区构成软土地基的材料和成分有一定区别，因此各自有不同的特点。

2 高速公路软土地基处理中的常见问题

2.1 易发生变形

当上层压力过大时，软土地基就会出现变形，而当上层压力超过了软土地基所能承受的最大限值后，便会出现沉降或收缩等。一般情况下，压力的主要来源是路面荷载，在施工过程中一旦有压力作用，软土地基结构就可能出现变形现象，在压力长期持续作用下，变形会越来越明显。这种变形一旦出现就是不可逆的，恢复变形非常困难，软土地基的整体稳定性会因此受到很大影响，高速公路项目的后续施工作业也可能无法顺利进行。

2.2 对渗透性能无法有效控制

相比于普通土质类型，软土地基区域的土质空隙大、密度小且松散程度很高，这就导致其渗水能力也很强，要想有效把控其渗透性能有一定难度。因此，在对高速公路软土地基进行施工设计时，一定要保证所设计的渗透系数符合国家相应规范要求，确保软土地基具备优良的排水能力，确保整个项目施工建设工作的有序进行。

2.3 路面沉降问题

高速公路项目施工单位在处理软土地基时，一定要根据规范流程采取相应的处理方式，与行业要求相适应，否则高速公路项目在竣工后投入使用阶段就可能出现质量问题，尤其要对地基过渡位置采取加固措施，避免外力作用对其产生过大影响而发生沉降或变形等问题，降低高速公路的整体稳定性和安全性。

3 高速公路软土地基处理方法

高速公路的软土地基常见处理方法如下。

（1）双灰桩法

该方法适用于条形基础的地基加固处理，其施工的具体位置紧靠地基边缘，要使用钻机钻出竖直方向或斜向多排孔，同时制作与之相匹配的桩顶土塞，长度约为1.4m，桩的实际直径应控制在17～21cm 的范围内，桩中心距为桩径的4倍。

（2）旋喷桩法

这种方法的工作原理为将具有较强压力的水玻璃浆液或水泥浆液迅速喷入土中并促使其成桩，可将桩径控制在0.7～2.1m 范围内，适用于砂土、黄土和黏性土为主要结构的软土地基加固，但若软土地基的地下水流动速度过快则不建议采用这一处理方法。另外，计算和确定单桩的整体承载能力时，一定要考虑增层结构也受地基附加沉降现象的影响。

（3）注浆法

该方法的工作原理是在路基的下土层中注入水泥浆液、化学浆液或水泥黏土混合浆液等液体，从而有针对性地改善原有软土地基的土力学性质。适用于一般黏性的软土地基和砂砾性软土地基，在其施工过程中也要考虑到地基附加沉降会对增层结构产生不利影响。

（4）铺垫法

该方法的工作原理是利用砂层对位于过渡段的软土地基进行处理，有针对性地提升其排水性能，施工中需要进行填土作业，这会增加软骨地基负荷，在荷载压力的影响下，软土地基内部材料的紧密程度会不断加大，达到增强其强度的效果。

（5）粉喷桩法

该方法的工作原理是持续从回转的钻机钻头中向周围被搅动后处于松散状态的土中喷洒生石灰粉，从而对软土地基起到良好的保护和加固作用。其桩身具有较高的无侧限抗压强度，最高值可超过2 000kPa，如果是钢筋混凝土桩，该方法更能显现出众多优点，如缩短工期、节约材料和降低成本等，大大提升施工单位的经济效益。

（6）管桩法

该方法的工作原理是利用桩径为100～250mm、进行就地灌注作业处理的钢筋混凝土桩，以竖直方向或斜向起到加固地基的作用。如果是竖直方向的管桩，可参考摩擦桩的数值来设计承载力；如果是斜向管桩，可提前进行多次试验来确定其承载力。

4 高速公路软土地基处理关键技术

近些年来，我国公路建设施工技术水平有了显著提升，其在为高速公路项目建设质量提供了重要保障的同时，也暴露出一些突出问题。现阶段高速公路项目施工面临复杂的地势环境，其施工难度较过去大幅增加，特别是在处理软土地基时更需要掌握相应的核心技术，制定科学的施工方案，确保项目建设质量。

4.1 表面处理技术

软土地基表面处理中，应选择更具针对性的铺垫材料，尽可能提升软土地基排水能力，确保水分不会对软土地基产生太大影响，为后续各个阶段的施工作业打下牢固基础。一般情况下，软土地基表面处理中会将大量级配合格的粗砂铺撒在软土地基表层。为了保证软土地基表层处理效果，还可以将土工织物铺设在地基表层，避免高速公路工程施工建设过程中软土地基区域出现不均匀沉降现象，从而切实提升高速公路路基表层的整体承载能力。设计高速公路表层结构时，也需要对排水系统进行妥善处理。为保证土质具有良好的密实度，要在其中添加适量的添加剂，提升路基的整体压缩性能，从而改善路基强度和硬度。常用添加剂种类有很多，如石灰石、熟石灰和水泥等材料，可有效去除软土地基中的水分而起到加固地基的效果，进而在一定程度上提升软土地基的综合性能。为了取得更好的排水效果，可采用挖沟槽的设计方案，既能降低软土地基中的含水量，又可提升基层的实际排水性能。

4.2 换填处理技术

换填处理技术是高速公路软土地基处理的又一常见方法，即先挖除软土地基中的原有土体，将其运输到其他地方，改用具有更高强度的材料作为替代物进行换填。最常用的换填材料是废石，其成本低廉、强度高，不但能节约施工成本，而且有利于保护当地生态环境。应用换填处理技术之后还需要进行专业的碾压处理，具体可采用大型的碾压机械设备进行作业，保证整体加固效果，切实提升高速公路软土地基硬度和强度。

4.3 排水固结法

水分是软土地基稳定性影响的关键因素之一。施工作业过程中如果没有对其水分进行严格把控，高速公路在后期使用阶段就可能出现沉降和变形等问题，路基的整体承载能力也会降低。在项目施工作业中，要尽可能地排出软土地基中的水分，有针对性地提升其抗压能力和整体承载能力，而排出水分最常用的技术便是排水固结法。该方法的技术原理是采用加压抽水的方式，将软土地基中的大部分水分抽出，从而提升内部结构的密实度，降低变形和沉降现象发生概率。通常情况下，排水固结法常与其他方法配合使用，如真空预压法。对于含水量较高的软土地基，将真空预压法与排水固结法联合使用后能有效提升排水效果，对后续施工作业起到良好的推进作用，需要注意的是该方法不适用于渗透性能较强的泥碳土层。

4.4 深层土振动挤压技术

深层图振动挤压技术的运用对于提升软土地基土层的固结能力和密实度具有明显作用。施工作业时，一线施工者应通过采用打桩机完成成孔作业，之后将一定量的加固材料放入孔中并采用振动棒将这些材料振捣均匀，从而有效提升软土地基的整体稳定性。应用这一关键技术时，施工单位一定要考虑外界环境可能对施工环节产生的不良影响，避免沙土松散问题，充分提升土层密实度。施工中可先将一定量的重物或砂石放入地基，以有利于提升软土地基抗压能力。

4.5 深层搅拌桩法

这种软土地基处理技术施工效率和成本均较高，它是提升软土地基整体承载力最有效的方法。施工中一定要严格遵循具体的工艺原理，选择适宜的材料。通常情况下，施工单位可选择水泥搅拌桩或水泥粉煤灰碎石桩，根据软土地基的实际强化要求，准确地计算出成桩的直径和间距等参数以及不同材料的配合比，对水泥浆料进行科学配比，充分保证成桩的实际质量和承载能力。采用深层搅拌桩法对于提升软土地基整体承载力是最有效果的。