高速公路施工阶段软土路基的施工技术探讨

刘朝俊

摘要 软土地基处理不当容易导致路基沉降和路面开裂等质量病害，严重影响公路的使用寿命、行车安全性及舒适性。因此，软土路基的施工技术是公路工程中的一个关键技术问题。文章以某高速公路项目为例，对该项目中遇到的软土地基处理进行详细分析，首先总结填土法、水泥搅拌桩法、预制混凝土管桩法、排水固结法、强夯加固法等常见软土路基施工技术要点，然后对路基的强度、压实度、平整性等参数的检测控制进行探讨，旨在为类似项目提供参考。

关键词 高速公路项目；软土路基施工技术；施工注意事项

中图分类号 U418.8文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）11-0131-03

0 引言

为了有效解决软土路基施工难题，提高公路工程的质量，国内外学者和工程技术人员进行了大量研究，提出了多种软土路基的处理方法和施工技术。根据处理原理和方法的不同，常见的软土路基施工技术主要有填土法、水泥搅拌桩法、预制混凝土管桩法、排水固结法和强夯加固法等。这些技术各有优缺点，适用于不同的地质条件和工程要求。因此，实际施工中需要根据软土地基的特性、道路形状、施工现场、黏土层等因素，综合考虑各种技术的可行性、经济性和环境影响，选择最合适的施工技术方案。

1 工程概述

某高速公路项目全长约100 km，设计时速为120 km/h，路基宽度为26 m，双向四车道。该项目施工过程中遇到多处软土地基，主要分布在河谷、湖泊、沼泽等地区。软土地基的厚度从几米到几十米不等，土质以粉质粘土和淤泥为主，含水量高达80%以上，承载力低于50 kPa。软土地基处理不当会导致路基不稳、沉降过大等严重后果。

2 高速公路软土路基施工技术要点

2.1 填土法

填土法主要是将软土层清除，用符合要求的填料替换，其优点是施工方便、成本低和环境影响小，缺点是需要大量填料，可能造成资源浪费和运输困难[1]。运用填土法时需注意以下几点：

（1）清理路基表面。填土前先将路基表面的杂草、垃圾、有机物等清除干净，避免影响填料与原地基的结合。

（2）确保路基填料符合要求。选择质量好、强度高、透水性好、压缩性小的材料，如砂砾、碎石等。路基填料按照设计规范进行检验和控制，保证其符合技术要求[2]。

（3）填筑与压实路基。填筑时按照设计标高和纵横坡度进行控制，以保证路基的平整度和均匀性。进行压实时采用适当的机械设备和方法，按照分层次进行压实，保证每一层达到设计要求的压实度。

（4）分层填筑。为保证路基的稳定性和均匀性，需将路基分为若干层进行填筑，每一层的厚度一般不超过30 cm。每一层先粗调平整，再压实。填筑下一层前需检查上一层是否达到要求，如有不合格应及时修复[3]。

2.2 水泥搅拌桩法

水泥搅拌桩法对水泥浆的配比和质量控制要求较高，控制不当会影响桩体的强度和均匀性，水泥搅拌桩法施工过程主要包括以下几个步骤：

（1）勘察设计。根据地质条件和工程要求，确定桩的形式、尺寸、位置、间距、深度、数量等参数，编制施工方案和质量检验标准。

（2）水泥浆配制。根据设计要求，选择合适的水泥品种、掺合料、外加剂等材料，按照一定的配比和流动度要求，用专用的搅拌机搅拌成水泥浆，通过泵送机输送到施工现场[4]。

（3）桩孔钻探。用专用的钻机在预定的位置钻出桩孔，桩孔直径需略大于桩体直径，桩孔深度需达到设计要求，保持桩孔清洁。

（4）水泥浆注入。将水泥浆通过钻杆输送到桩孔底部，提升钻杆的同时，将水泥浆从下往上注入桩孔，形成一定厚度的水泥浆环。

（5）桩体搅拌。用专用的搅拌头沿着钻杆旋转并上下移动，将水泥浆与软土充分混合搅拌，形成均匀致密的水泥土桩体。

（6）桩体养护。完成搅拌后，将钻杆和搅拌头提出桩孔，对桩体进行养护，确保达到设计强度。

2.3 预制混凝土管桩（PHC）法

预制混凝土管桩（PHC）法的原理是用预制的高强度混凝土管桩插入软土地基中，形成复合地基。该方法施工方便、质量可靠、环境影响小，但需要大量预制管桩，可能造成资源浪费。其施工要点如下：

（1）施工准备。施工前先详细地勘察分析软土地基，确定管桩布置方案、数量、规格、长度等参数。同时对预制管桩进行检验和控制，保证其符合技术要求[5]。

（2）吊装、插桩。吊装时采用合适的吊具和方法，避免对管桩造成损伤。插桩时按照设计位置和方向进行控制，保证管桩的垂直度和平行度。同时注意保护管桩的端面和接头，避免破损。

（3）压桩、打桩。压桩或打桩时采用合适的设备和方法，根据土质情况和反馈数据调整压力或打击能量，保证管桩达到设计要求的深度和承载力，同时注意观察管桩的变形和位移情况，如有异常应及时处理[6]。

（4）接桩。接桩时采用合适的接头形式和方法，保证管桩之间的连接牢固可靠，同时对接头部位进行密封处理，防止水泥浆或土壤进入管内。

（5）送桩。送桩时采用合适的设备和方法，将水泥浆或其他填料从管顶注入管内，填充空隙，对管内压力进行控制，保證填料充分密实。

（6）截桩。截桩时采用合适的设备和方法，将多余的管段切除，对切口进行平整处理。

（7）桩帽施工。进行桩帽施工时采用合适的材料和方法，将管桩顶部与路基上层连接起来，对其进行加固处理。

（8）预压。预压过程中采用合适的设备和方法，在路基上层施加一定荷载，根据设计要求控制荷载大小和持续时间等参数，使软土地基产生一定程度的沉降，消除残余变形[7]。

2.4 排水固结法

排水固结法的原理是用排水设施排除软土地基中的多余水分，使软土固结变形，提高其强度和刚度的方法。该方法施工简单、成本低、环境影响小，但施工时间较长，效果受土质和排水条件影响。运用排水固结法时需注意以下几点：

（1）施工测量。施工前先对软土地基进行详细的测量和分析，确定排水设施的布置方案、数量、规格和深度等参数，同时对排水设施进行检验和控制，保证其符合技术要求。

（2）试验段施工。正式施工前先在部分区域进行试验段施工，觀察排水设施的安装效果和软土地基的固结变化情况，根据试验数据和反馈信息调整施工方案和参数，保证施工效果[8]。

（3）砂垫层施工。排水设施安装前先在路基表面铺设一层砂垫层，作为排水通道和承载层。砂垫层应选择质量好、透水性好、压缩性小的砂料，按照设计要求进行压实处理。

（4）袋装砂井施工。袋装砂井是一种常用的排水设施，主要是将砂料装入塑料袋中，然后用钻机将其插入软土地基中，形成垂直排水通道。袋装砂井施工时注意控制钻机的转速和进给速度，保证袋装砂井的垂直度和稳定性，此外需保护袋装砂井的完整性，避免破损或堵塞。

2.5 强夯加固处理工艺

强夯加固处理的原理是用重锤自由落体对软土地基进行冲击压实。该方法施工快速、效果明显、环境影响小，但需要专业的设备和专业的施工人员进行操作。强夯加固处理工艺如下：

（1）施工设备。施工时选择合适的强夯机和重锤，根据土质情况和设计要求确定重锤的重量、落差、冲击能量等参数，做好对强夯机和重锤的检验维护，保证其正常运行。

（2）第一遍夯点布置。进行第一遍夯实时按照设计方案布置夯点，一般采用网格状或菱形状的布置方式，以保证夯点之间的距离和覆盖范围合理，并避开桥梁、管道和电缆等敏感设施，防止造成损坏。

（3）吊机就位。采用合适的吊机将重锤吊起，对吊机进行控制，保证重锤在指定的夯点上方准确落下。观察吊机的稳定性和安全性，防止发生倾覆或断裂等事故。

（4）测量计算。采用合适的仪器和方法对夯点的沉降量、反弹值、承载力等参数进行测量和计算，根据测量结果判断夯实效果是否达到要求。如有不合格的地方，应及时调整参数或重复夯实[9]。

（5）使用推土机推平。完成第一遍夯实后，使用推土机将路基表面推平，对其进行检查和修复，保证路基的平整度和均匀性。

（6）布置第二遍夯点。第二遍夯实时按照设计方案布置夯点，一般采用与第一遍垂直或交错的布置方式，保证夯点之间的距离和覆盖范围合理。注意与第一遍夯点错开，防止造成局部过度压实或不均匀。

（7）重复步骤（3）至（5）。完成第二遍夯实后，重复步骤（3）至（5），对路基表面进行测量、推平、检查和修复，根据测量结果判断是否需要进行第三遍或更多次的夯实。

3 软土路基施工技术在应用中的注意事项

3.1 强度检测

强度是衡量沥青路面施工质量的关键指标，反映了路面的抗变形能力和耐久性。利用路面弯沉仪对路面进行检测时需注意以下几点：

（1）测点的选择。测点选择在路面上均匀分布，一般每100 m2至少选择9个测点，避开裂缝、接缝、坑洞等缺陷处，同时保证每个测点与边缘或障碍物的距离不小于30 cm。

（2）测点的回弹弯沉值计算。测点的回弹弯沉值可按照式（1）进行计算：

Lt=（L1?L2）×2 （1）

式中，Lt——温度t时路面回弹值；L1——车轮中心靠近弯沉仪测头时的百分表读数最大值；L2——车辆驶出弯沉影响半径后百分表读数的最大值。

需修正支点变形时，回弹弯沉计算公式如下：

Lt=（L1?L2）×2+（L3?L4）×6 （2）

式中，L3——弯沉仪最终读数；L4——车辆超出弯沉影响半径的弯沉仪读数。

温度校正。路面厚度不低于5 cm时，要根据温度校正回弹弯沉值，因为温度对沥青路面的强度有较大影响。沥青层温度均值可通过式（3）求得：

T=（T25+Tm+Te）/3 （3）

式中，T——沥青层温度均值；T25——沥青层表面温度；Tm——沥青层中间温度；Te——沥青层底面温度。

3.2 压实度检测

压实度表示干密度与标准最大干密度的比值，反映了路基填料的密实程度和稳定性。压实度的检测采用核子密度仪法。

（1）在核子密度仪上设置射线探头。射线探头设置在路基填料的中心位置，一般距离路基表面不小于15 cm，距离边缘或障碍物不小于30 cm，保证射线探头与路基填料的接触面平整，避免空气或其他杂质的干扰。

（2）测量密度、含水量。测量时按照核子密度仪的操作说明进行操作，根据土质情况和设计要求选择合适的测量模式和参数。观察核子密度仪的显示数据和报警信息，如有异常，需及时处理。

（3）温度、湿度校正。温度和湿度对核子密度仪的测量结果有一定影响，因此，测量前后对核子密度仪进行温度和湿度校正，将校正后的数据作为最终结果[10]。

3.3 平整性检测

平整性是衡量路基表面的平滑程度和均匀程度的指标，反映了路基的几何形状和结构性能。连续式平整度仪利用八个行走轮沿着路面移动，通过无线通信方式采集路面高差数据的仪器，其位移测量范围为0～40 mm，线性误差为±0.001% FS，工作温度为?10～+40 ℃。使用连续式平整度仪时需选择合适的测点位置、保持仪器水平和校准仪器。路面平整度计算公式为式（4）、（5）。

式中，n——单步长涵括的高程值数量；Yi——单步长中的第i个高程值；Ya——单步长中的高程值算术平均值。

4 结论

综上所述，各种软土路基施工技术各有优缺点，适用于不同的地质条件和工程要求。实际施工中，需要根据软土地基的特性、道路形状、施工现场和黏土层等因素，综合考虑各种技术的可行性、经济性和环境影响，选择最合适的施工技术方案。应用软土路基施工技术时，除了注意各种技术本身的要点和注意事项外，还需要注意对路基的强度、压实度和平整性等参数进行检测和控制，保证路基的质量和性能；进行检测时，需要选择合适的检测方法和设备，根据设计要求进行校正和计算。

参考文献

[1]马九青. 软土路基施工技术在高速公路施工中的应用[J]. 四川建材， 2022（7）： 125-126.

[2]张晓敏. 高速公路软土路基加宽工程施工技术研究[J]. 交通世界， 2022（18）： 167-169.

[3]李帆. 高速公路施工中的软土路基施工技术分析[C]. 上海筱虞文化传播有限公司， 中国智慧工程研究会智能学习与创新研究工作委员会. Proceedings of 2022 Shanghai Forum on Engineering Technology and New Materials（ETM2022）（VOL. 1）， 2022： 79-80.

[4]武燕飞. 关于高速公路软土路基加宽工程施工技术[J]. 交通建设与管理， 2022（4）： 116-117.

[5]邹军建. 高速公路工程中软土路基施工技术研究[J]. 运输经理世界， 2022（12）： 28-30.

[6]张发斌. 高速公路路基设计和软土地基处理的研究[C]. 上海筱虞文化传播有限公司， 中国智慧工程研究会智能学习与创新研究工作委员会. Proceedings of 2022 Shanghai Forum on Engineering Technology and New Materials（ETM2022）（VOL. 2）， 2022： 203-204.

[7]郝显伟. 高速公路工程中软土路基施工技术的应用[J]. 运输经理世界， 2021（26）： 19-21.

[8]陆海波. 高速公路施工中的软土路基施工技术研究[J]. 运输经理世界， 2021（35）： 40-42.

[9]王飞虎. 高速公路施工中的软土路基施工技术研究[J]. 运输经理世界， 2021（25）： 25-27.

[10]李兴春. 高速公路施工中的软土路基施工技术的研究[J]. 黑龙江交通科技， 2021（4）： 6+9.