高速公路路基砂土液化处理

摘要：在高速公路工程建设中，砂土液化是一种较为常见的不良路基类型，会带来严重的危害。如果没有对砂土液化区域进行精准预测与处理，一旦发生地震问题会带来灾难性破坏。基于此，分析了地基砂土液化机理（包括形成机理、类型），进而提出了冲击碾压技术、振动沉管挤密碎石桩技术、强夯施工技术等地基砂土液化常见的处理方法，并结合某工程案例探究路基砂土液化的施工方案（包括项目概况介绍、施工准备、施工工艺、注意事项4个方面）。结果表明：砂土液化处理手段能够有效提高高速公路路基的稳定性，降低砂土液化的风险，为保障高速公路的安全与畅通提供了重要的技术支持。

关键词：高速公路砂土路基液化沉降地震

LiquefactionTreatmentofSandySoilonHighwaySubgrade

LIXinWANGWeiming

HeilongjiangInstituteofTechnology，HarbinCity，HeilongjiangPr6e7fd6e6a007608b900d8dc83b180eb65ed469d90d3035053ecea5ef713ef3daovince，150000China

Abstract：Intheconstructionofhighwayengineering，sandliquefactionisacommontypeofpoorroadbed，whichcancauseseriousharm.Ifthereisnoprecisepredictionandprocessingoftheliquefactionareaofsand，onceanearthquakeoccurs，itwillbringcatastrophicdamage.Basedonthis，thisarticleanalyzestheliquefactionmechanismoffoundationsand（includingtheformationmechanismandtypes），Furthermore，commontreatmentmethodsforliquefactionoffoundationsandsoilareproposed，includingImpactRollingtechnology，VibrationSinkingTubeCompactionGravelPiletechnology，andDynamicCompactionconstructiontechnology.Combinedwithacertainengineeringcase，theconstructionplanforliquefactionofsubgradesandsoilisexplored，includingprojectoverviewintroduction，constructionpreparation，constructiontechnology，andprecautions.Theresultsindicatethatsandliquefactiontreatmentmethodscaneffectivelyimprovethestabilityofhighwaysubgrade，reducetheriskofsandliquefaction，andprovideimportanttechnicalsupportforensuringthesafetyandsmoothnessofhighways.

KeyWords：Highway;Sandysoil;Subgrade;Liquefaction;Settlement;Earthquake

随着我国社会经济不断发展，近年来新建高速公路工程数量也逐渐增多。由于多数高速公路建设在野外，可能会靠近山体与河流，因此会遇到多种地基情况。其中，砂土液化是一种典型的不良路基形式，具有处理难度大、危害性大等特点，如果没有采取有效的强化措施，受到地震等外界作用的影响，会导致道路塌方、沉降、开裂、墩柱破坏等风险，因此必须要做好路基砂土液化处理工作。目前，针对砂土液化处理的方法主要有冲击碾压法、振动沉管挤密碎石桩法、强夯法，具体使用哪种工艺，应根据工程实际特点和需求进行科学选择，以降低路基砂土液化的负面影响。

1高速公路路基砂土液化的机理

砂土液化作为地震作用所引发的一类自然灾害形式，可诱发喷水冒砂、滑移、坍塌、地面侧移、沉降、塌陷等各类风险事故，对地基造成严重的破坏。作为土动力学研究的重要内容，将砂土液化定义为饱和砂土在振动荷载作用力下导致抗剪强度丧失，从而失去结构稳定性的现象[1]。

饱和砂土液化可以分为多种类型，包括循环活动性、流滑、砂沸。循环活动性是指砂土在循环剪切当中，砂土会在剪胀、剪缩状态下反复切换，导致空隙水压力作用力在提升、降低状态反复切换，产生间歇性液化、限制性流动现象。流滑是指在循环剪切力或单向剪切力的作用下，砂土结构体积只需产生剪缩现象，持续增加孔隙内部水压，快速降低土层结构抗剪强度，增加了砂土整体的流动性。

2高速公路路基砂土液化处理的主流技术

2.1冲击碾压

冲击碾压法作为一种常见的路基砂土液化处理工艺，通过采用双滚轮（非圆形）滚动产生冲击力以及揉搓作用，改变振动压实的频率和振幅，将之前的高频率转为低频率、低振幅转为高振幅，从而强化对路基土方的压实作用。相比传统的振动压路机，新型的三边冲击压路机冲击功能要强10倍，配合大马力牵引拖拉机可实现速度12～15km/h的压实速率，冲击频率可到2次/s，通过周期性对液化砂土进行冲击，所产生的冲击波逐渐传递到地层下方，模拟地震波传播特性，随着碾压次数增加，其压实深度也随之增加，保证深层填料的密实度，起到路基土壤强化的作用[2]。如25KJ-T3三边冲击压路机的冲击土层深度为2.5m，最低深度为1.5m，由于冲击性较强，对砂土含水量要求较低，即便土层含水率不在标准范围内，依然可以保证较好的压实度。该技术施工效率高，特别是对于工期较紧的工程，使用冲击碾压法对路床进行补压可有效提升该区域的基础荷载性能，抗早期破坏能力得到明显提升。在具体施工中，需要着重考虑冲击碾压次数，实际冲击影响深度，有效压实厚度，通常要求压实度达到90%以上，个别重点区域要求压实度达到95%以上。

2.2振动沉管挤密碎石桩

该方法是采用振动式打桩机设备，通过振动沉管以及反插施工，最终形成非常密实的碎石桩柱体，桩体和周围土体起到相互挤密作用，工程组成以碎石桩为承载主体的复合地基结构。碎石桩的强度要远高于周围土体强度，再加上周围土体对其挤密作用，让整个复合地基结构具备更小的压缩性、更高的强度，从而达到砂土液化地基强化作用。在砂土液化地基中，采用挤密碎石桩工艺可有效提升路基整体承载性能、降低变形量、强化抗液化性能。该项工艺的强化机理为：

2.2.1挤密作用

成桩期间，由于土层中多出了桩体空间，因此桩体会对周围土壤产生横向挤压，桩管内的碎石加压桩管周围砂层，减小桩管周围砂土层的孔隙率，提高砂土层结构的密实度。

2.2.2排水降压作用

在碎石桩成桩期间，主要采用返滤性较好的粗颗粒材料，如粗砂、砾石、卵石等，因此碎石桩的透水性非常好，可以让整个桩体成为竖向降水排水通道，从而避免超孔隙水压力提升问题，避免桩体周围砂土液化，加速地基土壤排水固结效率。

2.2.3砂基预震效应

在成孔作业、成桩作业当中，会产生强烈振动反应，让填入料、地基土壤挤密期间得到持续预震作用，有助于提升砂土层的整体抗液化能力。其中，复合土层可起到垫层的作用，快速扩散荷载力度，让荷载保持均匀分布，提升路基整体的荷载性能，避免产生不均匀沉降问题[3]。

2.2.4地基土置换作用

由于在路基施工区域设置多个碎石桩，这些碎石桩取代了同体积的液化砂土，也就是对路基局部土壤进行了置换，形成复合地基形式，让地基的整体性能得到进一步提升。

2.3强夯法

强夯法也被称为动力固结法，是软基强化中较为传统的工艺。强夯法是指利用巨锤从一定高度下自由落体，凭借自身的大重量冲击土层产生冲击波，土壤受到较大冲击应力时会瞬时产生结构变形，压缩了冲击区域土层孔隙，让土体局部液化，夯实点周围因承受不住巨大冲击而产生裂隙，作为土层结构的排水通道，将土层内的水、气体从裂隙中排出。

（1）在单位夯实冲击力达到2000kN·m时，在无特殊影响条件的情况下，砂土有效夯实加固深度约在6～7m之间，而黏性土、粉土的有效夯实加固深度在5～6m之间。

（2）单点夯实次数应根据前期夯实试验得出的夯实次数、夯沉量曲线关系确定最终次数。如果单点夯实冲击力不足2000kN·m时，最后2次夯实的夯沉量应控制在50mm以内。夯实区域周边不应存在较大隆起或夯实坑过深等情况。

（3）在2次夯实中间应停留一段时间间隔，具体要根据超静孔隙水压力消散时间而确定。如果没有精准的实测资料作为支撑，可根据土层渗透系数确定。如果是黏土地基，由于渗透性差，夯实间隔应在3min以上。对于渗透性较好的地基可采用连续夯击法[4]。

3高速公路路基砂土液化施工方案

3.1工程概况

某高速公路为双向四车道，路基宽度为28.5m，结合前期工程勘察材料得知，区域内存在13.2km严重砂土液化段以及11.9km中度砂土液化段，为了保证高速公路工程整体施工质量，避免后期出现沉降、开裂等问题，经设计单位反复论证以及征求监理工程师和业主建议，最终决定采用挤密碎石桩施工方案进行处理。并对设置试验路段开展试验，确定最终的施工参数。

3.2施工准备

对施工现场的杂草、石块、树干枝条等清理，施工区域整理成中四周稍低、中间稍高的地形条件，起到地表水排放作用，在桩体标定区域铺设40cm碎石避免桩基倾斜，完成施工后将其清除干净。按照设计图纸布设孔位，由于碎石桩规格较大，对每根桩体的主孔位进行测量难度很大，施工中在场地外横纵方向设置基线，从而测出桩体的间距和排距，绘制碎石桩平面图，标注桩体间距，并测量放线标定、标号即可。完成标定工作后，准备设备进场，如振动沉管桩机等。本工程碎石桩材料规格在1～5cm之间，具有良好的级配，碎石材料含泥量经检测在3%以内。

53a40c169aa6b8c0637fe2388cb669f13.3施工工艺

在施工中，应先将桩机准备就位，对管桩垂直度进行一次校正，标注桩体长度。开启振动沉管桩机，让管桩一边振动一边下沉，直到下沉到设计标高为止。之后，将桩管稍稍提升，打开桩尖，关闭振动沉管桩机，按照总方数的50%标准灌料。进行拔管作业，一边振动一边拔管，每次拔管长度达到1m时，停止继续拔管，持续保持振动1min，在桩管内碎石投完后进行反复多次的反插作业。进行第二次投料，投料量为剩下的50%。启动拔管，一边振动一边拔管，同样是每上拔1m停止继续拔管，并持续保持振动1min，直至桩管全部拔出为止，将管桩提升高于地面，关闭振动沉管桩机，并按照设计标准向孔内补充填料。启动反插设备，对孔口持续加压，直到前机架被抬起为止，即完成一根碎石桩施工作业[5]。采用跳桩法按照上述流程反复作业即可。

3.4注意事项

（1）在拔管施工阶段，不宜过快拔管，且拔管期间不再持振、反插。结合以往工作经验，通常将拔管速率控制在1.3m/s左右为宜。

（2）在整个振动施工中，会对桩体周围土壤造成扰动或挤密作用，对于机密性好的土层，振动可让上层土层下沉，提高下层土层的密度，地面下沉。挤密性较差的土层会在横向应力作用下屈服向地面隆起，并且桩距越小其隆起高度越高，严重会导致成桩断裂、缩颈等问题。

（3）桩体施工顺序确定。可以分为连续打桩、跳桩两种方式，其中，连续打桩是指从首根桩体连续打至最后一根桩体；跳桩是指横向跳跃式打桩，如打第一排桩、第三排桩、第五排桩等。由于连续打桩方法会导致相邻桩体土层被挤压，而跳桩法可减少这一现象，因此本文工程采用的是跳桩法。如果打桩区域土质较硬，在已经成桩区域中间部位补打新桩时，可能存在沉管深度难以达标问题。因此，要根据施工场地土质情况确定桩体间隔。满堂布桩法不宜采用四周向中心的顺利流程，这会限制土层向外部挤压产生较大中心隆起，因此应采用一侧向另一侧打桩的顺序施工[6]。

（4）碎石桩深度应穿越砂土液化层并插入持力层50cm以上深度。

（5）如果施工期间出现土层异常情况，如沉桩速度过快等，立即停止施工并上报监理工程师，找出异常情况产生的原因，并及时进行处理。

4结语

综上所述，为了保障高速公路工程建设质量，必须确保路基综合性能达标。针对砂土液化地基情况，必须要结合施工现场实际情况，合理选择加固处理工艺。在施工中，严格按照设计标准作业，同时加强现场质量管理和技术指导工作，严控每一道施工工序，做到及时发现和解决问题，保证路基工程顺利完工。

参考文献

[1] 管星宇.某市政道路路基砂土液化与软土震陷的判别及处理[J].地基处理，2023，5（1）：76-81.

[2] 李建康.河南省平原区高速公路路基设计探究[J].低碳世界，2023，13（5）：160-162.

[3] 曾林，吴涛.宜春市某公路软土路基水泥混合固化剂加固技术研究[J].江西交通科技，2023（3）：10-15，21.

[4] 石峰.公路施工中软土路基的处理措施分析[J].工程与建设，2023，37（4）：1291-1293.

[5] 张阔.黄泛区改扩建高速公路新旧路基差异沉降控制技术研究[D].泰安：山东农业大学，2022.

[6] 任伟.建元高速公路二标段土石混合高填路基的压实过程控制及沉降变形研究[D].成都：西南交通大学，2020.