公路路基軟基的成因及處置

李小剛

（天水公路管理局，甘肅天水741000）

公路路基軟基的成因及處置

李小剛

（天水公路管理局，甘肅天水741000）

公路軟基的處治技術(shù)是進(jìn)行公路建設(shè)時需要熟練掌握的關(guān)鍵技術(shù)。本論述依據(jù)軟基地質(zhì)特性，提出了公路軟基成因，并與公路路基處治工藝相結(jié)合，分析了在公路路基軟基處治過程中填換墊層法、排水固結(jié)法、強夯法、碎石樁法及水泥攪拌樁法等方法的運用，同時針對具體工程重點分析了碎石樁復(fù)合地基的處治技術(shù)，以期對相關(guān)的公路軟基路基工程施工提供一定參考，進(jìn)而產(chǎn)生有效、科學(xué)開展公路路基軟基處治的工藝體系，實現(xiàn)對路基軟基的穩(wěn)定功能。

公路路基；軟基；成因；處治技術(shù)

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.10.008

0　引言

當(dāng)公路穿越谷底、河灘、海濱與湖沼時，通常會需要軟基施工，但因軟土路基地質(zhì)的壓縮性較強、抗剪性差、水含量較大、結(jié)構(gòu)松散和孔隙比較大等特性，以及其內(nèi)所含流質(zhì)與有機質(zhì)過多等因素，使得公路發(fā)生各種基礎(chǔ)問題。軟土種類主要包含海洋沉淀物和河流沖擊沉淀物等，且軟基的承載性能和穩(wěn)定性均較差，所以在軟土上開展公路施工將可能引起路基病害。尤其對軟土較多地帶，通常是施工開展的難點與重點，為確保該地帶的順利施工，必須要高度重視。在公路軟基處治時，運用的技術(shù)應(yīng)按照公路施工處軟基的地質(zhì)特征，并在與路基有關(guān)的處治重點相配合基礎(chǔ)之上，明確把握好路基軟基的處治根據(jù)，從而針對性地使用碎石樁法、填換墊層法、排水固結(jié)法等工藝，以保證公路軟基的處治成效，進(jìn)而真正使得公路軟基在施工技術(shù)方面得到保證。

1　公路路基軟基的形成原因

公路路基軟基的形成原因無法離開水的沉積和地質(zhì)變遷作用，勘察探究表明軟基的形成原因和地層沉積存在很大關(guān)系。主要包括：在地質(zhì)分類方面，南方土質(zhì)特性多為粉砂狀粘土或粘土，這是由于地質(zhì)在變遷中因地殼運動而產(chǎn)生河相、湖相和海相，在其沉積時會使得大量地下水伴隨地殼的運動發(fā)生開裂，進(jìn)而深入地滲進(jìn)土壤，且在地殼持續(xù)的運動中被封閉于相應(yīng)地層深處，從而造成該層處因長時間浸泡發(fā)生軟化；同時，由于該區(qū)域降水充沛、水系發(fā)達(dá)等因素，使得地表層水利用各類方式不斷補充地下水，長此以往造成該區(qū)域較深層和深層土壤出現(xiàn)質(zhì)變；再者，喜水性動植物遺體缺氧時被慢慢地分解，而有機質(zhì)與植物的遺體在較為封閉與高壓條件下和土層內(nèi)的鈣、磷、鐵等發(fā)生物理反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而使土質(zhì)原來的力學(xué)結(jié)構(gòu)遭受破損壞，粉砂質(zhì)土或粘土原本的緊密分子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疏松，土粒則被分解為細(xì)粒，使土體基本喪失原本的抗壓和抗剪性能，造成土體稀散、松軟，進(jìn)而導(dǎo)致公路工程中軟基的產(chǎn)生。

2　公路路基軟基的處治技術(shù)分析

2.1常用的公路軟基處治技術(shù)

在公路路基施工中，因地質(zhì)的多變性和復(fù)雜性，以及基礎(chǔ)沉降、基礎(chǔ)穩(wěn)定性以及施工進(jìn)度和成本等因素的影響，使得單一的傳統(tǒng)型軟基處治方法通常無法達(dá)到施工質(zhì)量要求，因此，有時會需要采用軟基復(fù)合處治方法，見圖1所示。常見的處治方法包括：

（1）填換墊層法，主要是挖去路基表面軟土層，置換成高強度、硬質(zhì)地、耐侵蝕的礦渣、卵石、沙砂和碎石等。在強夯、振動等方法下分層壓實以使其達(dá)到公路基礎(chǔ)施工所需滿足路基壓實度需求；

（2）排水固結(jié)法，是在公路軟土基礎(chǔ)之中設(shè)置縱向沙井和排水井等設(shè)備，通過公路路基土體自重以排出土體內(nèi)孔隙中水分，最終實現(xiàn)不斷固結(jié)路基土體的效果；

（3）水泥攪拌樁法，是利用注入水泥到軟土基礎(chǔ)層，通過攪拌方式使得水泥與軟土出現(xiàn)化學(xué)與物理反應(yīng)，從而提升路基軟弱層的強度。水泥攪拌樁技術(shù)已成為較大面積公路軟基處治方法的首選；

（4）強夯法，利用重物提升，使它具有一定勢能，然后瞬時放開并降下重物，使其對地表產(chǎn)生強夯作用，以達(dá)到土體密實的效果，從而滿足公路路基的實際工程強度需求。

在當(dāng)前公路軟基處治過程中，復(fù)合基礎(chǔ)處治大多選擇“豎向式增強體+橫向式增強體”聯(lián)合基礎(chǔ)處理方法，其主要是通過橫向增強體、樁以及樁之間的土體三者共同作用和承載來實現(xiàn)的。根據(jù)當(dāng)前工程實際而言，雙向型增強體軟基復(fù)合處治方法有下面幾方面特性：具備樁體、排水、墊層、擠密、防護(hù)和加筋等的綜合性作用；能夠?qū)μ烊挥倌噘|(zhì)軟土層進(jìn)行高路堤的快速筑填；施工時產(chǎn)生較小沉降，施工完成后的沉降易于控制，能縮減工期；樁之間的距離增大，能根據(jù)控制沉降思路開展施工設(shè)計，使項目成本下降。

圖1　雙向型增強體軟基復(fù)合處治技術(shù)組合圖

2.2碎石樁公路軟基處治技術(shù)

碎石樁公路軟基處治技術(shù)主要考慮在丘陵、山區(qū)等地存有較厚軟土層的地質(zhì)，該地帶溝谷之中大多常年有水淤積產(chǎn)生軟性粘土，選擇碎石樁構(gòu)成復(fù)合基礎(chǔ)，除樁體支撐功能外，在碎石樁上的覆砂墊層也能達(dá)到排水的目的。在筑填公路軟基時，伴隨樁體周圍軟基土的排水和固結(jié)，可充分發(fā)揮樁體周圍軟土承載性，提升基礎(chǔ)承載性能的潛力很大。碎石樁屬于發(fā)展很早的基礎(chǔ)處治方法之一，其是利用沉管法或振動法等在軟基內(nèi)沖孔，以填進(jìn)卵石、碎石、礫石等散性材料，經(jīng)過密實振動后以產(chǎn)生密實性樁。由大量實際工程表明，通過碎石樁法固化砂土、粉土基礎(chǔ)，能提升基礎(chǔ)承載性，降低沉降，以避免地震液化并提升其平穩(wěn)性。

在施工時，由于基礎(chǔ)土體特性的差異，碎石樁功能原理也各有差別，對飽和性黏土，其主要利用置換配筋與排水固結(jié)來提升基礎(chǔ)強度。它的加固原理主要體現(xiàn)于下面幾點：壓擠振密，在碎石樁成樁中會對四周土產(chǎn)生振密或壓擠，從而使土的密實性增大，提升其結(jié)構(gòu)的強度，基礎(chǔ)土體的承載性也隨之增大；排水固結(jié)，碎石樁設(shè)計使軟基排水狀況得到優(yōu)化，這使得路基軟土孔隙內(nèi)水壓被加快消散，從而極大提升了軟基土體的力學(xué)性質(zhì)，優(yōu)化了基礎(chǔ)土體的抗形變和承載性能；置換方法，碎石樁在成樁之后，能夠和周邊軟性黏土組成為復(fù)合型基礎(chǔ)一同承擔(dān)上端載荷，從而使基礎(chǔ)承載力性得以提升，并強化了路堤的穩(wěn)定性。

但是，由于碎石樁壓縮模量相較土體而言要大，載荷作用時引起樁周土沉降差進(jìn)而造成拱土效應(yīng)，因此，樁周土承受的部分載荷將轉(zhuǎn)移至樁體上，使得樁身承受大部分載荷，引發(fā)應(yīng)力集中現(xiàn)象。因碎石樁松散材料粘結(jié)性缺乏，致使碎石樁承載性主要由樁周土側(cè)限壓力決定，所以樁周圍土能發(fā)揮出對樁身的側(cè)向壓力，進(jìn)而對復(fù)合碎石樁基礎(chǔ)承載性起重要作用。另外，在碎石樁上鼓脹變形最容易出現(xiàn)于樁體上端（見圖2所示）。

圖2　碎石樁上部的鼓脹變形圖

3　公路路基軟基的施工技術(shù)要點

3.1開挖基底換填法施工技術(shù)要點

在施工之前，先應(yīng)開展放樣測量等工作，對于成因較復(fù)雜的軟基，可實施開挖加以清除，避免受公路基礎(chǔ)坡腳部位凍脹土或軟土干擾。接著，開展軟基地質(zhì)試驗，與試驗數(shù)據(jù)結(jié)合選用材料，并進(jìn)行合理配比與控制，僅有如此方可準(zhǔn)確制定工程之中的所需材料參數(shù)和比例。再者，材料準(zhǔn)備階段應(yīng)與施工階段盡可能靠近，在質(zhì)量得到保證條件下，要有充足的材料儲備以維持工程的持續(xù)施工。

3.2深層水泥攪拌樁的施工技術(shù)要點

水泥為道路建設(shè)中一種不可缺少的材料，特別適用于公路軟基處治施工，深層水泥攪拌樁能夠很好處治含水量高的淤泥、砂土、泥炭土和粉土，使用水泥樁攪拌機械，將軟基原狀土與水泥進(jìn)行強制攪拌，將水泥作為土體的固化劑，使軟基土體硬結(jié)而提高強度。

3.3排水板加固施工技術(shù)要點

當(dāng)前，塑料排水板加固施工屬于最為常見的軟基固結(jié)方法，施工流程主要包含三方面：鋪設(shè)水平墊層、豎直固定塑料排水板、壓載荷與沉降量的計算。這里，水平墊層是指軟基加固部位，先對表面雜物進(jìn)行清除并排干土中水分，之后鋪設(shè)一層30～40cm厚的砂礫石層。接著，將排水板豎直鋪于砂墊層中間，在所鋪設(shè)砂礫墊層不破壞條件下，為避免部分塌陷，采取機械定位來加固軟基土層段。

4　結(jié)束語

公路軟基處治為系統(tǒng)、綜合、復(fù)雜的課題，其涉及如巖土、地質(zhì)和公路工程等多個方面的內(nèi)容。軟土路基作為較差的路基形式之一，通常壓縮性較強、抗剪性能差、結(jié)構(gòu)松散且水含量較大，此時，就必須要實施人工加固基礎(chǔ)后，才能再修筑路基。當(dāng)前，存在許多軟基處治方法，由各類公路軟基處治技術(shù)的具體效果而言，多種形式的軟基處理方法復(fù)合運用可起到較佳的效果。軟基的處治目的即科學(xué)、有效的優(yōu)化基礎(chǔ)狀況，進(jìn)而提升基礎(chǔ)強度，以保證公路路基施工質(zhì)量。

［1］高海燕.公路軟土路基處理技術(shù)的應(yīng)用分析［J］.黑龍江科學(xué)，2014（01）.

［2］劉剛，張軍.瀏醴高速公路軟土地基處治技術(shù)研究［J］.公路工程，2011（04）.

［3］杜偉光.論公路軟土路基處治技術(shù)應(yīng)用［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2013（09）.

U416.1

A

2016-6-7

李小剛（1979-），男，漢族，甘肅天水人，大學(xué)本科，工程師，主要從事公路施工與養(yǎng)護(hù)工作。