高速公路施工中的軟土路基施工技術(shù)

張獻(xiàn)宇

中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司

1 公路工程施工中軟土路基的特點(diǎn)

軟土路基施工技術(shù)在高速公路建設(shè)過程中十分重要，會(huì)影響高速公路的安全性與可靠性。作為高速公路施工建設(shè)過程中一道必不可少的工序，軟土路基施工技術(shù)直接影響高速公路的工程質(zhì)量。在諸多軟土施工技術(shù)中，最為常見的施工技術(shù)是砂墊層以及袋裝砂，科學(xué)、合理地應(yīng)用這兩項(xiàng)技術(shù)，在獲得較好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還會(huì)獲得可觀的社會(huì)效益。在高速公路具體施工建設(shè)的過程中，要因地制宜，綜合分析工程建設(shè)的環(huán)境條件、地質(zhì)條件以及工程材料的使用情況，將軟土路基施工技術(shù)發(fā)揮到極致。軟土路基主要是由軟土、孔隙率大的有機(jī)質(zhì)土以及細(xì)砂等共同組成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差且易下沉的地基，通過對(duì)公路工程施工中軟土路基的定義和特性仔細(xì)研究后發(fā)現(xiàn)，軟土路基的特點(diǎn)主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：①水分比率過大。在高速公路的規(guī)劃與建設(shè)過程中，受軟土路基的黏土顆粒及淤泥影響，造成了軟土路基的孔隙過大和水分過大，僅有少部分的有機(jī)物能夠在不同的地質(zhì)條件下蛻變?yōu)榭紫遁^小的絮狀結(jié)構(gòu)。一般條件下，軟土的水分比率在36%～80%之間，受剪力的影響，軟土所產(chǎn)生的剪力形變較為明顯，等軟土固結(jié)沉降之后，即會(huì)產(chǎn)生塊狀的固結(jié)沉降，從而給車輛的行駛帶來了極大不便；②土壤的堅(jiān)固性較差。由于軟土土質(zhì)具有較為明顯的結(jié)構(gòu)性類型，當(dāng)軟土結(jié)構(gòu)的中部土層遭受擠壓或是振動(dòng)時(shí)，其中的絮狀架構(gòu)即會(huì)受到損壞，使得土壤的堅(jiān)固性大大降低，嚴(yán)重情況下還會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)軟土土質(zhì)受到破壞時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的推移，逐漸得以修復(fù)。此外，軟土土質(zhì)具有較高的壓縮性、極差的滲透性，在垂直方位上的滲透速率為6～10cm/s；③抗剪力較弱。在我國(guó)天然的軟土結(jié)構(gòu)組成中，軟土的抗剪力的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為少于20MPa，一般情況下的摩擦角度為20～35°，一些軟土土質(zhì)的抗剪力比較弱，因此要加強(qiáng)相應(yīng)的剪力。由于軟土基層受負(fù)荷條件和排水固結(jié)等狀況的影響，其對(duì)應(yīng)的剪力就會(huì)隨之發(fā)生較大的變化，當(dāng)軟土固結(jié)的速率不斷加快，其相對(duì)強(qiáng)度提升幅度也會(huì)加大。

2 施工技術(shù)相關(guān)參考因素

首先，在高速公路工程軟土施工期間，為了做好路基施工工作，需要全面考慮自然因素，包括：降水、地形、路基狀況、地下水位等因素。高速公路施工地區(qū)較多，在不同施工區(qū)域，自然環(huán)境存在不同特點(diǎn)，在施工期間需結(jié)合環(huán)境特點(diǎn)開展。詳細(xì)來說，一些地區(qū)水位較高，如果在這一區(qū)域開展施工工作，施工人員在施工前期，對(duì)施工地下水位檢測(cè)和評(píng)估，判斷地下水位是否會(huì)為實(shí)際施工帶來影響。依據(jù)實(shí)際情況和實(shí)際施工需求，設(shè)置排水設(shè)施，及時(shí)把施工區(qū)域中，存在積水和過高水資源運(yùn)作到非工作區(qū)域。季節(jié)性降水也對(duì)公路路基施工具有較大影響，施工人員在開展施工期間，需及時(shí)和設(shè)計(jì)人員交流和溝通，設(shè)計(jì)人員考慮到季節(jié)降雨影響，了解實(shí)際施工需求，設(shè)計(jì)合理施工方案。對(duì)于軟土路基建設(shè)經(jīng)常出現(xiàn)區(qū)域，盆地、濱海和平原等區(qū)域，需結(jié)合路基不同性質(zhì)，對(duì)路基改造，提高路基施工效率。其次，施工期間，可利用合理方法開展道路施工改造，結(jié)合高速公路形狀，對(duì)路堤設(shè)計(jì)，對(duì)路基改造處理。當(dāng)路堤高度較低，寬度較大時(shí)，對(duì)路基換填施工改造，會(huì)影響施工質(zhì)量，局部受到破壞。在路基寬度較大與高度較大時(shí)，路基壓力較大，出現(xiàn)沉降問題。在考慮公路形狀因素時(shí)，由于路堤設(shè)計(jì)和公路建設(shè)形狀聯(lián)系密切，路堤高度和寬度不同，決定需要利用哪一種技術(shù)來開展施工工作。例如，當(dāng)路堤寬度較大、高度較低時(shí)，就不可以利用換填方法，因?yàn)樵谶@一情況下，利用換填方法，會(huì)導(dǎo)致公路局部出現(xiàn)損壞，路基壓力增加，若處理方式不合理，路基沉降程度加深，公路路面負(fù)載里降低，影響公路實(shí)際應(yīng)用性，埋下風(fēng)險(xiǎn)。

3 高速公路軟土路基施工技術(shù)闡述

3.1 高壓噴射注漿技術(shù)

高壓噴射技術(shù)是將注漿技術(shù)以及高壓射流切割技術(shù)融合到一起，對(duì)軟土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。施工過程中，首先用鉆機(jī)鉆孔，孔深度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后再使用噴嘴的注漿管噴出水泥漿，高壓噴出的水泥漿會(huì)形成高射流體，對(duì)施工區(qū)域的軟土土體進(jìn)行適當(dāng)?shù)那懈詈蛿噭?dòng)。同時(shí)，鉆機(jī)桿在向上提升時(shí)，會(huì)保持著旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，促進(jìn)水泥漿填至土中，凝結(jié)后便形成了固結(jié)體，能有效提升路基的強(qiáng)度。使用高壓噴射注漿技術(shù)的前提條件是軟土路基中存在大量的淤泥、砂土和砂礫。

3.2 凍結(jié)處理技術(shù)

高速公路軟土地基提高強(qiáng)度的方法還有凍結(jié)處理，此種方法應(yīng)用廣泛，主要是使用氮和二氧化碳相結(jié)合的工作原理，使用冷卻液對(duì)整個(gè)土層進(jìn)行凍結(jié)處理，進(jìn)一步提高地基的強(qiáng)度，從而防止其出現(xiàn)較大的壓縮變形量。與其他幾種技術(shù)相比，凍結(jié)技術(shù)被廣大施工單位所采納，并且取得了非常好的效果。

3.3 壓密注漿碎石樁技術(shù)

當(dāng)鉆孔機(jī)開始工作時(shí)，將碎石投入至孔內(nèi)，然后將水泥漿壓到石孔中，當(dāng)一部分水泥已經(jīng)出現(xiàn)了固結(jié)現(xiàn)象時(shí)，再對(duì)碎石樁體以及樁周邊進(jìn)行高壓注漿，這種施工方式能夠有效提高樁體周圍強(qiáng)度，進(jìn)而提高整體路基的強(qiáng)度，從根本上提高軟土路基的穩(wěn)定性以及承載能力，保證了高速公路的運(yùn)行安全，對(duì)高速公路的快速發(fā)展具有非常重要的意義。

3.4 加載預(yù)壓處理技術(shù)

加載預(yù)壓處理的主要方式是在路基中設(shè)置砂墊層和豎向排水系統(tǒng)。在對(duì)路基施工時(shí)，地基會(huì)不斷加速排水固結(jié)，從而有效提升路基的承載能力，避免在長(zhǎng)期使用過程中地基出現(xiàn)變形現(xiàn)象。對(duì)于施工時(shí)固結(jié)現(xiàn)象產(chǎn)生的沉降等一系列問題，可以使用超載預(yù)壓法環(huán)節(jié)。

3.5 水泥攪拌樁技術(shù)

軟土路基施工時(shí)，通過向土壤中注入水泥，需持續(xù)對(duì)水泥進(jìn)行攪拌，促進(jìn)土加速發(fā)生物理、化學(xué)變化，使得路基處形成相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體，從根本上提升路基的整體強(qiáng)度。在水泥攪拌樁加固處理的過程中，可以選擇使用濕法和干法進(jìn)行施工，水泥的主要作用是固化劑，將其注入到軟土路基后，使用施工設(shè)備進(jìn)行攪拌處理，制作形成復(fù)合地基，從而進(jìn)一步提高軟土路基的強(qiáng)度。

3.6 添加劑處理技術(shù)

由于軟土具有較高的黏性，因此在進(jìn)行軟土路基施工時(shí)，可以添加若干添加劑至其中，添加劑主要由水泥和石灰組成，添加劑的加入，能夠大幅降低軟土中的含水量，保持其具有較高的團(tuán)聚效應(yīng)，加快軟土的固結(jié)，保證軟土路基具有適合施工的穩(wěn)定性。

3.7 復(fù)合路基處理技術(shù)

復(fù)合路基處理技術(shù)主要有粉噴樁和旋噴樁，較之其他處理方法，旋噴樁技術(shù)成本比較高，且樁的質(zhì)量較為難控制，所以在軟土路基中使用的范圍比較窄。然而，該種技術(shù)大量運(yùn)用在橋頭軟土路基處，不僅能夠加速對(duì)高橋被土體的填筑，還能有效避免公路在建成使用后出現(xiàn)變形。當(dāng)前，軟土路基施工時(shí)，粉噴樁應(yīng)用比較廣泛，具體施工過程中，必須要嚴(yán)格控制樁的長(zhǎng)度，且需對(duì)樁基進(jìn)行充分夯實(shí)，保證實(shí)現(xiàn)“雙控”。同時(shí)，必須要保證公路路面的承載能力不會(huì)受到影響，工程的各項(xiàng)指標(biāo)也都符合設(shè)計(jì)圖紙的要求，滿足條件后才能提高整體路基的安全性能。此外，在進(jìn)行路基施工時(shí)，送灰員必須使用電子秤對(duì)送灰量予以嚴(yán)格的把關(guān)，保證送灰的均勻性，同時(shí)為了保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，必須保證電子秤具有非常高的精度。施工過程中，還會(huì)使用到復(fù)攪技術(shù)，在水泥漿拌頭復(fù)攪過程中，必須保證鉆桿的速度達(dá)到規(guī)范水平。如果在使用粉噴樁對(duì)整個(gè)路基進(jìn)行加固時(shí)，一旦發(fā)生?；椰F(xiàn)象，發(fā)生事故時(shí)，要保證整個(gè)鉆頭處于地下50cm以下，等待故障解除之后，才能夠提高鉆頭，保證工程質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，還需對(duì)不合格鉆頭及時(shí)更換，保證粉噴漿的施工質(zhì)量與設(shè)計(jì)規(guī)范相同，從而保證整個(gè)噴樁的工程質(zhì)量處于最佳狀態(tài)。

4 高速公路施工中的軟土路基施工技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

某高速公路工程地處該地區(qū)西南面，經(jīng)過四個(gè)縣市區(qū)。全長(zhǎng)約56.328km，其中A城區(qū)段5.026km、B區(qū)段16.904km，C市段25.423km。D縣段9.975km。全線按六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度為100km/h，共設(shè)樞紐互通3處，一般互通5處，管理中心1處，養(yǎng)護(hù)中心1處，養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處。水泥攪拌樁施工項(xiàng)目境內(nèi)，地表為沖海相、海相可塑狀粉質(zhì)粘土，厚度1～3米，下部軟土為海積淤泥、淤泥質(zhì)土，呈流塑，分布廣，厚度大，含水量大。水泥攪拌樁施工段全部位于互通A、E、I、G、J、FD1、FD2匝道及JX與道路拼寬線內(nèi)。設(shè)計(jì)行車速度為30～60Km/h。水泥樁攪拌工程數(shù)量如表1所示。

如圖1所示，水泥攪拌樁施工流程包括測(cè)量放樣、樁基就位、制備灰漿、啟動(dòng)攪拌機(jī)切圖下沉并噴漿至設(shè)計(jì)樁底、提升攪拌至樁頂。其中有兩點(diǎn)需要注意。

首先，樁基運(yùn)送至工地后，首先需要進(jìn)行安裝調(diào)試，在保證能夠在運(yùn)行后將樁基移位至放樣孔位，鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)孔中心，樁位對(duì)中偏差不得超過1cm。就位后還需進(jìn)行水平校正，鉆桿軸線垂直對(duì)準(zhǔn)孔中心位置，施工時(shí)鉆桿傾斜度不大于1%。水泥攪拌樁施工機(jī)械必須具備良好及穩(wěn)定的性能，鉆機(jī)井架兩側(cè)分別粘貼刻度標(biāo)尺，以方便鉆孔深度控制。其次，制備水泥漿液時(shí)，采用磅秤分別稱量水與水泥重量，應(yīng)嚴(yán)格按照室內(nèi)試驗(yàn)所確定的配比進(jìn)行拌制。第三，在攪拌時(shí)需要在確認(rèn)攪拌頭轉(zhuǎn)速正常后邊旋轉(zhuǎn)切土邊下沉，同時(shí)開啟送漿泵噴水泥漿入土，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)切割攪拌土體，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。之后，改變內(nèi)外桿的旋轉(zhuǎn)方向，將攪拌葉片收縮到下部樁體直徑，噴漿切土下沉，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)切割攪拌土體，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度，在樁端應(yīng)就地持續(xù)噴漿攪拌10秒以上。

在工程中，質(zhì)量控制因素主要有：第一，確保施工材料的質(zhì)量符合要求。在路基軟基處理中水泥深層攪拌樁作業(yè)過程中，水泥是非常重要的施工材料，因此，必須做好水泥的檢驗(yàn)工作，一個(gè)批次的水泥量設(shè)定在200t左右，做好每一批次的合格證及其出廠報(bào)告的檢查工作，并抽檢驗(yàn)證質(zhì)量，檢驗(yàn)合格方能投入到正式施工過程中。第二，確保水泥攪拌樁的數(shù)量符合要求。在路基軟基處理中水泥深層攪拌樁的施工過程中，要根據(jù)施工圖紙的設(shè)計(jì)要求，仔細(xì)測(cè)量攪拌樁間距，確保攪拌樁間距控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。在攪拌樁作業(yè)開始之前，要切實(shí)做好施工現(xiàn)場(chǎng)的清理工作，確保每個(gè)攪拌樁均能標(biāo)記明確。要根據(jù)工程量的大小來制定攪拌樁的設(shè)置數(shù)量計(jì)劃方案，避免在施工過程中出現(xiàn)漏樁現(xiàn)象。第三，確保水泥用量符合攪拌樁的要求。對(duì)于路基軟基處理中水泥深層攪拌樁施工作業(yè)來說，水泥是最重要的施工材料，而水泥用量的大小，對(duì)攪拌樁的強(qiáng)度也會(huì)產(chǎn)生直接的影響。水泥用量過多，會(huì)產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)，提高施工成本，影響施工效益；水泥用量過少，則無法滿足攪拌樁的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。因此，在攪拌樁施工作業(yè)過程中，要確保水泥用量符合攪拌樁的要求。首先，要確保攪拌樁的水灰配比與攪拌機(jī)的送漿壓力以及成樁試驗(yàn)保持一致；其次，要依據(jù)每根樁的長(zhǎng)度和施工進(jìn)度，根據(jù)攪拌樁每延樁1m，使用水泥50kg的用量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而計(jì)算水泥的實(shí)際用量是否符合設(shè)計(jì)要求。第四，確保攪拌樁長(zhǎng)度符合要求。由于路基軟基處理涉及到的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，土壤結(jié)構(gòu)差異大，要確保路基的穩(wěn)固性，攪拌樁要打入，全風(fēng)化灰?guī)r或頁巖50cm的深度，以免樁身沒有打入穩(wěn)固的持力層，影響到加固地基的實(shí)際效果，進(jìn)而影響路基軟基處理和竣工后的道路使用安全。通常情況下，我們通過觀察鉆機(jī)電流與鉆進(jìn)速度來判斷攪拌樁是否已經(jīng)打入持力層，電流急速增加而攪拌機(jī)的鉆進(jìn)速度急速下降，則表明已經(jīng)打入持力層。

表1 水泥攪拌樁工程數(shù)量表

圖1 施工工藝流程圖

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