高等級公路軟土地基應對策略

黃展旗

（岳陽市公路橋梁基建總公司，湖南 岳陽 414000）

1 高等級公路軟土地基處理技術概述

1.1 高等級公路軟土地基特點

我國國土面積遼闊，軟土在我國各地都有較為廣泛的分布。雖然全國各地的軟土成因、土壤結構各不相同，但其同樣擁有壓縮比率高、含水量大、強度低等特性。由于軟土地基的工程特性，在高等級公路施工中一旦遇到部分路段存在軟土地基則極易發(fā)生路基變形的施工質量事故。因此，在修筑高等級公路時一旦發(fā)現(xiàn)工程范圍內存在軟土地基就必須進行有效處理，以免公路交付使用后出現(xiàn)頻繁大修的情況，浪費國家公路管理部門的維護資源。

1.2 高等級公路軟土地基處理目的

1）高等級公路軟土地基處理是為提高道路地基的抗剪能力。由于高等級公路上行駛的車輛無論車速、密度、荷載遠大于普通公路，因此其產(chǎn)生對道路路基的剪力也遠大于普通公路。一旦在未經(jīng)處理的軟土地基上因地基抗剪能力不足而產(chǎn)生道路開裂等問題，則會直接影響高等級公路正常通行。

2）高等級公路軟土地基處理是為進一步降低其地基壓縮性，軟土地基由于本身壓縮性極強，一旦在某處出現(xiàn)大規(guī)模地基沉降或不均勻沉降，將會危及生命財產(chǎn)安全。

3）高等級公路軟土地基處理也是為改善其滲透特性。地基滲透特性表現(xiàn)在其地基遭到意外擾動時的穩(wěn)定性，如過大的車輛荷載或周邊區(qū)域地下構筑物施工等都會對其穩(wěn)定性造成不利影響。

1.3 高等級公路軟土地基處理技術

通過對國外先進技術的引進和吸收，并結合我國地質情況和施工工藝水平應用和推廣了以下高等級公路軟土地基處理技術：強夯法、粉煤灰應用法、粉噴樁法、振沖法、渣土樁法、排水固結、復合地基法等。

2 案例分析

2.1 項目概況

本案例位于南充市的儀隴縣、南部縣、西充縣境內，所涉及的B 3設計合同段起訖樁號為K 82＋350—K 114＋241.190，長31.43 k m，為4車道高速公路，設計速度為80 k m／h，路基寬24.5 m。共分3個施工標段，分別為第10、11、12標段（見表1）。

表1 標段劃分里程樁號

公路沿線軟土、軟弱土主要分布于山間洼地，厚度一般為2～10 m，縱橫向厚度差異性大，易產(chǎn)生不均勻沉降。兩山一洼地段路堤填土高度大，一般填土高度在8～12 m，軟土、軟弱土地基承載力難以滿足路堤荷載要求，路堤穩(wěn)定性差，因此如何提高軟土、軟弱土路段的路堤穩(wěn)定性是本案例軟土地基處理所需處理的主要問題。同時為確保該高等級公路在施工及日后運行期間的可靠性、安全性，故項目管理單位安排技術力量對此路段的軟土地基進行處理。軟基處理概況為：D 10合同段處理里程為535 m，D 11合同段處理里程為1180 m，D 12合同段處理里程為1699 m。

2.2 軟土地基地質情況

本項目所涉及路段基本在山區(qū)，由于山間洼地軟土空間位置上存在明顯差異性，導致該路段路堤在施工中容易出現(xiàn)不均勻沉降而引發(fā)路面沿縱坡向出現(xiàn)開裂。而在斜坡坡度較陡、路堤填方較高的情況下嚴重時則會產(chǎn)生路堤失穩(wěn)，導致滑坡。此外，軟基段地下水位高，軟土含砂量較高，豎向、橫向固結排水系數(shù)較大。其中D 12合同段軟土分布及工程地質條件如表2所示。

通過上述地質勘探資料，最終選擇預壓法和塑料板排水法應對軟土地基，使其達到高等級公路路基規(guī)范要求。

2.3 預壓排水技術

本案例在應用預壓法對軟土地基進項改良的同時，針對項目所在地土壤自身含水量較高的特點，將其與排水法進行結合從而形成了預壓排水法，進一步提升了預壓法對于軟土地基的處理效果。為確保預壓排水法實施效果，將原本相對獨立的地基排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)進行結合，通過排水系統(tǒng)將現(xiàn)狀場地內較差的排水條件進行局部改造，大大增加了軟土地基中水分排出的途徑，并進一步縮小了水分外排距離，與此同時通過對地基適當加壓過程中也對水分的外排提供了額外的動力。

本案例的排水系統(tǒng)包含豎向和水平兩大類排水技術，分別應用與不同厚度或含水量的軟土地基。在局部地表的軟土層厚度較小、土層滲透性較好、施工工期充裕的前提下，考慮到工程造價因素，本案例在此類區(qū)域通常采用水平排水法，即在軟土地基上部鋪設合理厚度、透水性較好的砂石墊層，利用墊層自身重量促進軟土地基中的水分通過砂石墊層中的各類毛細管道排放；但軟土地基厚度達到一定指標或其透水能力較差，其本身無法通過水平法排出多余水分，因此可通過在軟土地基中設置一定數(shù)量排水豎井強化地基水分的外排（見圖1）。同時，本案例無論采用何種排水技術都對地基進行預壓，通過加壓設備所產(chǎn)生的土層壓力差進一步促進豎井或砂石墊層中的孔隙水有效而迅速排出。排水系統(tǒng)與加壓系統(tǒng)的結合不僅保證了預壓期間軟土地基的沉降量和強度滿足設計要求，同時也大大縮短了施工周期，可謂一舉兩得。

表2 D 12合同段軟土分布及工程地質條件

圖1 本案例豎井排水立面

本案例所采用的預壓技術大部分屬于超載預壓，只有在極少數(shù)區(qū)域使用欠載或等載預壓，由于大部分路段采用超載預壓技術從而增加了修筑道路路堤時發(fā)生的沉降，為此項目管理人員對該技術實施后所引發(fā)的沉降量進行估算，并適當加大超壓預壓段填筑路基的標高，避免超載預壓工序完成后，該施工段路基的填筑高度因沉降而降低至設計高程以下。另外，由于增加了路堤的填筑高度給路堤的穩(wěn)定性提出新的考驗，項目管理人員采用分級施加預壓荷載方法，嚴格控制超載預壓的加載速率以減輕該項技術對路堤穩(wěn)定性的影響，并專門安排人員對路堤的穩(wěn)定性進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時進行整改。

由于本案例在其施工段內已建成有部分的管道、箱涵等地下構筑物給工程施工造成較大不利影響，鑒于大部分地下構筑物的埋設較淺而采用土方置換法，將構筑物周圍的軟土地基進行清淤換填從而增強其地基的穩(wěn)定性。

2.4 塑料板排水技術

鑒于塑料板排水技術具有施工工藝簡單、排水效果好、施工對周邊地基擾動較小、施工工效高、造價低廉等優(yōu)勢，本案例將其作為預壓排水法的有效補充和替代。目前，塑料板排水主要有振動法和靜壓法2種施工工藝，本案例考慮到對周邊環(huán)境和現(xiàn)有滬杭甬高速運行狀態(tài)而采用了靜壓法作為施工工藝（見圖2）。

圖2 塑料板排水法施工工藝

本案例將塑料板按照正方形布置，其間距根據(jù)不同路段軟土地基實際情況進行適當調整，基本控制在1.1～1.3 m，同時塑料板打入深度也視軟土地基的厚度而進行合理微調。

為確保塑料板排水法發(fā)揮效果，本案例選擇了打設一體的靜壓式插板機大大加快了施工進度也保證了施工質量。該機械自帶的履帶式行走設備能夠靈活地在施工場地內的軟土地基中行駛，不必擔心自身重量和施工產(chǎn)生的額外壓力使機械設備深陷軟土地基之中。另外，精巧的專項和控制設備能精準地將塑料板打入任何軟土地基之中。由于項目采用的塑料板為生產(chǎn)商提供的成品板材，項目管理人員根據(jù)其外形尺寸對靜壓式插板機的插入導管進行了重新調整，將其端口改造成扁平狀，而端口的內徑稍大于塑料排水板的尺寸，使其便于板材的安裝和固定，從而確保在施工過程中塑料排水板不會因外力作用而產(chǎn)生變形或破損。在施工過程中還利用測量設備對塑料排水板的打入深度進行了逐一檢測，進一步保證了其排水固結的效果。

2.5 地基沉降監(jiān)測技術

本案例為做好軟土地基沉降監(jiān)測，并對所采用各類地基處理技術實際效果進行有效監(jiān)管和評估，成立專門部門負責施工期間軟土地基的沉降監(jiān)測工作。該部門通過對項目線性和現(xiàn)場場地條件的綜合評估最終確定了每隔100 m設置1處監(jiān)測斷面，而在部分預壓施工高度達到極限高度的路段，則將監(jiān)測斷面加密到每隔50 m一處。一般情況下沉降監(jiān)測點的檢測儀器都設置在道路的中心線處，而在橋頭及引道處可在路肩和坡腳處增設監(jiān)測儀器。上述監(jiān)測儀器都是由沉降板、測桿、套管、套管接箍、套管蓋板、測桿頭等設備組成，其中沉降板由5 mm厚的鋼板切割成40 cm長正方形。

在設置沉降監(jiān)測點時，首先在路基上開挖一處20 cm深的正方形土坑，其尺寸稍大于沉降板大小，并在土坑內鋪設8 cm厚的黃砂墊層。隨后將沉降板放置在監(jiān)測土坑內，并用水準尺進行調平后再講土坑平整壓實。當進行路基施工時注意對沉降監(jiān)測儀器的保護，其周邊5 m范圍內不得使用機械設備進行填筑或壓實作業(yè)，而應采用人工填筑及壓實。

本案例根據(jù)施工工序不同的作業(yè)內容，規(guī)定相關工序路基沉降的監(jiān)測頻率。如在道路路基填筑施工期間，應當做到每填筑1層監(jiān)測1次，如果2個填筑作業(yè)期間間隔較長則可調整為每2 d監(jiān)測1次，一旦發(fā)現(xiàn)路基有較大的沉降波動，則改為每12 h監(jiān)測1次，以及時掌握路基沉降動態(tài)。當連續(xù)3 d監(jiān)測沉降數(shù)據(jù)小于10 mm時方可開展下一層路基的填筑施工。在路基的預壓期間監(jiān)測頻率可視路基厚度和穩(wěn)定情況進行適當調整，一般控制在15 d左右，在條件允許的情況下可在預壓施工后的第1個月內按照每周安排監(jiān)測1次，而在第2個月內則按照每2周安排1次監(jiān)測。到道路面層施工期間，監(jiān)測頻率可按照每碾壓半層或一層觀察1次。若1層2次碾壓時間間隔較短，可合并1次進行觀測。

3 結語

隨著我國高等級公路路網(wǎng)體系的不斷完善，在建設過程中將會遇到越來越多的特殊地質條件。因此，處理好諸如軟土地基等特殊地質條件不僅提高了高等級公路本身的道路質量和使用壽命，同時也減少了高等級公路在運行期間日常維護和檢修費用，大大增加了高等級公路通行質量和效率。