市政道路施工中軟土路基處理技術(shù)

楊永輝

（廣東冠諾建設(shè)工程有限公司）

0 引言

市政道路在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性不言而喻，隨著公路網(wǎng)的完善和延伸，道路施工中可能出現(xiàn)的地質(zhì)條件越發(fā)復(fù)雜，軟土路基處理技術(shù)被頻繁應(yīng)用。鑒于軟土路基的特殊屬性，施工技術(shù)選擇、材料因素、作業(yè)質(zhì)量等均成為影響軟土路基條件下市政道路施工質(zhì)量的主要因素，為進(jìn)一步提高軟土路基處理能力，提升市政工程質(zhì)量，有必要對有關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1 軟土路基的特點(diǎn)

1.1 軟土路基的特點(diǎn)

1.1.1 透水性差

軟土路基市政道路施工改變路基承重能力，沉降速度逐漸降低并促使軟土呈現(xiàn)為流塑狀態(tài)。此時，軟土路基的透水性被大幅度削弱，導(dǎo)致其中水分無法順利通過排水管線排出，道路工程中大量原材料長期處于水浸狀態(tài)，腐蝕速度增加，可能引發(fā)道路大面積病害的情況[1]。另外，路基排水能力降低后，易引發(fā)土質(zhì)松軟，因此排水是處理軟路路基的關(guān)鍵工作。

1.1.2 壓縮性高

軟土路基內(nèi)部土壤松軟、間隙較大，在受高強(qiáng)度外力作用時容易被壓縮變形，引發(fā)路面沉降、開裂、變形等問題。隨交通壓力的上升，軟土路基承受外力不斷增大，甚至超過其基本荷載能力，路基發(fā)生嚴(yán)重變形，引發(fā)市政道路坍塌問題。市政道路網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)張?jiān)黾恿说缆饭こ痰目傮w承重，軟土路基變相的風(fēng)險(xiǎn)也隨之提升。

1.1.3 結(jié)構(gòu)不均

軟土路基土壤強(qiáng)度低、密度小，存在多種土壤類型共生的現(xiàn)象。不同類型土壤在強(qiáng)度和密度上也存在明顯差異，帶來不同的承載能力。這種差異在市政道路投入使用后，路基在相同或相似荷載作用的情況下易發(fā)生受力不均的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致路面開裂甚至路基崩裂，嚴(yán)重威脅交通通行安全。

1.2 引發(fā)的公路病害

總結(jié)來講，因軟土路基處理不當(dāng)而引發(fā)的市政道路病害主要有三種類型，分別為開裂、沉降和失穩(wěn)。其中，開裂病害主要因路基強(qiáng)度不足引起，荷載作用導(dǎo)致路基發(fā)生形變，路面扭曲并開裂。此外，路面滲水與路基內(nèi)水分蒸發(fā)的循環(huán)作用導(dǎo)致路基收縮，也會引發(fā)開裂病害。沉降病害即路基長時間受車輛碾壓及振動的作用，自身強(qiáng)度無法承受所施加的荷載，引發(fā)路基沉降。失穩(wěn)病害則由水流作用引起，路面滲水及自然界雨水侵蝕，使道路材料長期浸水被腐蝕和破壞，導(dǎo)致路基失穩(wěn)。

2 軟土路基處理的常用技術(shù)

2.1 置換技術(shù)

置換技術(shù)在軟土路基處理中使用相對頻繁，常規(guī)表層處理方法雖然可在一定程度上提高軟土路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性，但對路基使用壽命的影響程度有限，此時可利用置換技術(shù)，以強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更好的材料置換原本土壤，從根源上防止公路裂縫、沉降等病害的發(fā)生。

置換技術(shù)包括人工挖掘置換和爆破置換兩個技術(shù)分支，具體選擇還要根據(jù)施工現(xiàn)場條件及實(shí)際需求進(jìn)行。例如，人工挖掘置換具備穩(wěn)定性強(qiáng)、安全度高等優(yōu)勢，可被應(yīng)用的范圍更廣，缺點(diǎn)是成本高、工程進(jìn)展速度較慢。爆破置換的優(yōu)點(diǎn)為施工速度快、作業(yè)成本低，但穩(wěn)定性和安全性要次于人工挖掘。

2.2 強(qiáng)夯技術(shù)

強(qiáng)夯技術(shù)針對軟土路基土壤疏松、含水量高、密度低等缺陷，利用機(jī)械外力對路基做夯實(shí)處理，達(dá)到提高路基強(qiáng)度、滿足市政道路施工質(zhì)量要求的目的。強(qiáng)夯技術(shù)使用專業(yè)機(jī)械設(shè)備，將重量在10～40t 的重錘從一定落高落下，沖擊軟土路基，落高結(jié)合軟土路基基本屬性及道路施工具體要求，一般選擇10～40m 的范圍，確保產(chǎn)生足夠的沖擊力夯實(shí)土層[2]。強(qiáng)夯技術(shù)主要應(yīng)用于以砂礫、粘土、碎石、濕陷性黃土等為主要土壤類型的軟土路基當(dāng)中，可產(chǎn)生較好的強(qiáng)化效果，而對飽和度高的粘土路基加固效果較差。圖1 為強(qiáng)夯作業(yè)現(xiàn)場。

圖1 路基強(qiáng)夯作業(yè)現(xiàn)場

2.3 排水固結(jié)

排水固結(jié)法即對軟土路基進(jìn)行加荷預(yù)壓，該方法適用于粘性土壤的軟土路基處理，利用土壤排水固結(jié)的基本屬性，在路基內(nèi)設(shè)置排水系統(tǒng)，以此提高路基抗剪能力和承載能力。市政道路施工中，排水固結(jié)技術(shù)常與其他處理技術(shù)結(jié)合使用，以達(dá)到提高加固效果的目的，如排水固結(jié)技術(shù)與加載法和緩速填土法相結(jié)合。排水固結(jié)的原理為，利用軟土路基土壤含水量大的特點(diǎn)，排除土壤內(nèi)多余水分，提高土壤強(qiáng)度，進(jìn)而提升其承載能力。因此排水固結(jié)技術(shù)在使用范圍上也存在較大限制，主要被應(yīng)用在含水量高的軟土路基處理中，對于其他土壤類型其作用很難充分發(fā)揮。

2.4 其他常用技術(shù)

2.4.1 振動水沖技術(shù)

振動水沖技術(shù)在軟土路基內(nèi)部打孔，向孔內(nèi)注入砂石等填充材料，再通過分層振實(shí)強(qiáng)化路基。樁體采用生石灰灌注而成，并添加粉煤灰等材料，此類材料的吸水能力較強(qiáng)且遇水膨脹，擠壓周圍土體，進(jìn)一步強(qiáng)化軟土路基穩(wěn)定性。另外，多個樁體相結(jié)合，提高樁間土層強(qiáng)度，形成穩(wěn)定性更高的復(fù)合路基。配合縱向排水減壓系統(tǒng)，可有效避免孔內(nèi)水壓上升，防止土壤發(fā)生液化，加速路基排水固結(jié)。

2.4.2 高壓旋噴技術(shù)

高壓旋噴技術(shù)利用高壓旋轉(zhuǎn)噴嘴將水泥砂漿注入到土壤內(nèi)部，水泥砂漿與土體充分結(jié)合達(dá)到固化土壤的作用，發(fā)揮材料本身的承壓、荷載能力，確保軟土路基達(dá)到道路施工需求。該技術(shù)在使用時需重點(diǎn)關(guān)注滲漏問題的防范，例如，可采用連鎖樁施工工藝，以定向噴射的手法在土壤內(nèi)形成連續(xù)墻，提高路基防滲漏能力。高壓旋噴技術(shù)適用于砂性土、黃土、淤泥質(zhì)土等軟土路基，該方法需占用的空間較大，不易出現(xiàn)振動，但容易引發(fā)環(huán)境污染問題，且涉及較高成本，建議酌情選擇。

2.4.3 真空- 堆載聯(lián)合預(yù)壓技術(shù)

該技術(shù)為軟土路基處理新技術(shù)，由排水體系和加壓體系兩部分組成。其中，排水系統(tǒng)又包括橫向和縱向兩部分，縱向排水系統(tǒng)主材為塑料排水板，水平排水系統(tǒng)則使用砂墊層和PVC 管。加壓體系中，在砂墊層上覆蓋不透氣薄膜，配合真空泵施加壓力，薄膜上部作用荷載及地下水位的降低促使土體飽和重度轉(zhuǎn)變?yōu)闈裰囟龋黾宇~外荷載[3]。在此過程中，軟土路基路段地下水因荷載作用向排水板滲透，再匯集至砂礫墊層的排水系統(tǒng)排出，達(dá)到強(qiáng)化土體的目的。

3 市政工程軟土路基處理案例

3.1 振動水沖技術(shù)的應(yīng)用

某雙向六車道高速公路項(xiàng)目，路基寬度為34.5m，施工路段地下水位較高，表層土壤以可塑性粘土為主，層厚在1.1m～1.4m；中部土層主要為粉砂，厚度在1.6m～2.8m，處于路段地下水位以下，土層粘粒平均含量在12%左右；下部土層為可塑性粘土，厚度3.2m～4.1m；底部土層為軟塑亞粘土，局部存在中密粗砂和風(fēng)化花崗巖，土層厚度在2.4m～3.2m。

選用振動水沖技術(shù)進(jìn)行軟土路基處理，具體工藝流程為：第一，設(shè)置樁架，將套管固定在標(biāo)樁上，打設(shè)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。第二，灌入1m 左右標(biāo)高的碎石，拔出套管開啟活瓣樁尖，將碎石留在孔內(nèi)。第三，再次打設(shè)套管至標(biāo)高，灌入碎石并振動，完成碎石填筑作業(yè)。第四，重復(fù)工藝步驟，進(jìn)行下層碎石的填筑，直至完成碎石樁施工。

為驗(yàn)證軟土路基處理效果，處理完畢后檢驗(yàn)碎石樁、樁間土層及整個復(fù)合路基的強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)單個碎石樁的承載能力達(dá)到554kPa，樁間土層承載能力為220kPa，復(fù)核路基承載能力為254.4kPa。該路段原本軟土路基的承載能力為120kPa，處理后路基強(qiáng)度和承載能力顯著提高。施工完畢后，對軟土路基沉降情況進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)施工4 月后，路基沉降變化已基本穩(wěn)定，最終的沉降值僅為40mm 左右，判斷軟土路基處理效果優(yōu)良。

3.2 真空- 堆載聯(lián)合預(yù)壓技術(shù)的應(yīng)用

某省際高速公路路段土壤以近代沉積軟黏土為主，土壤含水量大、強(qiáng)度低、滲透性差、受力易壓縮，且表現(xiàn)出明顯的流變性。綜合考慮到施工路段路基的特殊屬性及工程實(shí)際需求，最終決定采用真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行軟土路基處理。具體方案為：采用梅花形布置方式，設(shè)置袋裝砂井，砂井間距和深度分別為1.3m 和25m，砂墊層厚度設(shè)置為60cm。其中深度參數(shù)的確定主要考慮到深度、厚度較大的軟土在施工時難度系數(shù)較高，一般情況下要求將軟土層打穿。砂墊層上部鋪設(shè)無紡?fù)凉げ?，然后覆蓋不透氣薄膜，與敷設(shè)在砂墊層內(nèi)部的排水管線相結(jié)合進(jìn)行排水，并利用射流泵抽除土壤內(nèi)多余空氣和水分，在薄膜內(nèi)外形成壓力差。經(jīng)施工驗(yàn)證，該軟土路基處理效果優(yōu)良。目前該高速公路工程已投入使用近2 年時間，未出現(xiàn)任何開裂、沉降等現(xiàn)象。

4 結(jié)論

常用的市政道路施工軟土路基處理技術(shù)包括置換技術(shù)、強(qiáng)夯技術(shù)、排水固結(jié)技術(shù)、振動水沖技術(shù)、高壓旋噴技術(shù)、真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓技術(shù)等，結(jié)合道路施工實(shí)際條件及需求，適當(dāng)選擇軟土路基處理技術(shù)，以達(dá)到最佳的路基強(qiáng)化、加固效果，確保市政道路工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。