綜合處理軟土方法在特殊路基設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

徐靜

摘 要：公路工程時(shí)常需要穿越軟土地基，這是困擾每一位工程建設(shè)者的難題之一。軟土是一種常見的土質(zhì)類型，如果公路工程遇到這種地質(zhì)環(huán)境，就必須采取合理的手段來減少其對公路質(zhì)量的影響。因此，本文分析了綜合處理軟土方法在特殊路基設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：軟土地基處理;特殊路基;公路建設(shè)

中圖分類號：U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）14-0097-03

Application of Comprehensive Soft Soil Treatment Method in Special Subgrade Design

XU Jing

（Zhengzhou Branch of China Huaxi Engineering Design & Construction Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Highway projects often need to cross soft ground， which is one of the problems that plagues every builder. Soft soil is a common type of soil quality， if highway engineering encounters this geological environment， it must take reasonable measures to reduce its impact on highway quality. Therefore， this paper analyzed the application of the comprehensive soft soil treatment method in the design of special subgrade.

Keywords： soft ground treatment;special subgrade;highway construction

近些年，在強(qiáng)大社會經(jīng)濟(jì)的推動下，我國公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展速度愈發(fā)迅猛，但是建設(shè)過程所遇到的各種難題也時(shí)刻困擾著每一位公路施工人員。軟土地質(zhì)時(shí)常出現(xiàn)于我國公路建設(shè)過程中，其自身具有低穩(wěn)定性，直接導(dǎo)致相關(guān)公路路段安全性很差，極容易出現(xiàn)開裂與沉降等惡性事故，而這種公路一旦投入使用，將會時(shí)刻威脅過往車輛的行車安全[1]。本文會結(jié)合實(shí)際工程內(nèi)容，以海積平原地區(qū)建設(shè)公路過程的軟土地基處理方式為例，對如何處理軟土地質(zhì)進(jìn)行分析，以推動我國公路建設(shè)事業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

1 工程簡述

我國東南地區(qū)某公路是連接當(dāng)?shù)啬媳苯煌ǜ删€的重要樞紐，其對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展有著極為重要的作用，也讓南北交通干線之間的溝通變得更為便捷。該工程的實(shí)際施工地點(diǎn)為平原，其周邊遍布河道水網(wǎng)，水稻田與水池隨處可見，同時(shí)，其土質(zhì)較為松軟，尋常公路在完成建設(shè)后需要投入大量的維護(hù)精力來確保安全。該地區(qū)施工的首要難題就是軟土質(zhì)所引發(fā)的路基不規(guī)則沉降。經(jīng)過實(shí)地勘測，該地區(qū)的軟土最大厚度可達(dá)11 m。在施工時(shí)，根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)及相關(guān)的地質(zhì)勘探報(bào)告，工程人員將對應(yīng)的施工區(qū)域劃分為7個(gè)層次。在對軟土區(qū)域?qū)嵤╅_挖的過程中，其開挖面設(shè)置在上部兩層的黏質(zhì)粉土中，其厚度為5～11 m，土層顏色主要呈灰褐色，其質(zhì)地為軟塑料狀態(tài)，開挖的切面十分光滑，在干燥情況下，強(qiáng)度中等，但是缺少韌性，同時(shí)軟土中含有豐富的云母與氧化鐵。

2 路基的確認(rèn)與設(shè)計(jì)

軟土質(zhì)地區(qū)修建公路，路基填筑期間需要時(shí)刻關(guān)注結(jié)構(gòu)體的沉降水平與穩(wěn)定性，如果對應(yīng)的沉降變化值大于路基的設(shè)計(jì)要求，就需要對公路的軟基設(shè)計(jì)進(jìn)行合理調(diào)控，并結(jié)合實(shí)地工程狀況設(shè)計(jì)更為合理的軟基處理方式，確保路基在填筑后可以滿足公路設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度與穩(wěn)定性要求[2]。公路路基沉降計(jì)算，一般需要考量三個(gè)基礎(chǔ)要素，分別為地基條件、施工條件和道路條件。

地基條件是指在對軟土基層進(jìn)行合理勘測后，對其生成條件進(jìn)行科學(xué)劃分，并為后期分層施工打好基礎(chǔ);施工條件需要綜合考慮施工進(jìn)度與處理方式之間的契合度，需要首先保證工期不會受到較大程度的影響，同時(shí)填筑規(guī)模與材料不能超出實(shí)際允許范圍;道路條件是指在工程完工后，地基的沉降水平及實(shí)際穩(wěn)定性需要處于工程設(shè)定范圍之內(nèi)。

在本文案例工程中，其施工所面臨的核心難題就是軟土，而施工現(xiàn)場內(nèi)實(shí)際軟土又可分為兩層，分別為表層軟土與沖積層軟土。表層軟土主要分布于水網(wǎng)地帶，長年累月的積水讓整個(gè)土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極差。沖積層主要由淤泥和細(xì)沙組成，這種高壓縮性土質(zhì)的水分含量很高，在重力碾壓下極易出現(xiàn)性質(zhì)與形態(tài)變化。這種惡劣的工程環(huán)境直接導(dǎo)致路基的穩(wěn)定性與沉降保障能力受到巨大的挑戰(zhàn)。此時(shí)就需要對軟土路基進(jìn)行強(qiáng)化的特殊處理，采用相應(yīng)的工程方法，最終保證路基的強(qiáng)度滿足工程建設(shè)需求。

3 公路特殊路基的處理方式

我國擁有極為豐富的公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，而在大量工程與技術(shù)的支持下，工程人員已經(jīng)研究并總結(jié)出很多種特殊路基加固方案。當(dāng)前，軟土地基的加固與施工工藝總體可以分為密實(shí)法、真空預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、換填法、加筋法、灌漿法等。具體工程中，通常會同時(shí)采用兩種或兩種以上的復(fù)合處理方式，最終確保公路工程特殊地基處理后滿足工程需求。

3.1 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是一種較為傳統(tǒng)的加固方式，其工程原理是利用重力設(shè)備對指定區(qū)域?qū)嵤┓磸?fù)的捶打，使其在重力的壓縮下，擠出內(nèi)部的水分，并使其結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，最終提高其整體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。

3.2 換填法

換填法的應(yīng)用也是十分廣泛，其核心要點(diǎn)在于將淺層軟弱土層所屬區(qū)域內(nèi)的土體去除，然后換填強(qiáng)度較大的工程材料，如粉煤灰、砂、碎石等。換填完成后，通常會結(jié)合強(qiáng)夯法，在對應(yīng)的施工作業(yè)段實(shí)施分層分階段的填筑與碾壓。

3.3 密實(shí)法

密實(shí)法是以強(qiáng)夯法為基礎(chǔ)演變而來，利用爆破、擠壓與振動等方式，讓對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的土體變得更為密實(shí)，甚至使其發(fā)生固結(jié)，同時(shí)需要使用抗剪強(qiáng)度很大的工程材料將土體中可能會影響強(qiáng)度的散體材料復(fù)合起來，最終形成復(fù)合材料組成的地基層。

3.4 加筋法

加筋法需要人工敷設(shè)具備較強(qiáng)軸向拉力的土工合成材料，這些合成材料會在土體中形成較強(qiáng)的側(cè)向約束力，并將地基中應(yīng)力進(jìn)行整體優(yōu)化，最終達(dá)到提高地基強(qiáng)度，降低沉降發(fā)生率的目的。

3.5 真空預(yù)壓法

真空預(yù)壓法利用大氣壓來完成地基土層的壓實(shí)，其間會使用特定的抽真空設(shè)備，抽出地基含有的空氣成分，進(jìn)而將水體從土層中擠出，提高地基的抗剪強(qiáng)度。

3.6 灌漿法

灌漿法是一種較為現(xiàn)代同時(shí)應(yīng)用范圍十分廣泛的公路地基強(qiáng)化手段，在操作時(shí)，工程人員需要使用特定的灌漿設(shè)備，將混合好的漿液灌入對應(yīng)的軟土層中，使其填入土層原有的空隙之內(nèi)，當(dāng)漿液凝結(jié)之后，會讓土體結(jié)構(gòu)發(fā)生本質(zhì)改變，進(jìn)而提高地基的物理力學(xué)強(qiáng)度。

公路工程特殊路基的強(qiáng)化處理手段還有很多，而在具體的工程中，工程人員需要綜合考量工程的實(shí)際狀況以及工期、周邊區(qū)域材料限制等因素，根據(jù)軟土的具體成分與狀況，調(diào)整強(qiáng)化手段。本文篇幅有限，所以僅以換填法與加筋法為例，對具體工程中的施工設(shè)計(jì)、施工工藝以及質(zhì)量控制手段進(jìn)行逐一詳解。

4 換填法處理軟土路基的施工技術(shù)

4.1 施工設(shè)計(jì)

采用換填法對公路路基進(jìn)行特殊施工前，需要對工程現(xiàn)場的換填范圍及具體的換填深度進(jìn)行測量，同時(shí)，在工程設(shè)計(jì)的要求范圍之內(nèi)，在軟基處理地段設(shè)置對應(yīng)的換填起點(diǎn)與路基兩側(cè)寬度，在確定好對應(yīng)的參數(shù)后，實(shí)施開挖工作。工程人員需要在開挖前對路基所在區(qū)域表層的浮土以及泥漿、積水等影響開挖工序的雜質(zhì)進(jìn)行清除。軟土層的開挖并不是直接挖到最底層，為了保證原狀土層不受擾動，需要保留厚度為0.3～0.5 m的土層。開挖工程開始后，當(dāng)深度小于2 m時(shí)，可以同步采用推土機(jī)與人工挖除的方式，當(dāng)深度超過2 m時(shí)，需要從兩側(cè)向中間靠攏的方式來挖除，同時(shí)，為了方便輸送土體車輛的同行，需要預(yù)留特定的運(yùn)輸通道。軟土挖除工序完成后，需要對尺寸與接下來將要換填的土工材料進(jìn)行檢查，確保其符合工程設(shè)計(jì)要求后，才能進(jìn)行下一步的填筑工序。

4.2 施工要求

換填法的核心在于換掉原本結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差的軟土，并填入新的土工材料，在填筑過程中需要注意逐層施工，且單層鋪設(shè)厚度控制在400 mm以內(nèi)，松鋪完成后再進(jìn)行碾壓，當(dāng)該層碾壓工作達(dá)到質(zhì)量需求后，再進(jìn)行下一層的回填。平整碾壓過程需要使用專載機(jī)來完成平整，同時(shí)，壓路機(jī)的質(zhì)量需要大于20 t，以保證最終的碾壓效果。工程人員在實(shí)施碾壓工序時(shí)需要遵循特定的流程，即首先使用靜壓的方式，初步提升強(qiáng)度與穩(wěn)固性，隨后使用振動碾壓，消除碾壓層中可能存在的空氣與結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)，其間為防止碾壓過程對路基自身的破壞，需要從路基的兩側(cè)開始施工，并逐步向中間靠攏。工程人員操作壓路機(jī)時(shí)要注意控制其行進(jìn)速度，最大速度不能超過2 km/h，同時(shí)，作業(yè)段需要施行交替反復(fù)碾壓，確保碾壓后整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的一致性。壓路機(jī)行駛至填筑區(qū)域兩端時(shí)，突出部與作業(yè)段兩端需要做必要的保護(hù)，防止在碾壓時(shí)出現(xiàn)工程性結(jié)構(gòu)破壞。通常，相鄰作業(yè)段的碾壓工序需要分開進(jìn)行，但是相鄰作業(yè)段受到外界等各類不可控因素影響，必須實(shí)施同期操作，那么工程人員在施工時(shí)需要注重分層交疊工序，注意控制相鄰作業(yè)段搭接部分的整體長度，一般會讓其長度大于2 m。部分不適合壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)操作的作業(yè)段，可以使用人工來進(jìn)行層層碾壓，同時(shí)做好必要的試驗(yàn)工作，確保碾壓工序的可控性。碾壓工序完成后，工程人員須利用平地機(jī)來完成精細(xì)化平整工序，并最終由工程師及質(zhì)檢人員完成碾壓質(zhì)量的審核。

4.3 施工工藝

換填法的施工工藝按照工程進(jìn)度來劃分，可以分為：分層填筑、攤鋪整平和機(jī)械碾壓。分層填筑是指填筑過程需要分層處理，壓實(shí)后的單層厚度需要在200 mm以內(nèi);攤鋪整平是指在確保工程所要求的平整度標(biāo)準(zhǔn)下，利用轉(zhuǎn)載機(jī)與平地機(jī)完成對應(yīng)施工段的平整工序;機(jī)械碾壓需要遵照規(guī)定的操作原則，即先輕后重、先靜壓后振動的分步碾壓形式，確保碾壓過程的有序性。

4.4 換填法的質(zhì)量控制手段

4.4.1 材料的精選。換填材料通常需要使用中砂或粗砂，對應(yīng)的材料需要具備一定程度的可壓實(shí)性，可在換填材料中加入一定的碎石，提高碾壓后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但是，摻入的材料需要攪拌均勻。

4.4.2 基地的平整性。換填工序?qū)β坊钠秸潭纫蠛芨撸?，開挖過程中需要對路基的平面性做好控制，同時(shí)對材料進(jìn)行碾壓，工程人員需要將其推成坡度為2%的橫坡，之后才能進(jìn)行后續(xù)的壓實(shí)處理。

4.4.3 減少環(huán)境因素干擾。路基換填過程不能在雨雪天氣下進(jìn)行，所以，施工單位需要對當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件做好勘察，避開雨季，減少降水對路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞的可能。

4.4.4 強(qiáng)化壓實(shí)工序。壓實(shí)工序的質(zhì)量決定著換填法的最終成敗，施工單位在對路基進(jìn)行分層壓實(shí)時(shí)，需要同步使用振動法與碾壓法，注意控制材料的濕度，確保碾壓后的密實(shí)程度。

5 加筋法處理軟土路基的施工技術(shù)

5.1 加筋材料

使用加筋材料技術(shù)來強(qiáng)化路基的強(qiáng)度，這種工程方式已經(jīng)被眾多公路工程所采納，而決定加筋法最終結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的核心點(diǎn)在于其材料的選擇。加筋材料通常分為四大類，分別為：不需要工業(yè)合成的天然材料，常見的有柳條、竹片;強(qiáng)度較大的金屬材料，如不銹鋼鋼帶、扁鋼帶等;抗腐蝕性很強(qiáng)的化工合成材料，如尼龍、玻璃纖維等;新型復(fù)合材料，這類材料同時(shí)具備金屬材料與合成材料的特點(diǎn)，強(qiáng)度很大，同時(shí)抗腐蝕能力很強(qiáng)。天然材料因其自身存在很大的應(yīng)用限制，材料自身不具備很強(qiáng)的抗腐蝕能力，現(xiàn)階段已經(jīng)很少使用，而另外三種是當(dāng)前最為常見的加筋法應(yīng)用材料。

5.2 施工技術(shù)

現(xiàn)階段，根據(jù)工藝的不同，加筋法處理公路特殊路基的施工技術(shù)主要分兩種，分別為土工織物法、加筋土法。其中，土工織物法最為常見，其利用過程涵蓋加筋土法的操作。土工織物法需要將土工格柵與墊砂層組合，共存于同一層，通過這一墊層將路面的載荷傳遞到地基之中，其特點(diǎn)在于擁有很好的柔性基礎(chǔ)，施工后其路基中心的沉降量將會得到很好的控制。加筋土法是指將加筋擋墻及其他有特定材料填入對應(yīng)的路基土層中，將路基應(yīng)力進(jìn)行合理優(yōu)化，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化。

5.3 施工設(shè)計(jì)

施工人員要詳細(xì)核對并充分了解設(shè)計(jì)圖紙，在使用加筋法施工時(shí)，要根據(jù)必要的參數(shù)來設(shè)定路基基底的深度以及開挖工序的實(shí)際深度。待基坑完成開挖后，要進(jìn)行必要的模擬試驗(yàn)，確保其承重能力。土工格柵需要分層進(jìn)行，同時(shí)，加筋法鋪設(shè)的工程材料需要進(jìn)行必要的加固，通常會使用U型釘，這樣可以顯著提升其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。土工隔柵中需要填入裝有草籽的網(wǎng)眼袋，并對其進(jìn)行壓實(shí)。

5.4 質(zhì)量測試

土工格柵材料需要實(shí)施平整與均勻化處理，邊坡位置注重材料的彈性與松弛度，并且需要強(qiáng)化端頭位置，保證錨固的穩(wěn)固性，保障質(zhì)量穩(wěn)定。土工格柵鋪設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)在于連續(xù)操作，材料不能出現(xiàn)扭曲與重疊，避免其出現(xiàn)變形。土工織物法的重點(diǎn)在于材料的整體性，如果出現(xiàn)破損，要及時(shí)更換修復(fù)，對應(yīng)的材料在使用前需要暴曬，這樣才能確保其性能不會出現(xiàn)下滑。

6 實(shí)際工程的特殊路基處理設(shè)計(jì)形式

實(shí)際工程的施工地點(diǎn)位于土層較軟的海積平原，含水量高，物理強(qiáng)度很低，其土質(zhì)為高壓縮性土，如果不加以處理，其沉降機(jī)會極為明顯。在對工程現(xiàn)場的各類要素進(jìn)行實(shí)際考察后，設(shè)計(jì)人員最終預(yù)選三種路基處理手段，分別為換填法、加筋法和真空預(yù)壓法。

工程人員通過現(xiàn)場實(shí)際勘測所得的數(shù)據(jù)結(jié)果，最終決定在淺層不良土質(zhì)采取換填法來進(jìn)行加固，而深層軟土以及涵洞、橋頭、新舊路基等路段采用加筋法來實(shí)施加固，而在老路基基礎(chǔ)上擴(kuò)充而來的軟土路基也會采用加筋法來實(shí)施。同時(shí)，嚴(yán)格依照各類加固方式的工藝設(shè)定對應(yīng)的工程施工工序，三種方案相協(xié)調(diào)配合使用。每種加固方式的具體操作內(nèi)容和實(shí)際操作工序在以上內(nèi)容中已有提及，本文不再做過多贅述。

7 結(jié)語

在實(shí)際工程中，軟土路基的特殊處理方式有很多種，具體采用何種方式來提高軟土路基的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，需要從工程實(shí)際出發(fā)，綜合考量施工現(xiàn)場的各項(xiàng)要素，在提高路基質(zhì)量的基礎(chǔ)上，減少工程投入，確保公路工程的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

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