軟土路基的市政道路施工技術(shù)研究

馮慶 曹波 胡金

湖北硚臻建設(shè)工程有限公司 湖北 武漢 430000

引言

市政道路工程對(duì)于城市的建設(shè)與發(fā)展十分重要，是加快城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要措施。但在具體的施工過(guò)程中會(huì)受到各種因素影響而導(dǎo)致無(wú)法順利開(kāi)展，軟土路基便是其中的重點(diǎn)難題，因此應(yīng)了解軟土路基的基本特點(diǎn)，再根據(jù)具體情況選擇合適的技術(shù)進(jìn)行施工，確保市政道路質(zhì)量，從而推動(dòng)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 軟土路基的基本特點(diǎn)

1.1 塑性體機(jī)應(yīng)變

通常情況下，軟土地基當(dāng)中的某區(qū)域會(huì)存在絮狀物，這便是其成為軟土層的主要成分與原因，其整體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，若沒(méi)有遭受破壞，則擁有一定的強(qiáng)度，但若其結(jié)構(gòu)被破壞，則會(huì)出現(xiàn)松垮稀釋的情況，周?chē)鼗矔?huì)失去穩(wěn)定性，出現(xiàn)擠壓、沉降、滑動(dòng)等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致道路無(wú)法使用，在持續(xù)的外力作用下，還可能發(fā)生形變。因此應(yīng)在施工過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行剪切試驗(yàn)，將該軟土地基的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析，并根據(jù)實(shí)際情況制定針對(duì)性的方案，選擇最為合適的技術(shù)方法進(jìn)行施工，以提高地基的穩(wěn)定性。

1.2 結(jié)構(gòu)上不均勻

軟土地基內(nèi)部的土質(zhì)硬度差，相對(duì)松軟，且在同一區(qū)域內(nèi)的不同土層也存在著差異，因此在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中也容易受到外界因素的影響而產(chǎn)生受力不均的情況，引發(fā)各種斷層的出現(xiàn)，若不及時(shí)進(jìn)行處理，還可能會(huì)導(dǎo)致整段市政道路發(fā)生坍塌，進(jìn)而引起各種安全事故的發(fā)生。

1.3 抗剪強(qiáng)度較弱

軟土地基的抗剪能力較弱，更容易出現(xiàn)壓縮或變形的情況，最大承載強(qiáng)度也低于傳統(tǒng)路段，因此極易出現(xiàn)路面下沉或不均的情況。其整體的穩(wěn)定性與強(qiáng)度較差，易被外界環(huán)境因素影響而發(fā)生斷層現(xiàn)象，因此軟土路基的抗剪強(qiáng)度要在現(xiàn)場(chǎng)作原位試驗(yàn)。

1.4 透水性低

由于軟土路基的透水能力差，垂直層面幾乎是不透水的，對(duì)市政道路施工排水固結(jié)不利，反映出較為明顯的路基沉降延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。常出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，影響地基的強(qiáng)度。

2 軟土路基的市政道路施工技術(shù)應(yīng)用

由于軟土路基具有含水量大、滲透性差、天然強(qiáng)度低和壓縮性高等特征。軟土地基常用的處理措施有換土，排水砂墊層，反壓護(hù)道，拋石擠淤，水泥土攪拌，用土木織物等進(jìn)行表層加固以及砂井加固等。軟土路基的處理的目的是提高該段公路路基的穩(wěn)定性和承載能力。在公路工程中，軟土地基的處理方法較多，主要包含：強(qiáng)夯法、添加劑法、換填墊層法、排水固結(jié)技術(shù)、真空預(yù)壓法、加筋路基法、反壓護(hù)道法等。

2.1 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法，是指將十幾噸至上百?lài)嵉闹劐N，從幾米至幾十米的高處自由落下，對(duì)土體進(jìn)行動(dòng)力夯擊，使土產(chǎn)生強(qiáng)制壓密而減少其壓縮性、提高強(qiáng)度，主要適用于顆粒粒徑大于0.05mm的粗顆粒土。強(qiáng)夯法具有施工工藝、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，適用的土質(zhì)范圍廣泛，施工后的加固效果也較為明顯，能夠適用于多種環(huán)境。強(qiáng)夯法的工期短、工效高、施工速度快，較換土回填和樁基能夠縮短一半工期。強(qiáng)夯法能夠更好地節(jié)省加固原材料，能夠起到降低施工費(fèi)、減少投入資金的目的。比換填墊層法能夠節(jié)省60%的費(fèi)用，與預(yù)制樁加固地基相比可節(jié)省投資50%～70%，與砂樁相比可節(jié)省投資40%～50%，同時(shí)耗用勞動(dòng)力少。強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。對(duì)高飽和度的粉土與黏性土等地基，當(dāng)采用在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石或其他粗顆粒材料進(jìn)行強(qiáng)夯置換時(shí)，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性[1]。

在正式施工前，首先對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行深入勘察，要重點(diǎn)核實(shí)當(dāng)前路基的地下環(huán)境，要嚴(yán)格的勘察，并參照城市規(guī)劃圖紙和工程設(shè)計(jì)圖紙。由于地下的環(huán)境十分復(fù)雜，包含地下管道、建筑物、交通軌道等設(shè)施，要在保證施工不會(huì)對(duì)其造成損害的前提下，準(zhǔn)備實(shí)施強(qiáng)夯法施工作業(yè)。然后準(zhǔn)備好施工的機(jī)器設(shè)備，包括起重設(shè)備、重錘等，起重設(shè)備的起重能力要足夠強(qiáng)，最好選擇圓形重錘，能夠保證在夯實(shí)過(guò)程中，地基的受力面積均勻。在施工前要保證施工現(xiàn)場(chǎng)干凈整潔，應(yīng)組織好清掃工作，若場(chǎng)所地表下有地下水，應(yīng)及時(shí)掃除地下水，在夯坑點(diǎn)附近設(shè)有排水通道，場(chǎng)所周邊區(qū)域進(jìn)行外表碾壓排水和抽水等方法。如果強(qiáng)夯過(guò)程中沒(méi)有將土地中的空位水排出，會(huì)導(dǎo)致土體的空位率很高、密度很差，強(qiáng)夯后無(wú)法滿(mǎn)足市政道路工程施工要求。對(duì)施工周?chē)膮^(qū)域做好抗震措加固施，以保護(hù)周?chē)鷧^(qū)域的土層結(jié)構(gòu)。隨后對(duì)施工路基進(jìn)行清理工作，要除去表層土壤里淤泥、草皮等雜物后，對(duì)平整、松散的土層進(jìn)行碾壓，再使用推土機(jī)將施工場(chǎng)地整平。然后安排專(zhuān)業(yè)人員依照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測(cè)量與放線(xiàn)，埋設(shè)準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)樁、夯實(shí)標(biāo)注，依照?qǐng)D紙開(kāi)始正式施工。在進(jìn)行夯實(shí)操作前應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次完備的檢查，確認(rèn)工作人員資質(zhì)，做好數(shù)據(jù)分析。最后，在夯實(shí)工作完成后應(yīng)對(duì)施工成果進(jìn)行檢查，確定工藝參數(shù)，以確保施工效果。

在強(qiáng)夯法當(dāng)中要保證三遍夯擊施工，分別為分夯、副夯與滿(mǎn)夯。在夯擊過(guò)程中應(yīng)對(duì)夯坑隔一點(diǎn)進(jìn)行施工，對(duì)前次夯擊進(jìn)行填補(bǔ)處理，確保錘印能夠相互搭接。夯擊點(diǎn)與夯擊次數(shù)應(yīng)嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)方案，確保滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)要求，避免周?chē)霈F(xiàn)孔隙，并防止夯坑過(guò)深而影響整體的施工效果。

若路面存在飽和細(xì)顆粒土，且地下水位較高時(shí)，應(yīng)在表層鋪設(shè)碎石，并根據(jù)實(shí)際情況控制碎石層厚度，保證軟土地基能夠承受夯擊的沖擊力。在進(jìn)行夯擊時(shí)，可以使用石灰對(duì)首夯位置進(jìn)行標(biāo)記，以控制夯擊偏差值，并及時(shí)進(jìn)行測(cè)量與記錄。強(qiáng)夯法的成本低、難度低，但在黏土與高飽和土中的實(shí)際應(yīng)用效果較差。

2.2 添加劑法

添加劑法是市政道路軟土路基施工中的一項(xiàng)常用技術(shù)，由于軟土地基主要以黏性土質(zhì)為主，選擇合適的添加劑應(yīng)用在土壤中，能夠大幅優(yōu)化土質(zhì)壓縮性，提升市政地基的穩(wěn)定性與強(qiáng)度，從而有效避免因外部壓力而出現(xiàn)的塌方問(wèn)題。在市政道路的施工中，添加劑的種類(lèi)有許多，例如生、熟石灰和水泥等，都是較為常用的添加劑。在使用添加劑時(shí)，應(yīng)結(jié)合土質(zhì)與其他因素進(jìn)行綜合性的考慮，例如天氣、地下水深度等，依據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的添加劑。確定好各種物質(zhì)的配比，以提升軟土地基市政道路的整體強(qiáng)度[2]。

2.3 換填墊層法

由于部分軟土地基的持力層比較軟弱、不能滿(mǎn)足上部結(jié)構(gòu)荷載對(duì)地基的要求，給市政道路工程中的軟土路基施工工作增大了難度。可以采用換填墊層法，由于軟土層厚度不足，可參照工程施工圖和工程要求參數(shù)，將路基面積處理范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖除，一般軟土層挖掘深度不超過(guò)3m，然后換填強(qiáng)度較大的土或其他穩(wěn)定性能好、無(wú)侵蝕性的材料。填充通常選用滲水性好的礫料，稱(chēng)為換填或墊層法。此法處理的經(jīng)濟(jì)實(shí)用高度一般為2～3m，如果軟弱土層厚度過(guò)大，則采用換填法會(huì)增加棄方與取土方量而增大工程成本。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需將地基上的雜物清理干凈，并挑選合適的施工材料，對(duì)軟土地基進(jìn)行填充。在選擇材料時(shí)應(yīng)依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以確保施工效果，從而提高工程質(zhì)量與路基承載力。現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)嚴(yán)格把控軟土地基的壓實(shí)度與換填量，并在施工完成后進(jìn)行壓實(shí)工作，以保證工程效果[3]。

2.4 排水固結(jié)技術(shù)

在處理市政道路軟土路基的施工過(guò)程中，當(dāng)遇到軟土基地含水量較高的情況時(shí)，需要采用排水固結(jié)技術(shù)。排水固結(jié)技術(shù)是在地基中，設(shè)置豎向排水體例，如，排水砂井，按梅花形或正方形排列，用中粗砂灌注以加固深層軟土地基的圓形砂柱。柱頂鋪設(shè)砂墊層或砂溝將各個(gè)砂井連接起來(lái)，構(gòu)成完整的地基排水系統(tǒng)。再進(jìn)行加載預(yù)壓等操作，可以提高軟土地基的強(qiáng)度，保障軟土路基受到外界刺激不會(huì)產(chǎn)生形變，避免軟土路基的沉降等現(xiàn)象。如果軟土路基的含水量較少，可采用熱處理技術(shù)，通過(guò)對(duì)軟土路基中水分蒸發(fā)，進(jìn)行內(nèi)部水分排出。通常情況下，排水固結(jié)法由加壓與排水系統(tǒng)兩個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。通過(guò)排水系統(tǒng)將地基當(dāng)中的水分排出，使其含水量達(dá)到正常范圍內(nèi)，常見(jiàn)排水體為排水帶排水和砂井排水，其中通過(guò)塑料排水板能夠有效改善淤泥軟土路基[3]。

通過(guò)外部力量對(duì)軟土路基施加壓力，讓其通過(guò)布置好的豎向排水井，將土壤當(dāng)中的孔隙水慢慢排出，減少孔隙比，讓軟土地基整體發(fā)生固結(jié)變形，從而增強(qiáng)地基的整體強(qiáng)度。排水固結(jié)法主要應(yīng)用于飽和土壤和軟弱土層，若遇到泥炭土地基則需要謹(jǐn)慎對(duì)待。

2.5 真空預(yù)壓法

真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基內(nèi)設(shè)置砂井或塑料排水板，然后在地面鋪設(shè)砂墊層，其上覆蓋不透氣的密封膜使其與大氣隔絕，通過(guò)埋設(shè)于砂墊層中的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣，將膜內(nèi)空氣排出，因而在膜內(nèi)外產(chǎn)生氣壓差，氣壓差即轉(zhuǎn)變成作用于地基上的荷載，地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，這對(duì)軟土地基是有利的。該方法不需要堆載，省去了加載和卸荷工序，縮短了預(yù)壓時(shí)間，省去了大量堆載材料，所使用的設(shè)備及施工工藝均比較簡(jiǎn)單，無(wú)須大量的大型設(shè)備，便于大面積施工。

2.6 加筋路基法

對(duì)于沉降量不大的路堤，高路堤填土適當(dāng)采用土工布?jí)|隔，限制了軟基和路基的側(cè)向位移，增加了側(cè)向約束，從而降低應(yīng)力水平，加強(qiáng)了路基剛度與穩(wěn)定性，提高了路基的水平橫向排水，使荷載均布。采用土工布覆蓋攤鋪，既提高路基剛度，也使邊坡受到維護(hù)，有利于排水，增加地基穩(wěn)定性。加筋路堤的施工原則要遵循土工合成材料加筋效果的充分發(fā)揮。合成材料連接應(yīng)牢固，在受力方向處的連接強(qiáng)度不得低于該材料設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，其疊合長(zhǎng)度不應(yīng)小于150mm。鋪設(shè)土工合成材料時(shí)，土層表面應(yīng)干凈整齊，不得存在石塊等堅(jiān)硬凸出物。土工合成材料攤鋪后宜在48h以?xún)?nèi)填筑填料，以避免其過(guò)長(zhǎng)時(shí)間受陽(yáng)光直接暴曬。填料不應(yīng)直接卸在土工合成材料上面，必須卸在已攤鋪完畢的土面上；卸土高度不宜大于1m，以防局部承載力不足。卸土后立即攤鋪，以免出現(xiàn)局部下陷。采用輕型壓路機(jī)壓實(shí)第一層填充材料，填筑層厚度要超過(guò)600mm，才能使用重型壓路機(jī)，要與邊坡防護(hù)同時(shí)進(jìn)行。

2.7 反壓護(hù)道法

反壓護(hù)道法是為防止軟弱的地基產(chǎn)生剪切、滑移，保證路基穩(wěn)定。公路施工過(guò)程中，針對(duì)積水路段和路基填方較高等薄弱路段，實(shí)行路段外側(cè)填筑2m寬的反壓護(hù)道，使路堤下的軟土向外側(cè)隆起的趨勢(shì)得到平衡，以提高路堤在施工中的滑動(dòng)安全系數(shù)，達(dá)到路堤穩(wěn)定的目的。對(duì)積水路段和填土高度超過(guò)臨界高度路段在路堤一側(cè)或兩側(cè)填筑起反壓作用的具有一定寬度和厚度的土體在路堤兩側(cè)，用透水性、穩(wěn)定性均較好的沙性材料，填筑一定寬度、高度的護(hù)道，以平衡使路堤下的淤泥或泥炭向兩側(cè)隆起的張力，從而保證路基的整體穩(wěn)定性。施工時(shí)要求，軟土地基處理按一次全寬施工，然后鋪砂墊層路堤與反壓護(hù)道視為一體，整體分層攤鋪壓實(shí)，以提高兩者的整體性，最后填筑路堤填料[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

市政道路工程建設(shè)是加快城市建設(shè)和提升居民生活質(zhì)量的重要工程，完善城市路網(wǎng)建設(shè)對(duì)于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到重要的作用。在市政道路工程施工中，針對(duì)軟土地基的施工，要根據(jù)施工計(jì)劃要求，結(jié)合軟土地基的實(shí)際情況，充分利用各項(xiàng)軟土地基施工技術(shù)，滿(mǎn)足市政道路工程對(duì)地基的要求。要加強(qiáng)施工技術(shù)規(guī)范，以提高整體的工程質(zhì)量，延長(zhǎng)市政道路工程的使用壽命，從而推動(dòng)城市化建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。