高速公路工程施工中軟基處理關鍵技術

徐小林

中交二航局第六工程分公司，湖北 武漢 430000

軟基處理技術是高速公路工程中的核心技術，地基換填、表層排水、加固是軟基處理技術的關鍵內容，施工方需要在高速公路施工方案設計中，規(guī)范軟基處理施工流程，加強各環(huán)節(jié)質量控制，從而有效預防地面開裂、地基不均勻沉降等軟土路基質量通病，提升高速公路工程建設水平。

1 工程概況

某高速公路工程，K61+130～K61+335路段位于該地區(qū)203省道某城市外圍村莊。路基周邊地貌為田地，地勢較為平坦，但存在軟基路段，需在施工前期開挖淤泥14760m3，換填相同數(shù)量的透水性材料，路堤設計寬度為50cm，兩側橫坡斜度為2%。該公路工程路段內，每段軟土路基總長度為205m，為及時完成開挖淤泥、換填透水性材料等工作，施工方提前設計了尺寸為80cm×90cm的臨時排水溝，完善了軟基處理流程，使該工程項目順利竣工。

2 高速公路軟土路基的特點

高速公路是連接各地區(qū)的重要交通設施，但在高速公路工程建設中，分布于沿河、沿海等地帶的工程項目，其施工場地內的土層結構在水流作用下，內部土質成分復雜，泥沙顆粒沉淀現(xiàn)象突出，最終形成沉降難以控制的軟土路基[1]。相較于普通地基，軟土路基具有空隙率大、流動性強、抗剪強度弱等特點。首先，軟土路基空隙率較大，孔隙比為1∶2，由粉土、黏土顆粒組成，含水量高，約為37%～78%，內部復雜成分多，整體形態(tài)為絮狀，流動性明顯。其次，據(jù)了解，上述工程項目中軟土路基抗剪強度為18kPa，而根據(jù)相關調查，軟土路基抗剪強度普遍低于20kPa，且地基內內摩擦角較小，容易導致路基在荷載作用的影響下產生不均勻沉降現(xiàn)象。最后，軟土路基結構清晰，在受到振動、擠壓等作用力后，各結構銜接處會受到破壞，路基強度、穩(wěn)定性受損。

3 高速公路軟土路基的危害性

3.1 路面沉降

高速公路在處理軟土路基過程中，若采用的關鍵技術無效，施工質量控制不到位，則會在公路工程投入施工后誘發(fā)不均勻沉降風險。通常情況下，軟土路基中，各路段過渡部分的路面沉降現(xiàn)象明顯，具體表現(xiàn)在路基結構中核心材料會在雨雪、高溫天氣中被擾動，導致路面沉降、變形問題加劇。與此同時，軟土路基使用過程中，地基結構會在外部壓力作用下，加快路面沉降速度，增加高速公路軟土路基安全風險[2]。

3.2 路面開裂

軟土路基還會導致路面出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，比如在高速公路軟土地基處理中，地基沉降現(xiàn)象不斷嚴重后，路基結構中縫隙量上升，空隙率增大。若施工方未能在軟土路基處理中有效控制軟土地基施工中的填料、碾壓等工藝，則易造成路面開裂問題，使高速公路質量風險突出。

4 高速公路工程施工中軟基處理關鍵技術要點

4.1 換填鋪墊技術

高速公路工程施工中，軟基具有基層厚、含水量高、土層松軟等特點，因此在軟基處理前期，應及時開挖淤泥，換填適用于高速公路的粗集料。換填材料基礎上，施工人員可采用換填鋪墊技術，利用粗砂、中砂等具有較高級配的粗集料改變軟土地基不均勻系數(shù)，使其不均勻系數(shù)低于5，同時可控制其空隙率[3]。鋪墊砂層時，應按照軟基內粉土特點，采用多層砂、雙層砂的鋪墊模式，系統(tǒng)處理軟土路基表層施工，使路基基層材料具有較強的抗剪強度、韌性，可滿足高速公路應用中的抗壓要求。除此之外，若軟土路基中材料鋪墊不到位，則會導致路基沉降現(xiàn)象嚴重，需要施工方在粗集料鋪墊中嚴格控制其均勻性，增強軟土路基承載能力。

4.2 表層排水技術

黏性土、粉土是軟土路基表層的主要組成結構，在高速公路工程中進行軟基處理時，施工方仍需根據(jù)土質情況使用恰當?shù)奶砑觿孤坊韺泳哂泻线m的壓縮性、抗剪強度。為此，施工方可基于表層排水技術，優(yōu)化軟基處理中的排水設計，但是在開挖排水溝前期，還需確保軟基土質結構的穩(wěn)定性。一方面，施工人員可借助熟石灰、生石灰、水泥等材料，促使軟基內土壤凝固，路基結構中各材料固結后，方可對軟土路基進行排水設計[4]。另一方面，施工人員在檢測軟土路基土質成分、地質特點后，可開挖符合項目需求的排水溝，水溝截面寬度為50cm，深度為60～ 100cm。

4.3 加固技術

加固技術同樣是高速公路工程中軟基處理的關鍵技術，可應用于軟基加固的施工方法有豎向排水固結法、水泥樁攪拌加固技術等。對于軟土層較厚且軟基換填后材料處于飽和狀態(tài)的高速公路工程項目，可在施工中應用豎向排水固結法，該方法的基本原理是設置垂直排水井，并利用加壓技術以及推載預壓、真空預壓等排水固結技術，改善軟基內部結構中的排水條件，將軟基內水分排出。同時在控制軟基含水量過程中，對高速公路施工中軟土路基實施抽氣處理，以此加強路基的抗剪能力[5]。水泥攪拌樁加固技術，具體施工原理是基于水泥材料本身的物理、化學性質，應用高速公路加固設備，將配制后的水泥材料灌注在軟基土層結構中，使其在攪拌后與路基融合，且在水解水化后轉變?yōu)椤澳z體”狀態(tài)，以此增強軟基穩(wěn)定性，確保其整體強度。在軟基處理中使用該技術時，需重點做好以下工作：其一，樁機定位結束后，應將打樁機設置在指定樁位，隨后開啟攪拌機，使該設備向下切土，抵達設計深度后，在水泥攪拌樁內持續(xù)噴漿，攪拌時間應大于10s；其二，提升攪拌機，使攪拌機葉片從反向、正向方向分別旋轉，直到超過樁頂50cm；其三，在水泥攪拌樁頂?shù)?.5cm處進行二次噴漿，轉移打樁機，清理葉片及鉆桿。在施工過程中，若存在意外斷漿情況，應在3h內補噴，重復噴漿100cm后方可檢測水泥攪拌樁加固效果。

4.4 振動擠密技術

對于高速公路施工中軟基處理技術中的振動擠密工藝，其主要作用在于確保軟基深層土密實性，具體技術要點如下：首先，選用參數(shù)適宜的打樁機，沖擊軟基上的砂樁，待砂樁被松散后，將其圍成填補砂料的形狀，隨后通過震動成孔技術，改變軟基結構內的土體密度，使其具有較強的穩(wěn)定性，以此提升軟基結構的承載能力[6]。其次，通過改變軟基的密實度，使地基沉降風險得到控制，為發(fā)揮該技術的實踐價值，仍需加強振動擠密環(huán)節(jié)的質量管理。例如在加固砂樁時，應根據(jù)軟基內應力擴散規(guī)律，適當擴寬路基、軟基表層。最后，振動擠密后，需通過砂樁加固的方式，提升軟基承載力，具體施工時，相關人員可將樁徑控制在20～30cm，排列形式為梅花形，樁間距為樁直徑的3倍或5倍。

4.5 軟基強夯技術

軟基強夯是高速公路軟基處理的核心技術，在我國高速公路工程建設中，強夯法可應用在黏性土、砂石等多種地基成分的處理中，可有效增強地基強度，控制其壓縮性，改善軟土地基的基本性能，保障高速公路工程施工質量。然而在軟基強夯技術實踐中，其基本原理是借助起重機、夯錘等大型機械設備下落時生成的擠壓力，強化軟基密度。但是由于強夯法在具體應用中，容易面臨泥漿分散、軟基堅實度控制難度大等風險，因此需要施工方嚴格控制軟基強夯技術流程。

首先，強夯過程中，應合理選用規(guī)格為100～400kN、最大重量為2000kN的重錘。其在下落距離為5～35m時，可對軟土路基造成一定沖擊力，以此降低高速公路施工中軟土路基的壓縮性，改變其振動液化參數(shù)，起到加固軟土地基的作用。該方法適用于由黏性土、粉土組成的軟基施工，軟基結構中單層強夯深度約為11m，對于提高地基壓縮模量，減少軟基孔隙比意義重大。其次，應用強夯法可改變軟基處理中軟基結構的膨脹性、濕陷性等關鍵參數(shù)，基本承載力符合高速公路質量控制要求。最后，若高速公路施工中，軟基結構中地下水較淺，則應提前在軟基上鋪設0.5～1.5m厚的碎石、礦渣、砂礫石，石料粒徑不得大于10cm。鋪設墊層材料時，應避免材料過厚、過薄，原因在于采用軟基強夯技術時，墊層厚度會直接影響重錘底部的擴散動應力，影響其加固作用。

5 結束語

綜上所述，軟基處理是高速公路工程中的重要環(huán)節(jié)，其處理效果直接影響高速公路施工質量。因此，把握高速公路軟基處理關鍵技術要點，可有效增強軟土路基抗剪強度，降低其空隙率，保障高速公路路基施工質量。在具體施工環(huán)節(jié)中，施工方需基于工程項目各項施工參數(shù)，合理選擇路基填料，持續(xù)完善軟基處理方案，為我國交通體系的完善創(chuàng)造有利條件。