公路軟土地基設(shè)計(jì)研究及分析

王迎春

（寧夏公路勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，寧夏銀川750001）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為了促進(jìn)區(qū)域之間的經(jīng)濟(jì)交流，滿足人們?nèi)粘３鲂行枰?，我國基礎(chǔ)設(shè)施日漸完善。公路工程作為承載物資和客運(yùn)流通的基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)水平凸顯社會(huì)發(fā)展水平。據(jù)調(diào)查，截至2020年，我國公路通車?yán)锍檀蠹s510 萬km。根據(jù)2%的復(fù)合增長率，預(yù)計(jì)2021年全國公路總里程約為520萬km；預(yù)計(jì)2026年，全國公路總里程約為574 萬km。我國地大物博、幅員遼闊，不同區(qū)域的地形地貌、水文地質(zhì)等自然地理特征存在較大的差異，工程建設(shè)條件差異性大。所以想要確保公路工程順利、高質(zhì)量建設(shè)，就應(yīng)該結(jié)合工程水文地質(zhì)條件，做好公路工程地基設(shè)計(jì)。軟土地基是公路工程中較為常見但難以處理的地質(zhì)情況之一，必須進(jìn)行有針對性的科學(xué)設(shè)計(jì)，確保軟土地基滿足各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范及指標(biāo)要求，才能夠科學(xué)合理地進(jìn)行工程建設(shè)與施工。

1 軟土地基的特點(diǎn)

軟土地基作為一種常見的水文地質(zhì)條件，在公路工程建設(shè)時(shí)，需要針對軟土地基進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)與處理。軟土地基一般分布在江、河、海洋、湖泊、水塘、盆地、多雨山間洼地等位置。

軟土地基自身具備含水量大、天然強(qiáng)度低、壓縮性高等諸多特點(diǎn)，若處理不當(dāng)，在進(jìn)行公路工程建設(shè)的過程中，很容易出現(xiàn)穩(wěn)定性差等問題，造成路基裂縫、不均勻沉降等公路病害。軟土地基常用的處理方式有換土、排水砂墊層、反壓護(hù)道、拋石擠淤、混凝土攪拌等諸多方式進(jìn)行處理。在軟土地基處理的過程中，應(yīng)該結(jié)合軟土地基各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)及相關(guān)的工況條件，科學(xué)合理地制定設(shè)計(jì)處理方案。結(jié)合當(dāng)前公路行業(yè)規(guī)范對軟土地基的定義，軟土地基是指強(qiáng)度較低、壓縮性較高的軟土弱土層，在軟土地基中一般具有一定的有機(jī)物質(zhì)。日本等國家，將軟土地基定義為“主要由黏土、粉土等微顆粒含量較多的松軟土，空隙大的有機(jī)質(zhì)土組成”。軟土地基周圍地下水位一般較高，在軟土地基上進(jìn)行工程建設(shè)，很容易出現(xiàn)建筑物沉降問題。軟土地基一般是第四紀(jì)沉積物，在江河湖海周圍、河流沿岸地勢低洼的地帶，地表常年積水，或者大量喜水植物在自然生長的過程中形成有機(jī)質(zhì)。所以，在進(jìn)行公路工程建設(shè)施工時(shí)，必須要正確認(rèn)識并合理處理軟土地基，確保其滿足實(shí)際工程的建設(shè)需求。

2 公路軟土地基設(shè)計(jì)的意義

2.1 有利于提升路基承載力

軟土地基自身的含水量相對較大，一般含水量高達(dá)20%～70%，并呈現(xiàn)淤泥、液塑態(tài)，承載力低，很難滿足公路施工的實(shí)際需求。在施工過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)地工況，按照施工需求和施工要點(diǎn)，選擇科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案；根據(jù)合理的工序，分層填筑與碾壓，并實(shí)時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢測和控制，確保軟土地基承載力滿足公路工程的建設(shè)要求。

2.2 有利于避免沉陷、裂縫出現(xiàn)

若軟土地基處理不當(dāng)，很容易出現(xiàn)承載力不足、穩(wěn)定性差等問題。在車輛反復(fù)作用和碾壓之下，或者降水等氣候因素作用下，公路工程很容易出現(xiàn)裂縫或者沉陷問題。要想有效避免此類情況，須做好現(xiàn)場調(diào)查，并借助地質(zhì)勘查結(jié)果制定出軟土地基設(shè)計(jì)處理方案。認(rèn)真落實(shí)軟土地基的處理技術(shù)，杜絕裂縫、沉陷等問題出現(xiàn)，有效提升公路工程質(zhì)量。

2.3 有利于延長公路工程壽命

公路工程軟土地基處理不當(dāng)，很容易出現(xiàn)承載力不足、裂縫、沉陷等諸多質(zhì)量問題。在后期公路工程應(yīng)用時(shí)，增加維修難度和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，縮短公路工程的使用壽命。在公路工程設(shè)計(jì)階段，結(jié)合實(shí)際情況開展軟土地基的設(shè)計(jì)與處理，把握軟土地基的處理要點(diǎn)，并且強(qiáng)化每一道工序管理，從而不斷增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性和可靠性，杜絕不均勻沉降等諸多問題。在節(jié)約維修成本的基礎(chǔ)上，延長公路工程的使用壽命。

3 公路軟土地基常見的處理技術(shù)

3.1 軟土換填技術(shù)

軟土換填技術(shù)是軟土地基處理比較常見的技術(shù)手段之一，對于深度在3m 以內(nèi)的軟土層可考慮運(yùn)用軟土換填技術(shù)進(jìn)行處理。在處理過程中，使用人工與機(jī)械配合的方式完成具體工作。一般需要先將軟土挖除干凈，將土方運(yùn)送到指定地點(diǎn)，可與煤渣、砂礫、碎石等摻配，按照一定的比例和厚度填筑到基坑當(dāng)中。選擇這些材料的主要原因是，這些材料具備一定的硬度，可以強(qiáng)化整個(gè)路基的承載力和穩(wěn)定性。這些材料的壓縮性相對較低，能夠滿足施工的具體要求。為了不斷提升施工質(zhì)量、確保公路路基的穩(wěn)定性，應(yīng)該采用分層填筑的方式，對換填材料進(jìn)行充分碾壓，以便于路基滿足工程建設(shè)的需求。

3.2 排水固結(jié)技術(shù)

排水固結(jié)技術(shù)也是公路軟土地基處理的一種高效率的技術(shù)手段，軟土地基的強(qiáng)度能夠借助排水固結(jié)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，并且不斷提升軟土地基的承載力。在實(shí)施排水固結(jié)之前，須結(jié)合地質(zhì)的實(shí)際情況，確保空隙水能夠順利排出。需要提前在施工現(xiàn)場完成加載預(yù)壓工作，或者將豎向排水管設(shè)置在軟土地基當(dāng)中，逐級進(jìn)行重量加載，以便于積水排出。借助排水固結(jié)技術(shù)，能夠有效增強(qiáng)地基的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在施工中，排水系統(tǒng)可以采用水平排水體和豎向排水體，加壓系統(tǒng)包括降低地下水位、聯(lián)合法等。還有一些施工單位會(huì)結(jié)合施工現(xiàn)場的情況，適當(dāng)?shù)剡x擇真空或堆載技術(shù)手段。所以，加壓系統(tǒng)的選擇必須要結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，以便于確保施工效果達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求。

3.3 強(qiáng)夯技術(shù)

強(qiáng)夯技術(shù)也是一種比較常見的軟土地基處理方式。在工程施工的過程中，填筑碎石、強(qiáng)夯一般是同時(shí)進(jìn)行的。這樣可以讓碎石在地基當(dāng)中形成碎石墩體實(shí)現(xiàn)預(yù)防沉降、提高地基承載力的作用。強(qiáng)夯技術(shù)手段可以加強(qiáng)軟土地基的承載力，借助人工填土、黏性黃土等處理技術(shù)，換填渣土、碎石等諸多材料，在起重設(shè)備、夯錘、運(yùn)輸裝卸設(shè)備的作用下實(shí)現(xiàn)強(qiáng)夯。

3.4 高壓旋噴注漿技術(shù)

高壓旋噴注漿技術(shù)也是比較高效的軟土地基施工技術(shù)。在工程施工的過程中，應(yīng)先做好注漿管鉆機(jī)噴射工作，確保在地基土體內(nèi)注入20MPa 高壓漿液，以便在地基內(nèi)形成水泥土增強(qiáng)體。鉆機(jī)是在施工過程中比較常見的設(shè)備，施工方法包括單管法、一重管法、二重管法等。旋轉(zhuǎn)鉆頭適用于軟土地層鉆進(jìn)施工，可以讓漿液和土體更好地固結(jié)在一起，并且形成堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)。在碎石土、淤泥、黏性土的加固處理當(dāng)中，應(yīng)該提前對工程實(shí)際情況進(jìn)行分析和研究，明確高壓旋噴注漿技術(shù)是否適用，相關(guān)人員必須要明確施工環(huán)境，準(zhǔn)備好空氣壓縮機(jī)、鉆機(jī)、制漿機(jī)等設(shè)備。

4 公路軟土地基設(shè)計(jì)處理技術(shù)的案例分析

4.1 工程概況

該項(xiàng)目為烏瑪高速惠農(nóng)區(qū)至石嘴山段，起點(diǎn)位于惠農(nóng)區(qū)南與石嘴山農(nóng)林牧場之間，與烏瑪高速內(nèi)蒙古段相接。路線自起點(diǎn)向西布設(shè)，經(jīng)尾閘鎮(zhèn)北，設(shè)置惠農(nóng)南互通與國道109 連接，上跨國道109 后轉(zhuǎn)向西南，在潘家莊與京藏高速公路交叉，設(shè)置紅果子樞紐互通實(shí)現(xiàn)與京藏高速公路的交通轉(zhuǎn)換。繼續(xù)向西下穿包銀高鐵、上跨包蘭鐵路后轉(zhuǎn)向西南沿國道110 東側(cè)布設(shè)，經(jīng)簡泉農(nóng)場，跨簡濱公路，沿第二農(nóng)場渠西側(cè)繼續(xù)向南布設(shè)，設(shè)置石嘴山北互通連接省道302 和世紀(jì)大道，至大武口城區(qū)段設(shè)置星海湖特大橋沿濱湖大道東側(cè)布設(shè)，跨平汝鐵路至山水大道設(shè)置石嘴山互通，繼續(xù)向南跨星光大道、沙湖大道至大武口南，通過設(shè)置石嘴山南互通與烏海至瑪沁公路石嘴山至銀川段相接。路線全長57.6km。

4.2 地質(zhì)水文特點(diǎn)

該項(xiàng)目位于石嘴山市惠農(nóng)區(qū)和大武口區(qū)境內(nèi)，賀蘭山山脈以東，巖性變化較大。黃河沖積平原區(qū)主要以第四系全新統(tǒng)粉土、粉砂為主。

賀蘭山山前沖洪積平原區(qū)主要由第四紀(jì)全新統(tǒng)洪積粉質(zhì)黏土、砂、卵、礫石層構(gòu)成；湖泊（星海湖）主要由第四紀(jì)全新統(tǒng)湖積粉質(zhì)黏土、粉土層組成。市境地表水系由黃河干流，黃河一級支流都思兔河、水洞溝，賀蘭山山地溝谷，黃河引水排水渠系，平原低地集水湖沼組成基本骨架，絕大多數(shù)水量屬黃河過境水。地下水類型主要為第四系松散堆積層孔隙水，分沖積、沖洪積平原孔隙水和湖積平原孔隙水兩種。項(xiàng)目沿線主要不良地質(zhì)現(xiàn)象有：強(qiáng)震區(qū)、飽和砂土液化。該項(xiàng)目特殊性巖土主要有軟土、鹽漬土及季節(jié)性凍土等。在設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)詳細(xì)勘察了其分布范圍，并進(jìn)行試驗(yàn)分析，采取了相應(yīng)的處治措施。

4.3 公路軟土地基設(shè)計(jì)處理方案設(shè)計(jì)

結(jié)合該工程，通過工程地質(zhì)調(diào)繪、靜探、鉆探、挖探、取樣、室內(nèi)土工試驗(yàn)，編制出勘察報(bào)告，通過分析確定該工程使用高壓旋轉(zhuǎn)噴注漿技術(shù)。并且在區(qū)域合理設(shè)置高壓旋噴樁，科學(xué)控制樁與樁的排距和孔距，為了確保軟土地基的處理效果滿足工程建設(shè)要求，并聯(lián)合使用二重管法施工。在進(jìn)行工程施工時(shí)，使用高壓漿泵讓施工過程獲得充足的壓力以及流量，并且對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)（見表1）。

表1 施工參數(shù)一覽表

技術(shù)人員在施工之前，需要進(jìn)行旋噴樁靜載壓板試驗(yàn)，確定軟土地基處理效果，明確該技術(shù)手段可以滿足公路工程建設(shè)需求，并且具備穩(wěn)定的沉降量，其累計(jì)的沉降量也在標(biāo)準(zhǔn)范圍當(dāng)中。所以，在該工程軟土地基設(shè)計(jì)處理中，應(yīng)用高壓旋轉(zhuǎn)噴注漿技術(shù)手段，具備科學(xué)高效性，可以提升承載力，確保整體路基的可靠穩(wěn)定性，并且實(shí)現(xiàn)相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.4 公路軟土地基設(shè)計(jì)處理技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

4.4.1 強(qiáng)化現(xiàn)場勘查

在進(jìn)行公路軟土地基設(shè)計(jì)處理之前，詳細(xì)分析工程的地質(zhì)情況，科學(xué)合理地借助多種勘查方式，實(shí)事求是地對工程建設(shè)現(xiàn)場各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行分析。明確公路軟土地基設(shè)計(jì)處理過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)與安全隱患，提出有效的措施?？辈觳块T也應(yīng)該進(jìn)行監(jiān)督把關(guān)，明確具體工程位置，并且掌握軟土的深度，為后續(xù)公路軟土地基設(shè)計(jì)處理奠定良好的基礎(chǔ)。

4.4.2 規(guī)范技術(shù)操作

明確軟土地基處理技術(shù)規(guī)范及各環(huán)節(jié)的施工技術(shù)重點(diǎn)，制定出明確的公路軟土地基設(shè)計(jì)方案。仔細(xì)研讀地質(zhì)勘查報(bào)告，制定符合本地公路軟土地基設(shè)計(jì)處理的技術(shù)規(guī)范內(nèi)容。技術(shù)人員對施工人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，并進(jìn)行技術(shù)水平考核。在施工處理之前，進(jìn)行技術(shù)交底工作，讓每個(gè)施工人員都認(rèn)識到施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，強(qiáng)化每個(gè)施工人員自身專業(yè)水平，從根本上強(qiáng)化公路軟土地基設(shè)計(jì)處理的質(zhì)量。

4.4.3 做好驗(yàn)收把關(guān)工作

驗(yàn)收把關(guān)是確保公路軟土地基設(shè)計(jì)處理質(zhì)量的關(guān)鍵。驗(yàn)收單位和施工單位都必須肩負(fù)起驗(yàn)收的責(zé)任，尤其是要注重階段性的驗(yàn)收工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程質(zhì)量存在的問題。此外，對于工程整體質(zhì)量也應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)合理的評估。在進(jìn)行工程驗(yàn)收時(shí)，驗(yàn)收人員應(yīng)該結(jié)合所采用的技術(shù)特點(diǎn)，配合相應(yīng)的監(jiān)測手段，確保獲取的參數(shù)具備理想的參考價(jià)值，并且充分展現(xiàn)出公路軟土地基設(shè)計(jì)處理各個(gè)環(huán)節(jié)的真實(shí)情況，為工程后續(xù)修復(fù)和檢修奠定良好的數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

總而言之，公路軟土地基是比較常見的病害類型。在進(jìn)行公路軟土地基設(shè)計(jì)處理時(shí)，必須要結(jié)合工程實(shí)際情況，做好前期的勘查并且制定出完善的公路軟土地基設(shè)計(jì)方案，明確各個(gè)環(huán)節(jié)施工技術(shù)、施工處理要點(diǎn)，確保公路軟土地基設(shè)計(jì)處理質(zhì)量，使公路建設(shè)項(xiàng)目高質(zhì)量、穩(wěn)定實(shí)施，促進(jìn)我國公路網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，展現(xiàn)出我國公路建設(shè)的高超水平。