公路設(shè)計中軟土地基的設(shè)計策略研究

毛俊蕾

（湖北省城建設(shè)計院股份有限公司，湖北武漢430051）

0 引言

隨著社會的發(fā)展，民眾對公路的需求增加，公路工程的數(shù)量越來越多，規(guī)模越來越大，公路工程的質(zhì)量和安全也越來越受到人們的重視?；A(chǔ)工程是公路工程的重要組成部分，其設(shè)計質(zhì)量直接關(guān)系公路工程的整體穩(wěn)定性，因此必須保證基礎(chǔ)工程的安全性和穩(wěn)固性。

1 軟土地基的基本特征

中國幅員遼闊，不同地區(qū)的地質(zhì)條件不同。因此，在公路工程中時常會遇到軟土地基的問題?！吨腥A人民共和國公路法》對軟土地基的概念做了明確規(guī)定。海岸線、湖泊、沼澤、谷類、海灘等地含水量較高，空間較大，壓縮性強，可視為軟土。在這些地區(qū)的公路工程設(shè)計過程中，必須根據(jù)實際情況進行有針對性的設(shè)計，有效解決軟土地基問題，以保證較好的施工質(zhì)量。

2 公路工程中軟土地基設(shè)計的基本原則

在公路工程中，地基的設(shè)計和施工非常重要，必須保證地基的有效性、穩(wěn)定性和投入使用后能夠承受足夠的荷載，所以設(shè)計要求相對較高。并且，由于軟土地基的處理相對復雜，因此在設(shè)計中必須遵循一定的設(shè)計原則，以保證道路在使用壽命期內(nèi)不會出現(xiàn)大面積地基沉陷現(xiàn)象，保證道路交通安全。

第一，實用性原則。在軟土地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，必須滿足地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與地質(zhì)情況一致、符合工程建設(shè)要求等實用性原則，以保證施工質(zhì)量。

第二，優(yōu)化性原則。在保證地基正常性能的基礎(chǔ)上對地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化處理，如減少材料耗損、降低成本投資等。

第三，耐久性原則。在軟土地基的設(shè)計上要重點考慮耐久性問題，盡可能提高軟士地基的穩(wěn)固性，進而延長公路的使用壽命。

3 合理處理軟土地基的重要性

3.1 軟土地基的危害

軟土地基是公路工程施工中常會遇到的地質(zhì)環(huán)境類型，與普通地基有較大的差異，在施工過程中必須對其妥善處理。若不按照普通地質(zhì)環(huán)境標準進行工程施工，會為整個工程留下較大的安全隱患，最常見的是路面塌陷，嚴重時甚至會造成公路路面大面積開裂。這不但會提升路面養(yǎng)護的成本，還會對車輛駕駛安全造成嚴重的威脅。

3.2 科學合理處理軟土地基的必要性

隨著時代的發(fā)展，我國的公路建設(shè)項目逐漸增加，相關(guān)監(jiān)管部門對道路交通安全也明確提出了更高的要求。因此，在公路建設(shè)全過程中，需要注意對軟土地基的處理。對軟土地基進行有效處理，不僅能大大降低公路養(yǎng)護的成本，還能確保公路運營的安全性、降低傷亡事故的發(fā)生率、提升公路的使用期限，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益的雙贏。

4 軟土施工全過程中存在的問題

4.1 機器設(shè)備欠佳

在進行軟土地基處理施工前，要先掌握軟土地基的詳細情況，隨后依據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)情況制定軟土地基建設(shè)方案，明確施工技術(shù)及相關(guān)機器設(shè)備的選擇。良好的機器設(shè)備是有效進行軟土地基處理的前提條件，僅有技術(shù)沒有機器設(shè)備，會大大降低處理效果。在一些工程的軟土地基處理施工中，存在配套機器設(shè)備欠缺的情況，這在一定程度上影響對軟土地基的處理效果，容易給公路建設(shè)留下安全隱患。

4.2 處理技術(shù)不合理

軟土地質(zhì)相對特殊，且不同的軟土地又有不同的特性。通常，土壤層縮小程度較低的情況下，軟土的構(gòu)成部分多為污泥，也包含大量殘渣，這種土壤類型中土壤層的空隙比較大，土壤層相對疏松。此外，不同比例的污泥和殘渣也會造不同成軟土中的水分含量和礦物的差別。所以，在軟土地基處理施工前，應(yīng)對軟土的構(gòu)成等信息進行詳細的研究，進而根據(jù)軟土的實際情況選用最適宜的處理技術(shù)。良好的處理工藝不但可以提升道路的美觀性，使路面更為平整，還能有效提升道路的耐用性和使用壽命。但目前，一些施工隊伍在開展軟土地基公路工程施工時，由于對軟土結(jié)構(gòu)、組成等了解不全面，導致所選用的處理技術(shù)不合理，這極有可能給公路后期的使用留下安全隱患。

4.3 對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響

軟土地基的施工全過程會對周邊自然環(huán)境和周邊地基造成非常大的影響。進行軟土地基處理施工時，容易導致土壤層撒落，產(chǎn)生大量灰塵，若不進行妥善處理會污染地表水。除此之外，若施工過程不嚴格執(zhí)行標準開展則容易出現(xiàn)失誤，會嚴重影響周邊的地基，甚至導致周邊地基坍塌。因此，進行軟土地基處理施工前，設(shè)計人員應(yīng)提早調(diào)研周邊環(huán)境，考慮軟土施工過程可能對周邊自然環(huán)境和周邊地基產(chǎn)生的影響，并采取有效對策，盡可能不對周邊自然環(huán)境和周邊地基造成影響。

5 軟土地基的設(shè)計方法

在公路工程中，經(jīng)常會遇到軟土地基的問題，軟土地基施工的難度系數(shù)較大。想要有效保證公路工程的整體施工質(zhì)量，則需要結(jié)合軟土地質(zhì)及公路工程的實際情況，采取最合理的軟土地基設(shè)計方法，進而有效處理軟土地基問題，提高地基承載能力。軟土地基設(shè)計類型大體分為以下幾大類。

第一，動態(tài)預(yù)加載模式。這種設(shè)計方式主要是利用機械設(shè)備提升夯實的重力，使其自由下落，夯實軟土地基，提高軟土地基的穩(wěn)定性，但動力預(yù)壓方式不適用于水分含量大、深層深的軟土地基。

第二，拆換方式。拆換方式是挖掘不符合規(guī)定的土壤層，填充物理力學特性好的巖土工程材料，以提升地基的承載能力，避免地基沉降問題。拆換方式可以徹底處理軟土問題，但該方式僅適用于深層在3m以內(nèi)的軟土地質(zhì)。

第三，排水方式。排水預(yù)壓法，又被稱為預(yù)應(yīng)力張拉法，是指在相應(yīng)的外荷載作用下，對軟土進行排水預(yù)壓，降低孔隙比，提高抗剪強度，進而提高地基的承載能力，解決地基沉降問題。該方法能更有效地解決軟土地基問題，但必須考慮地基填筑的影響、軟土是否有風化層、周圍河流、房屋、新舊地基等因素。此外，還可以在軟土中引入石灰粉或相應(yīng)的混凝土，這些材料與土壤完全混合反應(yīng)后，能夠產(chǎn)生承載力強的硬化學物質(zhì)，能夠一定程度上提升地基的承載能力。在施工過程中，使用高壓漿泵使施工過程獲得足夠的壓力和流量，并合理設(shè)計各種參數(shù)(見表1)。

6 公路工程施工中軟土地基的具體處理措施

6.1 砂墊處理技術(shù)

砂墊層處理方法在軟土地基處理中有著廣泛的應(yīng)用，該方法可以提高軟土地基的排水固結(jié)效果，保證軟土地基的強度和承載能力。常用的措施是沙袋技術(shù)。與其他軟土地基處理方法相比，袋裝砂井技術(shù)采用砂墊層、砂井和土工布，不僅成本低，且施工難度小。袋裝砂井法主要是在軟土中設(shè)計適當數(shù)量的砂井，然后在砂井上方鋪設(shè)砂墊層，并在砂墊層上鋪設(shè)土工布。

選擇土工布的主要是為了有效提高軟土地基的輕質(zhì)性和強度，保證軟土地基在荷載或外力作用下側(cè)向滑動，極大地保證軟土地基的穩(wěn)定性。一般砂墊層厚度控制在1m 左右，厚度過大會增加施工難度。如果厚度太薄，則容易導致排水固結(jié)效果達不到預(yù)定標準。砂墊層所用材料一般應(yīng)選用相對均勻、高位的中性砂，中性砂的含水量應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定和現(xiàn)場實際情況確定。

6.2 換土墊層技術(shù)

對于飽和軟土或粉質(zhì)黏性土，應(yīng)采用換填墊層技術(shù)，即用推土機或挖掘機清除表土，然后采用換填墊層法處理。在換土墊層法中，換土通常選用具有良好透水性的材料，如沙土、礫石或礦渣等。在分層填筑過程中，將天然砂礫填筑在風積砂的左右兩側(cè)，填筑寬度應(yīng)控制在1m 以上。選擇風積砂材料是由于風積砂材料在接觸水后不會立即軟化，具有良好的穩(wěn)定性和透水性。

6.3 振密、擠密法

振密、擠密法，簡言之，是提升軟基處理地基的相對密度，使軟基處理地基具備更大的抗壓強度。通過震動、壓擠等方式，排出軟基處理基本中的氣體，進而縮小軟基處理地基的孔隙度。以振沖擠密方法為例，該方法適用于砂層軟土地基的處理，通過振沖器的強力振動，使飽和砂層發(fā)生液化，顆粒重新排列，減少孔隙比，再通過振沖器的水平振動力，形成垂直孔洞，然后在孔洞中加入回填材料，將砂層擠壓加密。

6.4 化學結(jié)構(gòu)加固法

化學結(jié)構(gòu)加固法能夠合理改進地基的特性，主要方法有注漿黏結(jié)法和深層攪拌樁法。注漿黏結(jié)法主要應(yīng)用液壓機、標準氣壓等電化學原理，縮小漿孔，提升地基的承載能力。深層攪拌樁法是以水泥為固化劑，提升地基的相對密度，主要選用特殊的深層次攪拌機械，強制性拌和混凝土、軟土，使軟土與混凝土攪拌后產(chǎn)生相應(yīng)的化學變化，使軟基硬結(jié)，進而提高地基強度。深層攪拌樁法可確保樁與底層融合，產(chǎn)生復合型地基，能夠全面提高地基的相對密度和承載力。

6.5 置換法

更換方法，顧名思義，是用其他具有良好性能的土壤質(zhì)量來替代軟土基礎(chǔ)中的軟土，從而達到提高基礎(chǔ)性能的目的。軟土基礎(chǔ)的根本原因是軟土含水量大，孔隙率高，穩(wěn)定性不高。因此，施工人員挖出了一些軟土，然后用具有良好承載能力的沙子進行替換和填充，從而實現(xiàn)了從軟土基礎(chǔ)到普通基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)變，達到了提高基礎(chǔ)性能的目的。更換方法的操作并不困難，但在實際施工中，需要根據(jù)實際情況仔細決定更換多少軟土；同時，充分考慮采輸?shù)谋憷浴?/p>

6.6 排水固結(jié)法

排水固結(jié)是將地基中多余的水分排出來，更好地加強軟土地基處理，提升軟土地基結(jié)構(gòu)的緊密性。通常情況下，將排水管道垂直井布局在軟土地基中，可以大幅提高排水速率和排水量，隨后采用抽真空、充壓等物理方法，使軟土地基中的土壤層更為固結(jié)，提升地基硬度，進而全面提高地基的穩(wěn)定性。

6.7 土工織物結(jié)構(gòu)加固法

土工織物結(jié)構(gòu)加固法主要選用人造高聚物生成的各類產(chǎn)品（如復合土工膜）進行軟土地基處理。復合土工膜具備良好的防潮、防水、過濾等特性，可以放置于地基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還可以放置在其外表和固層之間，能夠起到很好的地基加固效果。

6.8 強夯法

強夯法適用于黏土、砂礫土、濕陷性黃土等軟土地基處理。將凈重8～40t 的錘頭從一定高度自由下落，對土壤層產(chǎn)生較大的沖擊，縮小土壤層內(nèi)部間隙，使土體局部液化。此外，夯擊點周邊還會產(chǎn)生裂隙，形成排水通道，水和氣體會通過排水通道逸出，土粒會重新排列，重新固結(jié)后表面會形成一層硬層，進而提高地基的承載能力。

7 結(jié)語

在公路工程項目中，常常會遇到軟土地基的問題，為保證公路工程的施工質(zhì)量，必須采取有效的方式對軟土地基進行處理。在此過程中，要結(jié)合我國頒布實施的各類相關(guān)法律法規(guī)，依據(jù)實際地質(zhì)情況與工程要求等，確定最佳的處理方案，以有效彌補軟土地基的缺陷，更好地滿足公路路基施工的要求，為施工質(zhì)量提供保障。