市政道路施工中軟土路基處理技術(shù)研究

劉志輝

廣東一葉生態(tài)建設(shè)有限公司，廣東 云浮 527399

1 軟土路基處理的影響要素

軟土土層相對(duì)于其他天然路基具有獨(dú)特的物理和工程特性，必須對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改良，增強(qiáng)其承載能力和其他性能。路基發(fā)生裂縫或失穩(wěn)的情況，一般是路基出現(xiàn)沉降導(dǎo)致，因此采用最有效、合理的軟土處理技術(shù)，不僅關(guān)系到工程的加固效果、施工工期以及施工成本，對(duì)后期市政道路的運(yùn)行也有重要影響。對(duì)軟土路基處理方法的選擇，要從施工現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備、道路等級(jí)、土質(zhì)、施工條件等多角度考慮，遵循工藝簡單、成本低、進(jìn)度快、效果好的原則，選出最優(yōu)的軟土路基處理方案。（1）環(huán)境因素：考慮工期、材料、機(jī)械設(shè)備，同時(shí)施工現(xiàn)場應(yīng)采取措施保護(hù)周圍構(gòu)造物。施工設(shè)備產(chǎn)生的揚(yáng)塵和噪聲會(huì)對(duì)環(huán)境和周圍居民有一定的影響，機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)對(duì)周圍路基也會(huì)有一定的影響。（2）道路等級(jí)：考慮路堤的寬度和高度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，施工方案要滿足道路等級(jí)中定義的路基平整度和強(qiáng)度等要求。（3）土質(zhì)：確定土壤的基本性質(zhì)，對(duì)于黏性土要確保施工過程不能擾動(dòng)土體，保證土體強(qiáng)度；砂性土路基則采用擠實(shí)砂樁法。（4）施工路段的位置：對(duì)于與構(gòu)造物相連的路段，要考慮施工后不會(huì)出現(xiàn)橋頭跳車等危險(xiǎn)情況。

2 常用的軟土路基處理技術(shù)

2.1 置換法

置換法是通過特定的方法清除軟土路基下一定深度內(nèi)的軟質(zhì)土層，再填充強(qiáng)度高、壓縮性低、穩(wěn)定性好且具有抗侵蝕性的材料。置換法的有效處理深度一般控制在3m以下，主要適用于較淺且含有大量雜填土、淤泥、腐殖土等的軟質(zhì)土層。置換法所采用的砂礫不均勻系數(shù)應(yīng)≥10，含泥量≤5%，分層填筑并夯實(shí)。應(yīng)用置換法施工時(shí)要重點(diǎn)控制以下幾點(diǎn)：（1）機(jī)械開挖時(shí)，應(yīng)預(yù)留40cm的土層，轉(zhuǎn)由人工開挖，以防機(jī)械開挖深度超出預(yù)計(jì)深度，擾動(dòng)基底土層；（2）嚴(yán)格把控填料質(zhì)量，尤其是砂石材料配比、含泥量、石灰含水量等，一旦出現(xiàn)問題，要找出原因并采取解決措施；（3）嚴(yán)格按照規(guī)范要求落實(shí)分層厚度和分層壓實(shí)遍數(shù)，尤其是搭接等關(guān)鍵部位，需進(jìn)行質(zhì)量抽查，以防出現(xiàn)密實(shí)度不均勻的現(xiàn)象。

2.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是利用起吊機(jī)械設(shè)備，將10～45t的重錘起吊至距離路基表面10～45m的高度，再脫落重錘，使其以自由下落方式對(duì)路基進(jìn)行夯實(shí)。強(qiáng)夯法可使路基的承載能力增強(qiáng)2～5倍。實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)重錘帶有100～200t·m的能量時(shí)，強(qiáng)夯法可處理3～6m范圍內(nèi)的軟土路基，但對(duì)于有振動(dòng)影響規(guī)定的，應(yīng)采取防振、隔振措施，不得使用強(qiáng)夯法。強(qiáng)夯法適用于含有雜填土、砂土的路基施工，但對(duì)于非飽和黏性土層需提前進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，確定夯實(shí)的次數(shù)。強(qiáng)夯法施工過程中要重點(diǎn)控制如下幾點(diǎn)：（1）在對(duì)飽和淤泥或者粉砂土層加固時(shí)，應(yīng)先鋪設(shè)1m厚的砂石，再進(jìn)行強(qiáng)夯，以防土層液化流動(dòng)，影響承載量和形變量；（2）對(duì)于含水量較大的軟土層，應(yīng)降低夯擊力度，以免路基發(fā)生側(cè)向擠壓；（3）冬季施工時(shí)，需將路基土層下的凍土融化或徹底清除，否則，需提升夯錘高度，防止凍土層融化導(dǎo)致路基下陷。

2.3 水泥攪拌樁法

水泥攪拌樁法是利用深層攪拌樁機(jī)將水泥與土體均勻攪拌結(jié)合，最終生成具有較高穩(wěn)定性和承載能力的水泥土樁。水泥攪拌樁適用于黃土、素填土、淤泥質(zhì)土等路基施工，但對(duì)于含有大孤石、堅(jiān)硬或酸性土層的路基，需要進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，以確定該方法的適應(yīng)性，而對(duì)于水分比＞70%的路基，該方法不適用。水泥攪拌樁法施工過程中需要重點(diǎn)控制的內(nèi)容如下。（1）樁機(jī)定位過程中，鉆桿、鉆頭和樁位中心點(diǎn)必須保持在一條垂直線上。（2）施工所采用的水泥漿液不得出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。（3）在預(yù)攪下沉過程中，鉆桿位置不得偏移；在鉆深約1.5m時(shí)，緩慢增加鉆進(jìn)速度；當(dāng)鉆進(jìn)遇到堅(jiān)硬土層需要沖水時(shí)，需考慮樁身強(qiáng)度；攪拌機(jī)下沉深度需比設(shè)計(jì)沉降點(diǎn)深一定距離，并在漿液初步穩(wěn)定后再提升；在施工過程中，需盡量避免斷樁、停漿、管道堵塞現(xiàn)象。（4）在樁位復(fù)攪完成后，要立即提出鉆頭并沖洗鉆頭、噴漿管道和集料斗，移至下一樁位。

2.4 碎石樁法

碎石樁法是利用振動(dòng)設(shè)備和高壓水流將軟土路基沖擊成孔，孔道雜物清理后，填充堅(jiān)硬碎石或卵石，形成碎石樁，以增強(qiáng)路基的承載能力。碎石樁法適用于砂礫、雜填土或人工填土等松散度較高的土層以及抗剪強(qiáng)度低于20kPa的黏性土層。碎石樁法施工過程中需重點(diǎn)控制的內(nèi)容如下：（1）樁位的位置及中心點(diǎn)偏差需＜500mm，并標(biāo)記清晰的編號(hào)；（2）造孔過程中，振沖器的下沉速率要控制在1～2m/min，保持振沖器輸出的水量充足，水壓適當(dāng)，避免塌孔，在造孔即將完成時(shí)，調(diào)小沖水壓力值；（3）在鉆孔深度超過設(shè)計(jì)標(biāo)高300mm后，停止鉆進(jìn)并清孔約2min，再緩慢拔出振沖器；（4）初次填料高度為0.5～1m，后續(xù)每次填料高度不得＞0.5m；（5）每次填料后，可由振動(dòng)設(shè)備的電流值判斷成樁的密實(shí)度，當(dāng)電流值達(dá)到規(guī)定值并長時(shí)間趨于穩(wěn)定時(shí)，可判斷樁體密實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，否則，應(yīng)再次填料并振動(dòng)至標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5 反壓護(hù)道法

反壓護(hù)道法是在路堤的兩側(cè)填筑一定體積的土體，利用土體自重保持路堤兩側(cè)荷載平衡，從而提高路基施工的穩(wěn)定性。反壓護(hù)道法適用于土方量大且取材方便或非耕種的區(qū)域，也用作對(duì)不穩(wěn)定填方的應(yīng)急和修復(fù)。反壓護(hù)道法施工過程中需重點(diǎn)控制的內(nèi)容如下：（1）填料必須按照設(shè)計(jì)規(guī)定取材；（2）路基兩側(cè)應(yīng)對(duì)稱填筑，必須分開填筑時(shí)，需在路堤達(dá)到臨界高度后才可進(jìn)行反壓護(hù)道施工；（3）壓實(shí)密度要達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，否則，需滿足相關(guān)規(guī)范中定義的“通過重型擊實(shí)試驗(yàn)法測定出的最大干密度的90%”要求。

3 軟土路基處理中存在的問題及處理技術(shù)對(duì)比

3.1 軟土路基處理中存在的問題

（1）工程施工前期準(zhǔn)備工作不足。市政道路工程前期準(zhǔn)備工作不足是當(dāng)前全國各地市政道路施工過程中普遍存在的問題，為了節(jié)省成本、趕工期，缺少環(huán)境調(diào)查、地質(zhì)地貌研究、施工方案比較分析等前期準(zhǔn)備工作，造成安全事故和隱患，甚至可能導(dǎo)致更大的資金浪費(fèi)。（2）路基處理方法選擇不合理。對(duì)于軟土路基有很多處理方案，沒有任何一種處理方法是萬能的，需要因地制宜合理選用。但在實(shí)際的施工過程中，很多施工卻無法做到選用方案的最優(yōu)化，存在較大的盲目性和隨意性，而且沒有結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和施工條件，考慮處理方案的適用范圍、施工的經(jīng)濟(jì)和工期要求等，僅比較幾種技術(shù)的可行性便開始施工，沒有徹底解決軟土路基加固問題，導(dǎo)致工程施工存在缺陷，延長了工期，增加了成本。（3）沒有掌握路基處理方法的適用范圍。每種軟土路基處理方法均有一定的適用范圍，例如，置換法是將軟質(zhì)土層置換為硬質(zhì)土，適合用在＜3m的軟土地基處理中，當(dāng)超過3m時(shí)，資金投入、工作量將較大，工期也會(huì)更長；強(qiáng)夯法所使用的強(qiáng)夯機(jī)，一些規(guī)模較小的施工單位沒有能力購買，限制了強(qiáng)夯法的使用。因此，各種處理技術(shù)都具有其本身特性的制約因素，需要熟悉并掌握各種處理方法的適用范圍并合理應(yīng)用。（4）市政道路路基需承受路面?zhèn)鬟f的交通荷載，是市政道路的基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)，而軟土路基由于含水率高和空隙大、土質(zhì)松軟，若處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致路面開裂、塌陷。當(dāng)前，我國對(duì)于復(fù)合路基沉降量的計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論研究不足，很多項(xiàng)目案例中的路基理論設(shè)計(jì)還處于以解決當(dāng)前工程問題為目的的階段，沒有對(duì)于優(yōu)化、總結(jié)路基設(shè)計(jì)基本原理的統(tǒng)一規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)。（5）工程設(shè)備問題。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國路建工程發(fā)展迅猛，積累了不同路基的處理經(jīng)驗(yàn)，促使工程設(shè)備快速發(fā)展，但是相比發(fā)達(dá)國家，還存在一定的技術(shù)差距。當(dāng)前，我國工程設(shè)備的技術(shù)革新速度還沒有跟上路建工程的發(fā)展腳步，同時(shí)工程設(shè)備作業(yè)能力存在的局限性也制約了軟土路基的處理質(zhì)量。（6）施工單位技術(shù)能力問題。當(dāng)前，我國路基施工單位技術(shù)能力參差不齊，即使是同一路段、采用同一處理方法，不同施工單位施工的軟土路基的質(zhì)量也存在較大差異。其主要原因在于施工單位對(duì)員工技術(shù)培訓(xùn)工作不足，施工人員不能熟練操作大型機(jī)械設(shè)備，而且缺少技術(shù)和監(jiān)管人員，質(zhì)量檢測手段落后，無過程檢驗(yàn)，或質(zhì)量檢查手段和技術(shù)方法落后，甚至存在偷工減料等行為。

3.2 軟土路基處理技術(shù)對(duì)比

施工質(zhì)量、施工成本和施工進(jìn)度是市政道路工程建設(shè)各參與方最為關(guān)心的3個(gè)要素。為了確保在最短的工期內(nèi)，以最低的施工成本實(shí)現(xiàn)可靠的施工質(zhì)量，需要綜合考慮所有影響施工的因素，合理選擇最優(yōu)施工方案。下文將從有效處理深度、成本投入、工期、處理后地基承載力、工后沉降量等方面，對(duì)軟土路基常用的施工技術(shù)進(jìn)行比較分析。

（1）處理深度、成本投入、工期和適用范圍對(duì)比如表1所示。從表1可以看出，置換法、強(qiáng)夯法由于施工工藝簡單快捷，施工成本低且工期較短，但處理深度相對(duì)較淺，工期較緊張的工程可優(yōu)先考慮采用；水泥攪拌樁法和碎石樁法施工工藝相對(duì)復(fù)雜，要在土層中形成構(gòu)筑物，施工成本較高，但處理深度更深，對(duì)于處理效果要求較高，對(duì)工期沒有較多限制的工程可考慮采用。

表1 處理深度、成本投入、工期和適用范圍

（2）路基承載力和沉降量對(duì)比如表2所示。從表2可以看出，置換法、強(qiáng)夯法、水泥攪拌樁法處理后的路基承載力較小，碎石樁法處理后的路基承載力最大；但碎石樁法處理后的路基工后沉降量最小，而水泥攪拌樁法處理后的路基沉降值最大可達(dá)到25cm。由此可知，路基承載力與工后沉降有一定的關(guān)聯(lián)性，承載力較大，工后沉降較小。反壓護(hù)道法的施工場地較大，工后沉降也較大。因此，在選擇處理方案時(shí)，可以路基承載力120kPa為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對(duì)承載力要求相對(duì)較低的路段可考慮采用強(qiáng)夯法；對(duì)于有120kPa承載力和工后沉降設(shè)計(jì)要求的路段，可考慮采用水泥攪拌樁法；對(duì)承載力要求較高且工后沉降較小的路段，推薦采用碎石樁法。

表2 路基承載力和沉降量對(duì)比

4 軟土路基處理技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

某市政道路工程全長6.25km，其中軟土路基長約3.5km，底層土壤含水量較高，且9～10m深度范圍含有淤泥。該市政道路工程橫斷面應(yīng)力承載層橫向坡度為3°～5°，路基呈向左傾斜趨勢。地基承載力設(shè)計(jì)要求不＜120kPa，沉降量＜20cm。路基底層示意如圖1所示。

圖1 路基底層示意圖

4.2 軟土路基處理方案

根據(jù)工程勘察結(jié)果和設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)該工程軟土路基進(jìn)行處理，以提高結(jié)構(gòu)剛度并確保道路施工的穩(wěn)定性，在進(jìn)行施工質(zhì)量、工期、資金等綜合考慮后，決定采用水泥攪拌樁法對(duì)軟土路基進(jìn)行施工。（1）在正式對(duì)軟土路基施工前，結(jié)合施工方案，合理組織并安排物資設(shè)備，落實(shí)施工準(zhǔn)備工作。（2）施工過程中指派經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員實(shí)時(shí)跟進(jìn)施工材料的采購、儲(chǔ)存和使用情況，檢查經(jīng)銷商相關(guān)經(jīng)銷證件、產(chǎn)品合格證等，質(zhì)量不合格的材料杜絕入場。嚴(yán)格監(jiān)管混凝土和砂漿的配比、投放順序、混合時(shí)間、運(yùn)輸及存放等環(huán)節(jié)，并對(duì)材料的成本進(jìn)行控制。（3）為了確保施工質(zhì)量，設(shè)置相應(yīng)邊溝，導(dǎo)流路基表面水分，防止積水下滲。對(duì)于路基結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分，設(shè)置滲井和盲溝，并進(jìn)行疏導(dǎo)和隔離，以降低地下水位。（4）由于該段市政道路的路基結(jié)構(gòu)整體向左側(cè)傾斜，橫斷面承載應(yīng)力層存有滑坡隱患，因此在路基左側(cè)設(shè)置反壓護(hù)道，以提升道路整體穩(wěn)定性。（5）清理雜物和垃圾，然后平整場地、測量放樣、攪拌機(jī)就位。水泥漿液采用P·O42.5#硅酸鹽水泥，用量為50kg/m，摻量為15%，水灰比為0.45，噴漿壓力為0.6MPa，攪拌機(jī)提升與下沉的速度為0.8m/min，施工方法為“四噴四攪”。（6）嚴(yán)控施工數(shù)據(jù)誤差。定位后成樁并洗管，清洗鉆桿和漿液輸送泵。施工過程中做好每一項(xiàng)記錄并保存。（7）攪拌樁的樁頂用水泥固化土層并加鋪土工格柵，樁徑為0.5m、長11m、間距1.5m，單樁的承載力≥120kPa，復(fù)合地基承載力＞145kN。

4.3 質(zhì)量檢測

成樁7d內(nèi)，抽查2%的樁體并開挖深度1.5m檢查成樁情況。成樁28d后，由第三方開展單樁試驗(yàn)，用慢速維持荷載法進(jìn)行復(fù)合地基荷載試驗(yàn)，用壓重平板承壓板法進(jìn)行豎向抗壓靜載試驗(yàn)。在按要求操作并獲取詳細(xì)數(shù)據(jù)后，開展軟土地基工程的質(zhì)量評(píng)定工作。結(jié)果表明，處理后的軟土地基承載能力、最大沉降量以及總沉降量均滿足施工規(guī)范要求，并能夠承受行車荷載、預(yù)防裂縫產(chǎn)生等。

同時(shí)，水泥攪拌樁法的施工工藝流程相對(duì)簡單，施工成本投入低，滿足工期要求，有效提高了市政道路工程軟基處理的工作效率和工程質(zhì)量。

5 結(jié)束語

軟土路基含水量較大、滲透性差，若不進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖┕ぬ幚?，?duì)市政道路的施工質(zhì)量和車輛運(yùn)行將造成安全影響。當(dāng)前，軟土路基的施工處理方法較多，如何選擇最佳施工處理方案，需綜合考慮多種影響因素，全面了解各種處理技術(shù)及其所能適應(yīng)的施工條件，并與實(shí)際工況相結(jié)合，選擇最適合的軟土路基處理技術(shù)，確保市政道路軟土路基的穩(wěn)定性，保證市政道路的施工質(zhì)量。