高速公路工程施工中的軟基處理關(guān)鍵技術(shù)

雷亞楠

（中鐵二十二局集團第五工程有限公司，重慶 400042）

1 高速公路建設(shè)軟基問題

1.1 研究的必要性

經(jīng)過多年的積累，我國高速公路工程施工的技術(shù)和方法得到了顯著改進，特別是高速公路工程中軟土地基處理的整體質(zhì)量和水平。但是，在處理軟土地基的過程中，存在關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用不準(zhǔn)確的問題，這會對整體施工進度造成影響，還會對后期高速公路的運行造成一些安全隱患，因此，有必要深入研究軟土地基處理的相關(guān)技術(shù)，以確保高速公路建設(shè)的質(zhì)量要求。

1.2 高速公路建設(shè)中常見軟基問題匯總

在高速公路建設(shè)過程中常見的軟土地基問題主要有兩種，分別為：其一，抗?jié)B透能力強。在軟基建設(shè)過程中，軟土地基存在一個主要特性即具有很強的抗?jié)B性。由于軟土基底的滲透性較差，垂直滲透系數(shù)低且不穩(wěn)定，這將直接影響土壤的排水性能。同時，軟土空間大空隙也大，抗壓能力不足，這將影響地基沉降的參數(shù)提升；其二，沉降與路面開裂，因為軟土地基土層之間的間隙繼續(xù)增大，導(dǎo)致土層之間的間隙大小不均，從而頻繁出現(xiàn)沉降情況，當(dāng)這個沉降情況波及基底時就會產(chǎn)生路面開裂；另外，過渡段較低的軟土等級的地面結(jié)構(gòu)缺乏控制，軟土地基的結(jié)構(gòu)剛度不足和路基的形狀時常發(fā)生變化，都會直接影響高速公路在運行后產(chǎn)生沉降或路面開裂情況。

2 工程概況

2.1 工程簡介

本文以CD 經(jīng)濟區(qū)環(huán)線高速公路JPTJ-9 標(biāo)段高速公路工程項目為例，進行軟基處理技術(shù)的分析，其原因為該標(biāo)段地質(zhì)情況特殊，同時出現(xiàn)了具有代表性的數(shù)種軟基情況，而在因地制宜的采取多種軟基處理技術(shù)工藝后，該項目的工程質(zhì)量及路基承載能力都得到了實踐驗證。該標(biāo)段工程里程樁號為K261+201～K274+100，總長12.899km，在整個工程建設(shè)過程當(dāng)中，主要涉及仁壽縣、彭山縣、東坡區(qū)境內(nèi)等三部分地區(qū)建設(shè)，其中路基挖方142.79 萬m3，填方295.86 萬m3，借方190.03 萬m3，涵洞及通道36 道。本標(biāo)段路基段落內(nèi)魚塘、水田較多，地基處理形式多，其中挖淤排水1556.5m，低填淺挖路基1710m，軟弱地基4003m，膨脹土路基1958m，特殊路基（涵洞地基）101.2m，總計9319.7m，占路基總長度83%。應(yīng)對相應(yīng)軟基情況，分別采用了：路基填方?jīng)_擊碾壓、塑料排水板處理、有涵基水泥攪拌樁處理以及膨脹土坡的菱形網(wǎng)格防護等施工工藝。項目施工平面布置圖如圖1 所示。

圖1 JPTJ-9 標(biāo)段施工布置平面圖

2.2 地質(zhì)構(gòu)造情況

該標(biāo)段部分區(qū)域處于斷裂帶處，斷切侏羅系和白堊系，破碎帶寬2～7m，總體走向北20～30°東，局部彎曲，為逆斷層性質(zhì)。尤其仁壽斷層區(qū)域，北起中江，經(jīng)仁壽傾向北西，傾角28～82°，與西坡斷裂傾向相反，均向背斜核部相向傾斜，消失于三疊紀(jì)地層中。

2.3 JPTJ-9 標(biāo)段工程重點難點歸納

2.3.1 地質(zhì)斷裂構(gòu)造

受標(biāo)段內(nèi)仁壽斷層區(qū)域及東西坡背斜核部斷裂傾向的地質(zhì)斷裂構(gòu)造情況影響，該標(biāo)段施工中路基處理難度大幅提升，失穩(wěn)、滑坡崩塌等地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生概率增大。

2.3.2 軟弱地基

該標(biāo)段穿越深丘地形,場地的工程地質(zhì)條件簡單，工程地質(zhì)問題較為單一，不良地質(zhì)及特殊地質(zhì)現(xiàn)象主要為軟基（整體工程共有軟弱地基段71 處），地形寬緩區(qū)的山間坳地或坳溝處，軟～硬塑，厚度1～7m。路堤填筑超過土體極限填高時，易發(fā)生土體剪切失穩(wěn)、路基工后沉降過大等現(xiàn)象，不能滿足路堤填筑要求。丘陵區(qū)內(nèi)地表/地下水排泄能力差，沖溝內(nèi)覆低液限粘土，高液限粘土及低液限粉土，厚2～10m 不等，含水量高，土體容許承載力差，快剪C、φ 值小，含水量高，路堤填筑時易發(fā)生失穩(wěn)及過大工后沉降。

2.3.3 標(biāo)段內(nèi)弱膨脹土分布廣

該標(biāo)段彭山境內(nèi)山前臺地或高階地上分布的褐黃至鮮黃色，含有鈣質(zhì)結(jié)核（局部缺失）的粉質(zhì)粘土有中-弱膨脹性。對于分布有膨脹土的路段，其土方應(yīng)慎用，該路段路面底基層以下加鋪厚層石灰土墊層，路基面橫坡盡可能大一些。路基填高宜控制在3m 以內(nèi)，路堤邊坡坡率宜取1：1.5～1:1.75，土質(zhì)路塹邊坡坡率宜取1:1.75～2.0，加強排水措施，路基邊溝適當(dāng)加寬并盡可能加深，溝底應(yīng)在土基頂面以下至少40～50cm。

隨著膠質(zhì)瘤發(fā)病率的逐年增加，膠質(zhì)瘤已威脅全球健康?，F(xiàn)階段手術(shù)治療療效明確，不同等級膠質(zhì)瘤中以WHO Ⅳ級膠質(zhì)母細(xì)胞瘤預(yù)后較差。是否復(fù)發(fā)仍無有效手段評估，故而對其發(fā)生發(fā)展的分子機制研究顯得尤為重要。近年來人們發(fā)現(xiàn)lncRNA參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展，如動脈粥樣硬化[11]、腫瘤、糖尿病[12]。

3 標(biāo)段內(nèi)軟基處理技術(shù)重點研究

3.1 路基填方?jīng)_擊碾壓技術(shù)

3.1.1 橫斷面處置情況

該技術(shù)主要應(yīng)用于CK0+185～CK0+403.3 段落施工中，此處為軟弱地基并且跨越匯水面積不大、縱坡平緩的沖溝，處理距離為218m，該技術(shù)實施的目標(biāo)為使地基承載力滿足相應(yīng)路堤高度的需求，并且避免施工后沉降及路面開裂情況的產(chǎn)生。具體技術(shù)處置橫斷面示意圖如圖2 所示。

圖2 路基填方?jīng)_擊碾壓技術(shù)處置橫斷面示意圖

3.1.2 工藝要點研究

由于是軟弱地基所以在常規(guī)路基相同材料的前提下，采用分層填筑、分層碾壓、分層檢測，達到標(biāo)準(zhǔn)的前期處理壓實度后，才可繼續(xù)進行沖擊碾壓技術(shù)的實施。該工藝實施過程中要點可歸納有二，分別為：

其一，施工原理、機械參數(shù)與軟基指標(biāo)的契合。沖擊碾壓技術(shù)采取的是非圓形雙輪滾動，將揉搓與沖擊完美結(jié)合的壓實技術(shù)，沖擊壓實機可改變傳統(tǒng)震動壓實高頻率、低振幅的工作情況，變?yōu)楦哒穹皖l率，在高能量的作用下對填料進行深層壓實，對于土方石的壓實效果有著明顯提升，從而實現(xiàn)降低沉降發(fā)生率提升高路基抗變力防止路面開裂產(chǎn)生的效果。在這個工作原理下為更好的對軟弱地基產(chǎn)生效果，可將機械工作參數(shù)設(shè)定為：沖擊能量25KJ; 壓實寬度2×1000mm，工作速度10～15km/h,有效壓實厚度1.0m，壓實影響深度5.0m。同時結(jié)合相應(yīng)的軟弱地基指標(biāo)和填料指標(biāo)，進行三邊形沖擊施工，以達到最好的壓實效果。

其二，技術(shù)細(xì)節(jié)的歸納：（1）在涵洞施工時，如涵洞通道水平距離在5m 以內(nèi)，涵洞頂板填土厚度在6m，距居民建筑距離小于20m，以上情況存在其一均不可采用沖擊碾壓技術(shù)；（2）結(jié)合相應(yīng)碾壓影響深度參數(shù)與軟弱地基的具體情況，有時該技術(shù)需輔助以普通壓路機完成；（3）軟基施工時路基邊緣是最薄弱的部分，因此根據(jù)實際填料種類、邊坡高度、軟基情況可酌情對路基邊緣補充碾壓5～8 次；（4）如圖2 所示的路堤高度大于18m 的高填路基沖擊碾壓作業(yè)時，應(yīng)在路床頂以下20cm、50cm 及80cm 處分別鋪設(shè)雙向土工隔柵，橫向鋪至距邊坡50cm 處, 這樣做的效果是可提升每延長米縱向拉伸屈服強度≥80KN/m，延伸率≤10%。

3.2 塑料排水板處理技術(shù)

3.2.1 布置情況

當(dāng)軟基厚度h 在區(qū)間3.0m＜h≤10.0m 范圍內(nèi)時，被視為厚層處理，以塑料排水板處理基礎(chǔ)為主.在案例標(biāo)段中塑料排水板規(guī)格為SPB-1 型和SVD-1 型兩種，反壓護道寬度為B1，反壓護道高度為H1，排水板間距AS通常≤2.0m，其具體數(shù)值按具體情況計算獲取，鋪設(shè)方式以正三角法進行，插板深度直達基巖面處，具體數(shù)值可計算獲取。具體坡腳大樣圖如圖3 所示，平面布置情況如圖4 所示，橫斷面情況如圖5所示。

圖3 塑料排水板處理軟基坡腳大樣圖

圖4 塑料排水板處理軟基平面布置情況

圖5 塑料排水板處理軟基橫斷面示意圖

3.2.2 工藝要點研究

在軟弱地基實施塑料排水板處理時，工藝要點有三，首要原則是避免對柔弱地基進行過大的擾動或隆起；其次是對砂礫石的選擇比較苛刻，要盡量采用天然砂礫石，去除植物根莖以及其他雜質(zhì)，含泥量必須≯5%，并且砂礫石的最大粒徑≯5cm，通過16mm 篩孔的質(zhì)量百分率≮85%，通過0.3mm篩孔的質(zhì)量百分率≯20%；第三在塑料排水板插設(shè)時其間距不差應(yīng)在15cm 內(nèi)，砂礫石墊層外長度不應(yīng)超過20cm。如對3.1 節(jié)中所示路堤高度大于18m 的高填路基進行工藝實施時，同樣要設(shè)置雙向土工隔柵，土工隔柵與前文3.1.2 節(jié)中指標(biāo)相同。當(dāng)軟基處理預(yù)壓期結(jié)束后，方可進行后續(xù)的邊坡防護和排水工程施工，以保證沉降穩(wěn)定。

3.3 有涵基水泥攪拌樁處理技術(shù)

3.3.1 布置情況

當(dāng)涵洞基底厚度h≥4.0m 時，為更好的提升涵洞基底的承載能力，控制沉降，在塑料排水板處理技術(shù)基礎(chǔ)上，還應(yīng)附加水泥攪拌樁技術(shù)對軟基進行處理，由于攪拌樁的布置呈梅花狀，該技術(shù)也被稱為涵基梅花樁工藝。布置時水泥攪拌樁間距d 為1.2m，噴射有效樁徑為50cm，樁深要達到基巖面或壓縮性比較低的硬度土層（如卵石、砂礫石等）。其具體布置的剖面圖和平面圖情況分別由圖6、圖7 所示。

圖6 有涵基水泥攪拌樁布置剖面圖

圖7 有涵基水泥攪拌樁布置平面圖

3.3.2 工藝要點研究

水泥攪拌樁技術(shù)受涵洞基底具體參數(shù)及基巖情況影響極大，因此在正式開工前，必須通過試驗樁對涵洞的基底基巖進行相應(yīng)測試，以明確相應(yīng)工藝參數(shù)的設(shè)定，具體試驗樁測試要點為：為保證測試的精度，每組以兩根試驗樁進行測試，水泥強度采用等級為42.5 的普通硅酸鹽水泥，兩根試驗樁分別以水泥摻比12%和15%進行測試，并記錄相應(yīng)參數(shù)。隨后還要以原位測試法做好“電通、料通”等前期準(zhǔn)備，在平整場地后如圖7 做好相應(yīng)的樁位設(shè)定（具體施工時先做黑色樁位，再做白色樁位），樁位偏差≯5cm,豎向偏斜≯1%。在具體施工完成后7 天，要挖去地面線下≥1.2m 的復(fù)合地基，同時還要滿足挖去后的復(fù)合地基頂與涵基底面距離應(yīng)滿足≥60cm,在復(fù)合地基上鋪砂礫石層，再分層壓實至基底面標(biāo)高處。

3.4 膨脹土坡的菱形網(wǎng)格防護

3.4.1 布置情況

由前文2.3 節(jié)中內(nèi)容可知，該標(biāo)段彭山境內(nèi)山前臺地或高階地上分布的粉質(zhì)粘土有中-弱膨脹性，當(dāng)邊坡高度＜3m時，需放緩邊坡至1:1.75～2.0，采用菱形網(wǎng)技術(shù)進行防護。鋪設(shè)完菱形網(wǎng)格后均點種植草籽達到提升穩(wěn)定性、防滲透、加固路基、緩解邊坡沉降等目標(biāo)。

菱形網(wǎng)防護結(jié)構(gòu)圖如圖8 所示。

圖8 膨脹土坡菱形網(wǎng)防護結(jié)構(gòu)圖

膨脹土坡菱形網(wǎng)護坡工藝剖面情況如圖9，圖10 所示。

圖9 膨脹土坡菱形網(wǎng)防護剖面圖A

圖10 膨脹土坡菱形網(wǎng)防護剖面圖B

3.4.2 工藝要點研究

在采用菱形網(wǎng)技術(shù)對膨脹土坡進行防護時如圖8，材料統(tǒng)一采用M7.5 漿糊片（卵）石0.092 立方米，具體挖方邊坡、鑲邊數(shù)量等數(shù)據(jù)參數(shù)參照表1 所示。

表1 菱形網(wǎng)防護平膨脹土坡挖方、鑲邊數(shù)據(jù)參數(shù)表

完成菱形網(wǎng)格防護鋪設(shè)后，應(yīng)在其上掛三維網(wǎng)種植草灌進行坡面防護，同時菱形網(wǎng)格每間隔10～25m 設(shè)一道沉降縫。

4 結(jié)論

我國的地形復(fù)雜多變，在目前高速公路的建設(shè)過程中，軟基基底約占整個施工路段總量的1/3。此外，高速公路軟基基底的施工直接影響到項目的整體質(zhì)量。對于長路堤而言，受軟基基底客觀性的影響在其上方施工，路面竣工后15 年內(nèi)殘余沉降量（工后沉降）不大于20cm；與明涵（含矩形板通道等）相鄰的20m 長的路堤，在路面竣工后15 年內(nèi)的殘余工后沉降量不大于10cm；對于與橋臺相鄰處50m 范圍內(nèi)的路堤，在路面竣工后15 年內(nèi)的殘余沉降量不大于10cm，即算實現(xiàn)建設(shè)目標(biāo)。經(jīng)過對本文所選施工段工后指標(biāo)的實際情況考察，本文所采用的軟基處理技術(shù)實施后可以有效解決在高速公路建設(shè)過程中存在的滲透、開裂、沉降等問題，從而能夠有效的保證公路建設(shè)的質(zhì)量，提高路基的承載能力，為公路長期運行提供安全保證。