高速公路路基施工中軟基加固施工技術(shù)

吳越江

摘要 軟基是路基工程施工中常見的地質(zhì)條件，因其含水量高、透水性差、壓縮性高等特點(diǎn)，施工過程中須經(jīng)加固處理才能滿足施工要求。軟基加固施工是路基工程施工中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。文章以福建省云平高速公路路基工程為背景，從軟基的特點(diǎn)及危害出發(fā)，分析碎石樁技術(shù)在軟基加固中的應(yīng)用及效果，以期可以為高速公路路基工程施工穩(wěn)健快速發(fā)展助力。

關(guān)鍵詞 路基施工;軟基;碎石樁;加固

中圖分類號(hào) U445.36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）05-0092-03

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路等重要基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目不斷增多，并且高速公路工程施工多數(shù)在野外進(jìn)行，地質(zhì)條件復(fù)雜，路基工程施工中軟基較多，施工過程中處理不當(dāng)會(huì)使道路發(fā)生塌陷、裂縫等問題，嚴(yán)重影響路基工程質(zhì)量及使用安全[1]。因此，高速公路路基工程中加大軟基加固施工技術(shù)研究，優(yōu)化施工方案，對路基工程長久穩(wěn)定運(yùn)行及發(fā)展有著重要的意義。

1 路基軟基的特點(diǎn)

相對常規(guī)性地基，軟基的含水量通常達(dá)到4%～72%，且飽和度在95%以上，因軟土地基中含有大量的沉積淤泥、腐殖植物以及流質(zhì)等，孔隙比在1.0～1.9。軟土地基中以粘土和粉質(zhì)土為主，壓縮性較高，易受外力影響而被壓縮，承載力變小;因?yàn)檎惩恋目紫侗容^小，水分的流動(dòng)性較差，導(dǎo)致軟基的透水性較低，易因外力荷載影響發(fā)生變形[2]。在路基工程施工中，要根據(jù)軟基的實(shí)際情況選擇合適的施工方案進(jìn)行加固處理，來消除或減弱軟基對路基工程施工的不利影響。

2 路基軟基的危害

地基的強(qiáng)度及穩(wěn)定性直接影響地面建筑物的質(zhì)量及安全。高速公路路基工程務(wù)必重視軟基的處理。在路基工程建設(shè)中，軟基施工處理不當(dāng)，路基會(huì)在車輛等荷載的作用下發(fā)生彈性變形，引起路基強(qiáng)度及穩(wěn)定性降低，從而導(dǎo)致路基塌陷、車轍及翻漿等問題。

2.1 路面沉降

在高速公路工程軟土路基施工過程中，如未合理編制施工技術(shù)方案，不利于保障路基整體施工質(zhì)量，在高速公路工程投入運(yùn)營后會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降等問題。在軟土路基中，路段過渡部分容易產(chǎn)生路面沉降問題，在雨雪或者高溫等極端天氣中，會(huì)擾動(dòng)路基結(jié)構(gòu)的核心材料，導(dǎo)致路面沉降及變形。軟土路基在荷載作用下的路面沉降速度會(huì)加快。

2.2 路面開裂

軟土路基施工處理不當(dāng)會(huì)引起路面開裂問題，在高速公路軟土地基施工過程中，地基沉降不斷加劇，路基結(jié)構(gòu)的縫隙量和空隙率會(huì)變大，施工單位未采取有效控制措施，會(huì)引起路面開裂，增加高速公路風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 增加含水量

軟土路基具有較高的含水量，地下承壓水直接影響高速公路施工，地下水浮力影響軟土地基，不斷增大軟土地基的含水量，影響高速公路整體施工質(zhì)量。在實(shí)際施工中未充分分析軟土路基實(shí)際情況，未合理設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，會(huì)增加施工概算和實(shí)際施工的偏差，引發(fā)路基沉降問題，不利于控制軟土路基含水量，上涌地下水會(huì)引發(fā)路面開裂問題，影響行車的安全性。在雨水沖刷和浸泡下，降低了路基承載力，施工單位若未及時(shí)修復(fù)，導(dǎo)致施工結(jié)果與設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)偏差。

3 高速公路路基工程軟基處理的要點(diǎn)

在確定施工方案之前，施工單位要綜合分析軟土區(qū)域的地質(zhì)特征，全面勘察施工現(xiàn)場。對施工現(xiàn)場存在軟土地質(zhì)的區(qū)域進(jìn)行分區(qū)處理。針對不同的路段和區(qū)域制定針對性的施工方案，并論證施工方案的可行性，保障工程預(yù)算的合理性。在施工中嚴(yán)格按照施工方案基技術(shù)規(guī)范，有效控制填土層高，避免發(fā)生路堤滑移等問題。

在高速公路路堤施工階段，施工單位在處理軟土地基時(shí)，完善臨時(shí)排水，合理處置地下水及地表水，要落實(shí)防護(hù)工程施工，設(shè)置盲溝和截水溝以及排水溝等來優(yōu)化軟基處理效果。

4 工程概況

福建省漳州市云平高速公路是海西網(wǎng)“四縱四橫”中貫穿漳州東西，通往廣東省梅州市的重要通道，該項(xiàng)目對于發(fā)展閩西南經(jīng)濟(jì)，同步廣東具有重要的意義，同時(shí)也是打通平和縣與梅州市聯(lián)絡(luò)的重要通道。云平高速公路起點(diǎn)連接沈海高速公路G15云霄互通，穿越漳州云霄縣，至平和縣九峰鎮(zhèn)，過九峰鎮(zhèn)與廣東梅州相接。項(xiàng)目主線為四車道高速公路，整體式路基寬度為24.5 m：中間帶寬度3.0 m（中央分隔帶2.0 m+路緣帶2×0.5 m），行車道2×7.5 m，外側(cè)路緣帶及硬路肩寬度2×2.5 m，土路肩寬度2×0.75 m;分離式路基單幅寬度為12.25 m，其中：行車道寬2×3.75 m;行車道左側(cè)路緣帶寬0.75 m，右側(cè)硬路肩寬2.50 m（含路緣帶0.5 m），土路肩寬2×0.75 m。其中平和縣坂仔鎮(zhèn)有現(xiàn)狀農(nóng)田的地區(qū)，K25+180～K25+600段的路基為軟弱地基，經(jīng)現(xiàn)場勘測及綜合分析后擬定采取碎石樁技術(shù)進(jìn)行軟基加固施工。

5 軟基設(shè)計(jì)方案

通過現(xiàn)場地質(zhì)勘測，該高速公路路基項(xiàng)目的K25+180～K25+600段土層以人工雜填土、耕植土及淤泥質(zhì)土為主，承載力比較低，不適合作為路基的持力層，不能直接作為路基填料。具體來說，該路段的路床底0～

5 m以人工填土為主，其地基允許承載力是60 kPa，路床底5～12 m范圍內(nèi)以淤泥質(zhì)土為主，地基允許承載力是70 kPa，無法滿足高速公路路基工程的路基荷載要求（軟基加固后承載力需≥130 kPa），未達(dá)到路基地基承載力設(shè)計(jì)要求。

綜合勘察結(jié)果及現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)各方商議研究，擬定采用碎石樁技術(shù)對K25+180～K25+600段軟基進(jìn)行加固處理。具體如下：先根據(jù)設(shè)計(jì)要求的碎石樁樁頂標(biāo)高，對場地進(jìn)行整平，再打進(jìn)碎石樁，樁徑為0.6 m，樁長度為10 m，樁間距為1.2 m，并按1.2 m×1.2 m在路基紅線范圍內(nèi)進(jìn)行梅花形布置（見圖1所示），且碎石樁須打進(jìn)路基基底持力層長度≥0.5 m，然后鋪設(shè)土工格柵及厚30 cm的良好級配碎石墊層。同時(shí)，為防止路基發(fā)生不均勻沉降，要求土工格柵換填段多延伸8 m形成過渡段。

6 碎石樁施工方案及主要工藝

6.1 施工方案

（1）挖掘機(jī)配合推土機(jī)初步將場地整平后，進(jìn)行測量放樣，畫出中心線和邊線控制樁，并確定樁位。

（2）根據(jù)碎石樁布置圖，利用鋼尺進(jìn)行碎石樁布置，在開始大面積施工之前，選了3號(hào)～17號(hào)15根具有代表性的樁進(jìn)行試樁，進(jìn)行首件工程。

（3）為擠走部分軟土和減小對軟土的擾動(dòng)，確定按照從路基左側(cè)向右側(cè)順序、間隔跳打的方式進(jìn)行碎石樁施工。

6.2 施工工藝

碎石樁施工的具體工藝如下：場地平整及清理→測量放線、設(shè)置空位→吊機(jī)進(jìn)場→振孔設(shè)備就位→振動(dòng)擠土成孔→提起振孔設(shè)備，并往孔中倒入碎石→反復(fù)對碎石進(jìn)行振搗→成樁→移機(jī)到下一個(gè)樁位，重復(fù)上述步驟直到全部成樁[3]。

6.3 質(zhì)量控制

（1）碎石樁施工用的碎石都是良好的級配碎石，含泥量≤5%，粒徑20～50 mm，施工前所有材料均通過試驗(yàn)檢測合格，各項(xiàng)指標(biāo)都滿足施工要求。

（2）碎石樁施工中每米樁的投石量以不低于1.2倍計(jì)算投石量為準(zhǔn)。

6.4 施工記錄

（1）碎石樁施工中，嚴(yán)格對單樁成樁時(shí)間進(jìn)行記錄，掌握第一手資料。最短成樁時(shí)間為9 min，最長成樁時(shí)間為13 min，最終平均成樁時(shí)間為11 min，具體見表1所示。

（2）電流值。通過對比前15根樁的打設(shè)發(fā)現(xiàn)，碎石樁正常施工過程中電流值應(yīng)控制在50～60 A，在進(jìn)入持力層的時(shí)候，應(yīng)加大電流至80～90 A，直至設(shè)計(jì)樁長，然后可以停止打進(jìn)施工，并提起施工設(shè)備。

（3）充盈系數(shù)?，F(xiàn)場對碎石樁施工中實(shí)際灌入碎石量進(jìn)行詳細(xì)記錄，并與設(shè)計(jì)碎石量進(jìn)行對比計(jì)算得出其平均充盈系數(shù)為1.38，具體見表2所示。

6.5 效果檢測與結(jié)論

6.5.1 效果檢測

碎石樁施工完成后，采取慢速維持荷載法對碎石樁做了豎向靜力荷載試驗(yàn)[4]。根據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)中“碎石樁總數(shù)的5‰控制全數(shù)進(jìn)行檢測，不足一千根樁的地段，檢測應(yīng)不少于3點(diǎn)”的要求，經(jīng)各方商議研究，決定此次試驗(yàn)抽檢頻率為1%。現(xiàn)場選用2.5 m×2.5 m的壓板，每塊壓板可覆蓋3根碎石樁，檢測噸位：2.5 m×2.5 m×14 t/m2×2倍=175 t。經(jīng)檢測樁基的承載力均達(dá)到了145 kPa，完全滿足設(shè)計(jì)給定的指標(biāo)要求。

6.5.2 結(jié)論

通過對K25+180～K25+600段軟基進(jìn)行碎石樁加固，該段地基的承載力均達(dá)到145 kPa>標(biāo)準(zhǔn)值130 kPa，碎石樁加固施工達(dá)到了預(yù)期效果。

7 其他高速公路軟基加固施工技術(shù)

7.1 表層處理法

7.1.1 砂墊層法

地基山谷部分的軟土層厚度較小，且具有較大的含水量，可利用砂墊層處理高速公路軟基，注意控制砂墊層厚度在0.5～1.2 m范圍內(nèi)。利用砂墊層法固結(jié)軟土層，同時(shí)利用砂墊層降低填土內(nèi)部的水位。因排水距離比較長，且涉及較大的填土路基，須設(shè)置盲溝，合理縮短砂墊層中的排水距離，優(yōu)化整體排水效果。如選擇粉土作為填料，粉土缺乏透水性，當(dāng)坡腳周圍的砂墊層被土覆蓋之后，將影響側(cè)向排水，施工單位須采用針對性的措施妥善處理砂墊層端部。

7.1.2 表層排水法

軟土地基含水量較大，土質(zhì)情況較好則可利用表層排水法，施工時(shí)開挖溝槽，落實(shí)填土工作。完全排出地表水后，可降低地基上部的含水量，避免影響路基施工機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行。施工單位可以利用碎石和沙礫等作回填材料，有利于優(yōu)化透水性。

7.1.3 敷墊材料法

軟土地基土層缺乏均勻性，會(huì)引發(fā)側(cè)向位移和不均勻沉降等問題，施工單位可利用敷墊材料法處理軟基，敷墊的材料必須具備較強(qiáng)的抗拉性和抗剪性，有利于規(guī)避側(cè)向變拉和沉降等問題。進(jìn)一步提高地基結(jié)構(gòu)的承載力。敷墊材料法可以利用土工布和玻璃纖維格柵等材料。

7.2 土工格柵處理技術(shù)

控制土工格柵材料質(zhì)量，在實(shí)際施工前檢測材料質(zhì)量，結(jié)合工程實(shí)際情況施工試驗(yàn)路段，用于指導(dǎo)后續(xù)施工。土工格柵橫向抗拉強(qiáng)度在60 kN/m以上，縱向抗拉強(qiáng)度在80 kN/m以上。

在拼接土工格柵過程中，確保土工合成材料的完整性，控制搭接長度不少于0.6 m。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙施工，提高下承層的平整度，避免發(fā)生褶皺和損壞等問題。利用分層壓實(shí)施工方式控制土層含水量。

清理表面的碎石，提高土層的平整度。落實(shí)養(yǎng)護(hù)工作，提高土工格柵的質(zhì)量。在回填過程中注意協(xié)調(diào)機(jī)械運(yùn)行方向，沿著路堤軸線施工，落實(shí)動(dòng)態(tài)沉降監(jiān)測工作。

8 結(jié)束語

綜上所述，高速公路路基工程施工中遇到軟基時(shí)，要準(zhǔn)確地勘測軟基的具體地質(zhì)情況，制定合理的施工方案，選用合理的加固措施，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，保證軟基加固施工高效優(yōu)質(zhì)完成，為整個(gè)高速公路工程實(shí)現(xiàn)預(yù)期的質(zhì)量目標(biāo)及效益目標(biāo)奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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