公路路基不良地質(zhì)處理與分析

摘要 不良地質(zhì)會(huì)造成公路塌陷、變形、開裂和積水，影響公路的承載力和運(yùn)輸功能。為了明確不同類別的不良地質(zhì)的處理方法，該文對(duì)公路工程常見的不良地質(zhì)形式和處理方法進(jìn)行總結(jié)和分析，指出了不同處理方法的適用范圍。結(jié)果表明公路路基不良地質(zhì)處理方法可分為物理地質(zhì)處理法和化學(xué)地質(zhì)處理法，其中化學(xué)地質(zhì)處理方法施工難度更大，但是地基加固效果好。該結(jié)論可以為公路工程不良地質(zhì)處理方案選擇提供理論參考。

關(guān)鍵詞 公路工程;路基工程;不良地質(zhì);處理分析

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）09-0121-03

引言

地基的穩(wěn)定性和耐久性決定了公路的使用壽命和安全性。由于公路輻射范圍廣，跨度大，在鋪設(shè)過程中會(huì)遇到不適合道路鋪設(shè)的不良地質(zhì)。對(duì)于不良地質(zhì)，需要人為地采用相關(guān)處理方法改變其原有力學(xué)性質(zhì)和成分狀態(tài)，使承載力滿足公路要求。不少研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)不良地質(zhì)的處理方式進(jìn)行了研究[1]，包括夯實(shí)法、挖除置換法、灌漿法和排水固結(jié)法等。不同的不良地質(zhì)處理方法均有其自身的適用對(duì)象和技術(shù)設(shè)備要求，在實(shí)際工程中需要結(jié)合巖土性質(zhì)、公路等級(jí)要求、不良地質(zhì)范圍和深度、施工機(jī)械、工程預(yù)算等進(jìn)行不良地質(zhì)處理方案的選擇。對(duì)于不良地質(zhì)處理方法的選擇，既不能追求簡單方便，造成地基無法滿足公路鋪設(shè)需求;也不能一味追求先進(jìn)技術(shù)，造成投資和施工難度的增加。要選擇不良地質(zhì)的處理方案，首先應(yīng)該明確不良地質(zhì)處理方案的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。該文對(duì)各種不良地質(zhì)進(jìn)行分類，指出各自不良地質(zhì)對(duì)公路的影響。在此基礎(chǔ)上提出了不良地質(zhì)的處理方案和適用范圍。通過對(duì)不良地質(zhì)處理方法的綜合論述和分析，為施工單位提供參考。

1 不良地質(zhì)及其危害

不良地質(zhì)是指無法承擔(dān)道路鋪設(shè)和車輛荷載的路基基礎(chǔ)。不良地質(zhì)存在不完整巖體，含水過大的土質(zhì)或土層內(nèi)部存在斷層[2]。不良地質(zhì)在力學(xué)性能上的典型特點(diǎn)是耐久性差、承載力差、易產(chǎn)生變形，例如：淤泥層、軟粘土、紅粘土、膨脹土或者空洞等地質(zhì)基礎(chǔ)。不良地質(zhì)無法承受車輛行駛造成的動(dòng)靜荷載，且在環(huán)境變化和外力作用下形態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而引起路面塌陷、隆起、凹陷、開裂變形，導(dǎo)致公路無法繼續(xù)使用，甚至引發(fā)安全事故。

不良地基屬性隨著區(qū)域和氣候的變化而變化。例如南方湖沼的軟土地基，北方寒冷環(huán)境下的凍土地基，以及開挖和地下水下降引起的采空區(qū)地基[3]。不良路基如果沒有進(jìn)行可靠的加固處理，會(huì)影響公路的安全性和耐久性以及抵抗極端情況下的承載力。對(duì)于軟土地區(qū)地基，承載外力能力差，壓縮性高，在車輛荷載作用下會(huì)產(chǎn)生塌陷變形，影響道路平整度。同時(shí)凹陷區(qū)域會(huì)出現(xiàn)道路開裂和積水，影響行車安全性。凍土地基在溫度變化的情況下會(huì)出現(xiàn)膨脹融沉，造成公路凹凸起伏。對(duì)于采空區(qū)路基，因?yàn)槁坊鶅?nèi)部出現(xiàn)空洞，在長時(shí)間外力或者極端荷載作用下會(huì)出現(xiàn)大范圍塌陷，造成車輛和人員受損。不良地質(zhì)形成的道路路基，在面對(duì)外界因素變化時(shí)不能保證原有強(qiáng)度和形狀，極易發(fā)生形態(tài)變化，影響道路的完整性和行車的安全性。

2 不良地質(zhì)處理方法

地基處理的實(shí)質(zhì)是采取人為干預(yù)的方式對(duì)不良地質(zhì)進(jìn)行“重塑”“改良”或者“加固”，改變其抵抗外界荷載和能力和保持形態(tài)的特性，改善地基承載力差和容易變形的特點(diǎn)，使其滿足承擔(dān)交通荷載不變形的功能要求[4]。不良地基處理的核心任務(wù)是增強(qiáng)地質(zhì)承載力以及保持形態(tài)不改變的能力。大量的公路工程實(shí)踐推動(dòng)了不良地基處理技術(shù)的發(fā)展，目前地基處理已經(jīng)形成完整的“施工—研究—應(yīng)用”體系。根據(jù)地基處理方法原理的不同，地質(zhì)處理方法可以分為物理地質(zhì)處理法和化學(xué)地質(zhì)處理法，具體內(nèi)容如表1所示。

2.1 物理處理方法

物理處理方法通過改變不良地質(zhì)的形態(tài)達(dá)到增加承載力的目的。物理處理方法主要包括：置換法、排水法、壓實(shí)法和加筋法。置換法即將不良地質(zhì)土體挖除，置換成承載力更高的物質(zhì)。排水法通過對(duì)不良土體進(jìn)行施加長時(shí)間的外荷載壓力，不斷排除土體內(nèi)水分而固結(jié)，達(dá)到改善土體強(qiáng)度性質(zhì)的目的。排水法的處理過程稱為排水固結(jié)，其原理如圖1所示。

壓實(shí)法多通過振搗、沖擊、夯實(shí)等方法擠壓不良土體，去除不良土體內(nèi)部空隙和空洞，使其成為密實(shí)的整體，增強(qiáng)在外荷載作用下保持形態(tài)的能力。加筋法是在不良地質(zhì)中加入預(yù)應(yīng)力鋼筋和土錨等材料，加入的材料起承擔(dān)荷載和固定土體的作用，使不良土體在錨固材料的作用下形成一個(gè)高強(qiáng)度的完整整體。

2.2 化學(xué)處理方法

化學(xué)處理方法的原理是在不良地質(zhì)中加入相關(guān)材料，該材料與土體相互融合反應(yīng)，改變不良地質(zhì)原有的形態(tài)和力學(xué)性能，形成新的地基基礎(chǔ)。其中攪拌法是在軟弱土中加入水泥、石灰和粉煤灰等固化劑，通過機(jī)械攪拌裝置進(jìn)行深層攪拌，使固化劑與軟弱土混合形成樁柱體。灌漿法，也叫注漿法，適用于存在孔隙和裂縫的不良地質(zhì)。通過對(duì)軟弱地基注入漿液，待漿液凝固后形成圓柱樁或者支撐墻體，增強(qiáng)原狀土的強(qiáng)度和承載力?；瘜W(xué)地基處理法的核心是用凝固后承載力更高的漿液充實(shí)原有地質(zhì)的空隙，形成整體后與原有土體一起共同抵抗外來荷載。

3 不良地質(zhì)處理方法適用性分析

不同不良地基處理方法均有其各自特點(diǎn)和適用性，針對(duì)不同性質(zhì)的不良土體選擇合適的處理方法可以使施工更有針對(duì)性，取得更有效的地基處理結(jié)果。

3.1 物理處理方法適用性

地基的物理處理方法主要通過添加材料或者改變土體形態(tài)的物理方法增加不良地質(zhì)的承載力。不同物理處理方法對(duì)比如表2所示，其中置換法直接通過替換不良土體達(dá)到改善地基的目的，受限于施工強(qiáng)度和材料用量，加固深度不宜太深且不適用于大范圍不良地質(zhì)置換。排水固結(jié)和壓實(shí)法通過外力荷載改變不良地質(zhì)的含水量和孔隙率，其中排水固結(jié)方法適合淤泥質(zhì)土體，壓實(shí)法適合粉質(zhì)、砂質(zhì)土體。排水固結(jié)通過預(yù)壓不良土體，降低內(nèi)部含水率，進(jìn)行壓縮固結(jié)，預(yù)壓時(shí)間較長。在保證地基穩(wěn)定的前提下，可采用超載預(yù)壓方法，即施加超過上部承重的壓力進(jìn)行壓載，該法對(duì)降低地基次固結(jié)沉降效果更好。壓實(shí)法通過短時(shí)間的能量施加，縮小不良地質(zhì)體積，荷載施加時(shí)間較短。加筋法施工難度最大，效果最好，適合大范圍、深度大的不良地質(zhì)處理。

3.2 化學(xué)處理方法適用性

化學(xué)處理方法通過在不良土質(zhì)中注入固化劑或者漿液，使其與原裝土反應(yīng)形成新的高強(qiáng)度基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。其中深層攪拌法通過將軟粘土地基與水泥、石灰和粉煤灰等固化劑進(jìn)行機(jī)械攪拌，兩者相互混合、反應(yīng)和凝固。灌漿法或注漿法適用于存在孔隙的砂土地基或者巖石地基，通過向不良地質(zhì)縫隙中灌入漿液，待漿液凝固成型后形成支護(hù)墻體，增強(qiáng)地基強(qiáng)度。不同化學(xué)處理方法對(duì)比如表3所示。

3.3 對(duì)比分析

物理地基處理方法施工機(jī)具簡單，操作難度低，造價(jià)更低，但是影響范圍小，多適用于深度不大的不良地質(zhì)處理?；瘜W(xué)處理方法可用于深層不良地質(zhì)處理，且處理后的地基的穩(wěn)定性和耐久后更好，但是需要專業(yè)人員操作，且施工機(jī)械復(fù)雜。因此不良地質(zhì)的處理方法選擇不僅需要根據(jù)不良地質(zhì)的性質(zhì)，還需要依據(jù)不良地質(zhì)范圍和投資預(yù)算。

對(duì)于小范圍的、深度不大的不良地質(zhì)，可采用置換方法進(jìn)行地質(zhì)處理，該方法簡便易行，造價(jià)低廉，且適合所有性質(zhì)的不良地質(zhì)。對(duì)于大范圍的軟土地基，可采用壓載排水法，因?yàn)閴狠d排水法需要消耗一定時(shí)間，需要提前評(píng)估其對(duì)工期的影響。對(duì)于孔隙率高、干燥的砂質(zhì)土或碎石，可采用壓實(shí)法，效果明顯且操作復(fù)雜程度低。對(duì)于有滑坡風(fēng)險(xiǎn)的地基，加筋法最為適用。如果不良地質(zhì)深度較大，則需要采用化學(xué)處理方法。其中粘性土地基適合采用深層攪拌，非粘性土地基適合采用灌漿法?；瘜W(xué)處理方法需要提前進(jìn)行勘察，確定軟弱體位置和深度，依次確定施工位置，制定合適的施工方案。

4 結(jié)論

路基的質(zhì)量直接決定了公路使用壽命，對(duì)于公路路基的不良地質(zhì)必須進(jìn)行處理達(dá)到符合公路運(yùn)行的需求。該文就不良地質(zhì)的處理方法進(jìn)行總結(jié)和分析，給出了不同處理方法的加固地基原理和適用范圍。可以得到以下結(jié)論：

（1）公路路基不良地質(zhì)的處理方法可分為物理地質(zhì)處理法和化學(xué)地質(zhì)處理法。其中物理地質(zhì)處理法通過置換、壓實(shí)和排水等方法改變?cè)瓲钔亮W(xué)性質(zhì)，使其滿足公路運(yùn)行要求?；瘜W(xué)處理方法通過向不良地質(zhì)中加入固化劑或注入漿液，使其與原狀土體融合反應(yīng)，形成新的高強(qiáng)度的改良地質(zhì)。

（2）在實(shí)際工程不良地質(zhì)方案確定時(shí)，須結(jié)合現(xiàn)場土體性質(zhì)以及施工器械和經(jīng)濟(jì)投資進(jìn)行選擇。該文對(duì)不良地質(zhì)的處理方法進(jìn)行了分類論述，并分析了各自處理方法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-01-26

作者簡介：馮帆（1984—），女，本科，中級(jí)工程師，研究方向：公路工程地質(zhì)勘察。