濕軟土質(zhì)下公路路基施工技術(shù)分析

何振炬

（廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

在公路路基施工中，經(jīng)常會遇到不同類型的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，如濕土、軟土及濕軟土等，在這些地質(zhì)環(huán)境下進行路基施工，需要采取很多施工措施，而且這些施工措施不相同，如排水、補強等。隨著我國公路施工技術(shù)的不斷完善，現(xiàn)階段已具備在特殊地質(zhì)環(huán)境中施工的能力，各項工程參數(shù)和指標已達到國際標準。公路濕軟土路基施工技術(shù)較復雜，要綜合考慮工藝、人員、設(shè)備、成本等因素，包括排水階段對周邊環(huán)境的影響及施工安全等。深入研究濕軟土質(zhì)結(jié)構(gòu)下的公路路基施工技術(shù)，能夠提高公路工程的質(zhì)量和使用年限，對行車安全性和舒適度具有重要意義［1］。

1 濕軟土質(zhì)結(jié)構(gòu)概述

施工環(huán)境的土質(zhì)受到地下水或地表水的侵蝕，使得地基長期處于潮濕或過濕狀態(tài)，但地基本身具有一定的結(jié)構(gòu)強度，這種情況下的施工環(huán)境可歸結(jié)為濕土環(huán)境。軟土地質(zhì)結(jié)構(gòu)是指飽和的軟黏土，但不包括飽和的砂性土和液化土，按照成因可分為海洋沿岸、湖畔及河灘沉積；按照物理特性可分為軟黏性土、淤泥質(zhì)土和淤泥、泥炭、雜填土、高壓縮土等。軟土地基自身強度較差，通常需要采取補強等措施。濕軟土兼有濕土和軟土的特征，長期處于濕潤的環(huán)境中，但自身的結(jié)構(gòu)強度不足，需要同時采取排水和補強措施。

在濕軟土質(zhì)環(huán)境下的公路路基施工中，如果不事先對土質(zhì)結(jié)構(gòu)進行加固處理，則后續(xù)一系列常規(guī)的施工操作將不再適用，這是因為在此種環(huán)境下，土質(zhì)結(jié)構(gòu)具有較低的強度和較小的承載力，雖然相關(guān)的力學、物理學等定律依然適用，但是工程施工中的各類公式需要經(jīng)過復雜的換算才能符合濕軟土質(zhì)條件下的計算要求。以折算系數(shù)為例，不同的土質(zhì)環(huán)境下折算系數(shù)不同，與土質(zhì)中含水量、孔隙比等很多因素有關(guān)，因此折算與換算過程非常容易出現(xiàn)差錯，相關(guān)數(shù)據(jù)的錯誤將給工程施工造成嚴重影響，包括材料使用量和時間控制等方面。因此，在路基施工前，對這類濕軟土質(zhì)結(jié)構(gòu)進行加固處理尤為必要，而加固的目的就是為了控制地基沉降，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這也是公路路基施工中的重點和難點。一方面，通過監(jiān)測設(shè)備對路基的沉降情況進行連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測過程應在較為理想的施工環(huán)境下進行，避免在雨天等環(huán)境進行監(jiān)測。監(jiān)測應選用精度較高的儀器，在監(jiān)測之前應查看儀器的質(zhì)檢情況，施工現(xiàn)場的監(jiān)理人員負責監(jiān)測過程的協(xié)調(diào)工作。另一方面，當路基不再發(fā)生沉降后，可取樣進行結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性的測試，通過試驗來綜合判定路基施工質(zhì)量是否能夠滿足施工的標準要求［2］。

2 濕軟路基常用處理方法

通常，淺層及深層的處理范圍很難界定，根據(jù)工程經(jīng)驗，地面以下大概5 m深度范圍內(nèi)可視作淺層，這種深度的人工地基應用由建筑物的荷載值大小決定，同時與地基土的具體力學特性有關(guān)。相比深層地基處理，淺層地基在處理過程中需要的工藝技術(shù)和設(shè)備較簡單，消耗的施工材料更少。

2.1 淺層處理方法

2.1.1 換填法

換填法又稱作換土法，是指將路基區(qū)域范圍內(nèi)的軟土清除，取而代之的是穩(wěn)定性較好的土、石等材料，將這類土、石回填后再進行壓實或夯實的過程。換填施工的難點在于實際開挖深度和壓實效果的控制，某種意義上來講，二者是相輔相成的，最終目的都是為了控制路基的沉降量。

解決措施：公路路基施工中，通常采用開挖換填天然砂礫的方法，將影響路基穩(wěn)定的軟土或淤泥用挖掘機清除，使用天然砂礫換置，實際的開挖換填深度應控制在2 m以內(nèi)，使用分層回填、分層壓實和分層壓實度檢測的方法，進而提高地基的承載力、抗形變和穩(wěn)定性等工程指標，換填過程中應充分考慮天然砂礫中碎石的含量、粒徑和級配參數(shù)，認真做好試驗檢測工作，避免壓實效果不佳而引起沉降。換填法的作用是根據(jù)土中附加應力的分布情況，使墊層承擔較大的荷載，而軟土層則承受較小的荷載，達到持力層具有較高承載能力的目的，在一定程度上加速了軟土層排水固結(jié)的速度，弱化了膨脹土的形變趨勢，并減少了沉降量。

2.1.2 拋石擠淤法

拋石擠淤法是指用片石投入軟土使淤泥擠出的方法。該方法在施工過程中不用挖淤、抽水，施工工藝簡單易用，能夠使片石在軟土中沉底，在表面無硬塊、厚度很薄的稀疏軟土（軟土層厚度小于3 m）中使用較多，填料的屬性、拋填的順序及回填過程是該施工方法的難點。

解決措施：此種工法在填料過程中應使用弱風化石料進行擠淤，粒徑尺寸小于30 cm的石料含量應控制在20%以內(nèi)，在軟土層相對較為平坦時，應沿路中線向前方拋填，并逐漸向路兩側(cè)擴展，當片石從軟土面拋出后，可使用粒徑較小的石塊進行填塞、墊平，隨后使用重型機械進行碾壓，并于其上方鋪設(shè)反濾層，最后回填土石方，回填施工過程應分層填筑、分層碾壓。

2.1.3 砂墊層法

砂墊層法屬于一種常用的軟土路基處理方法，通過砂（碎石）墊層將地基的持力層軟土直接置換，施工過程中挖出基底一定深度的軟土，使用砂、碎石或其他硬度較大的材料分層填筑，然后進行夯實、振密。砂墊層法因施工技術(shù)簡單易用而得到了廣泛的使用，在多數(shù)軟土路基施工中為首選。砂墊層法對提高路基持力層的荷載能力具有明顯的效果，并可減少路基沉降，在加速軟土層的排水固結(jié)能力方面也具有一定作用，可提高地基的強度和穩(wěn)定性，防止地基土受到塑性破壞，砂墊層厚度的控制是該工法的難點所在。

解決措施：砂墊層厚度通?？刂圃?.5～1.0 m，墊層太厚會給施工帶來不便，墊層太薄則施工效果較差。砂料中應以粗砂為主且級配良好，粗砂顆粒不均勻系數(shù)應小于5，含泥量應控制在5%以內(nèi)。該工法可就地取材，施工便利、成本較低，適用于淤泥質(zhì)土、素填土、雜填土及濕陷性黃土的淺層地基處理，此外也適用于類似土質(zhì)結(jié)構(gòu)的暗溝、暗塘等地基處理。

2.1.4 土工合成材料墊層法

工合成材料墊層法多用于路基底部軟土地基施工，鋪設(shè)的土工合成材料加筋后形成復合式土體結(jié)構(gòu)，起到排水、反濾、隔離、加固和補強等作用，該工法可提高路基結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性并減少路基沉降。該工法的施工難點是土工格柵部分，特別是格柵的規(guī)格、位置及搭接寬度等參數(shù)應重點關(guān)注。

解決措施：在土工合成材料墊層法施工中，當進行土工格柵鋪設(shè)時，應將格柵拉緊，禁止發(fā)生褶皺，用鋼釘將格柵固定在底面上，將土工格柵強度較高的位置垂直于路基的軸線方向，且相鄰兩組格柵搭接寬度應為20 cm，使用φ0.9 mm的鋼筋將搭接處綁扎牢固。應保證鋪設(shè)土工格柵材料的地面平整無雜物，禁止使用施工機械碾壓土工格柵，完成土工格柵的鋪設(shè)后應及時進行填筑，以防止長時間的陽光暴曬或雨水浸泡［3］。

2.2 深層處理方法

2.2.1 排水固結(jié)（預壓）法

排水固結(jié)法施工的目的：①減少結(jié)構(gòu)體地基沉降，使地基沉降在預壓階段基本結(jié)束，最終使結(jié)構(gòu)體在正常使用過程中不再發(fā)生沉降。②加速地基土抗剪強度的變化，提高結(jié)構(gòu)體地基強度和穩(wěn)定性。③在一定程度上消除欠固結(jié)軟弱地基中負摩阻力，也可減少工后地基沉降范圍。而土體結(jié)構(gòu)中的孔隙水一般較難徹底排出，該工法的施工難點在于砂井及排水墊層的設(shè)置。

解決措施：根據(jù)排水固結(jié)的原理，在地基土內(nèi)部設(shè)置砂井進行豎向排水，鋪設(shè)排水墊層，使用建筑物自重分級加載，或在建筑物施工前先行預壓以排出土體結(jié)構(gòu)中的孔隙水，分層固結(jié)使地基發(fā)生下沉，待地基穩(wěn)固后其強度可達到工程標準要求。排水固結(jié)法比較適用于淤泥質(zhì)土、沖填土和黏性土的路基施工處理中。

2.2.2 粉噴樁法

粉噴樁施工法屬于深層地基加固方法的一種，也稱為加固土樁法，該工法在飽和軟黏土地基的加固中被廣泛使用，屬于一種新型的深層攪拌法。粉噴樁法施工使用專用的機械設(shè)備，施工過程包括樁位放樣、鉆機就位、樁基檢測、機體調(diào)整、鉆進預定深度、打開噴粉孔、提鉆噴水泥、達到標高停止噴粉、復噴等［4］。該工法的施工難點在于固化劑原料的選用和搭配，以及完成軟土凝結(jié)后結(jié)構(gòu)強度的驗證。

解決措施：使用水泥、石灰等原料作為固化劑的主要成分，由特定的拌和設(shè)備將軟土和固化劑進行攪拌，軟土和固化劑在混合攪拌過程中會發(fā)生一系列的物化反應，軟土在經(jīng)此過程后發(fā)生凝結(jié)，凝結(jié)后的軟土具有足夠的整體性、水穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)強度，能夠滿足路基施工的要求。

3 工程案例應用與分析

3.1 工程概況

以廣西崇左市某段公路工程為例，該施工區(qū)濕軟土路基共計10段，總長度為1 256 m，其中挖淤泥和軟土共106 842 m3，拋石擠淤量為 925 614 m3，回填砂巖及透水性砂巖量為 115 436 m3，處理面積為 61 564.3 m2，工程中對濕軟土路基處理是重點工作內(nèi)容，這對保證路基的施工質(zhì)量和工期具有重要意義。將ZKL5+580～ZKL5+600和ZKL7+400～ZKL7+540段表土清除，使路基置于巖體上，實際換填深度為2 m，同時清除ZKL7+940～ ZKL8+036段表土，使路基置于巖體上，實際換填深度為3 m，其余路段的換填深度為1.5 m，拋石擠淤深度為2 m。

3.2 存在的問題

該施工段中濕軟土路基范圍較大，地質(zhì)構(gòu)造較復雜，在進行路基處理時存在諸多不確定性，包括很多風險因素及環(huán)保因素，因此應選擇合適的濕軟土路基處理方法。經(jīng)地質(zhì)勘測發(fā)現(xiàn)，該施工區(qū)域水系發(fā)育，臨近農(nóng)田和池塘，不宜使用排水固結(jié)法進行濕軟土路基的處理，否則會給附近的環(huán)境帶來污染。如果使用水泵進行疏排水，需要進行遠距離輸送，會增加額外的施工成本且效果不理想。此外，濕軟土質(zhì)環(huán)境下進行路基處理經(jīng)常會發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象，施工后路基含水量、孔隙比、結(jié)構(gòu)強度等指標很難達到要求，這些因素給該區(qū)域的路基施工帶來了一定的困難。

3.3 解決對策

為保證該土質(zhì)情況下路基具有較好的結(jié)構(gòu)強度，本施工案例中使用拋石擠淤的方法處理施工區(qū)的軟基。首先進行表層淤泥和軟土的開挖工作，換填開挖應從縱向的施工便道其中的一側(cè)開始，開挖時應保證機械設(shè)備在已填實的便道上行進，配合一定數(shù)量的自卸車，邊挖邊進行收運，在指定位置集中存放棄土。施工現(xiàn)場應配有專職監(jiān)理人員來協(xié)調(diào)設(shè)備及施工進度，當挖到設(shè)計標高時，通知監(jiān)理等相關(guān)技術(shù)人員進行驗槽，工程參數(shù)符合設(shè)計標準后用挖掘機或推土機進行平整、碾壓，然后使用小石塊填塞、墊平，最后使用壓路機碾壓密實。當軟土地質(zhì)呈流動狀時，填筑過程應沿路基中心線以三角形的方式向前投放片石，并逐漸向兩側(cè)區(qū)域擴展。當軟土地層的橫坡坡度超過1∶10時，應從高處逐漸向低處進行填筑，并于低處的坡腳外適當寬度范圍內(nèi)同時進行片石拋填，拋填片石后再填充墊層，采取逐步推進的方式進行。

沿濕軟路基的縱向每隔100～160 m設(shè)置斷面監(jiān)測點，保證至少有3個斷面監(jiān)測點，在填挖分界處增設(shè)穩(wěn)固的監(jiān)測點。用于位移監(jiān)測的邊樁可設(shè)置在公路兩側(cè)，坡腳位置最佳，也可設(shè)置在坡腳外4 m處，在滑裂或失穩(wěn)度較大位置應增加監(jiān)測點，一般情況下應在坡腳外布設(shè)位移邊樁，具體范圍在3～9 m，數(shù)量為3～4個，同時位移邊樁應確保安全、可靠。斷面邊樁應以同一軸線為設(shè)置原則，并不定期對作業(yè)基本面進行校核，樁基面需有穩(wěn)妥的保護措施，地面位移監(jiān)測設(shè)備的測角精度為2″，測距的精度誤差為±5 mm，濕軟路基橫向上的位移監(jiān)測重點位置是公路采空區(qū)或土質(zhì)條件較差的路段。

在進行沉降情況監(jiān)測前，應在路基的中心、路肩及坡腳的基底處預先埋設(shè)沉降板，以實現(xiàn)對這些位置高程變化的準確監(jiān)測，進而對濕軟路基的具體沉降情況有所掌握，可通過水平位移標點樁或校核基點樁的方式進行監(jiān)測，測量精度要求為1 mm/km，應事先做好標點邊樁的埋設(shè)工作，對相關(guān)數(shù)據(jù)及時監(jiān)測并做好記錄，為濕軟路基的處理和施工提供數(shù)據(jù)支持。此外，應充分利用其他工程設(shè)備對路基的沉降情況進行有效監(jiān)測，如分層沉降儀、地表沉降板等，這些專用監(jiān)測儀器能夠較好地反映路基的沉降速率，保證路基施工的順利進行［5］。

3.4 施工質(zhì)量評估

本工程案例中使用了拋石擠淤法進行濕軟路基施工，使施工區(qū)域內(nèi)淤泥發(fā)生整體剪切破壞，兩側(cè)淤泥向上翻涌并逐漸隆起，在淤泥中形成連續(xù)滑動面，使得土石填筑體能夠擠開淤泥而不斷下沉到一定深度?？梢姡潦钪w及重型施工車輛的壓力，使填筑體和淤泥達到新的平衡狀態(tài)，待此平衡狀態(tài)靜置一段時間后，對該施工段的地基強度等工程指標進行檢測可知，由少量淤泥及填筑體構(gòu)成的新的地基結(jié)構(gòu)，其含水量較低、孔隙比較小、結(jié)構(gòu)強度較高，符合濕軟土質(zhì)結(jié)構(gòu)路基施工后的各項標準。本案例的成功應用，證明了拋石擠淤法在濕軟土質(zhì)情況下提高路基整體結(jié)構(gòu)強度的可行性。

4 結(jié)束語

拋石擠淤法的實質(zhì)是向流塑狀、高濕軟度的淤泥質(zhì)土中集中拋填土石料，通過填筑體自重或施工機械的壓力，將淤泥擠出基底并由填筑體占據(jù)，以達到置換濕軟土的目的，并以此增強地基的荷載能力。本文深入研究了濕軟土質(zhì)結(jié)構(gòu)下公路路基施工技術(shù)，特別是在淤泥土質(zhì)情況下的換填開挖、運輸和拋石擠淤等工作，對減小路基沉降、提高路基整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要作用。