公路路橋施工中有關(guān)軟土地基處理策略研究

曹澤民

河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 河南 鄭州 450000

1 軟土地基施工管理的重要性

公路工程中軟土地基的處理非常重要，軟土地基強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差、具有明顯的流變性，因此軟土地基容易出現(xiàn)剪切破壞現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致路基塌陷、沉降等問題，嚴(yán)重影響公路的運(yùn)行安全。為保證公路軟土地基處理滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，路基工程施工管理工作的重要性不言而喻，其管控效果直接關(guān)系著公路軟土地基處理效果，路基工程建設(shè)能否達(dá)到預(yù)期效果也會(huì)直接受到影響。對(duì)于呈帶狀且跨度較大的公路工程來說，施工往往需要在不同地質(zhì)環(huán)境下開展，軟土路基問題較為常見，為做好軟土地基的處理，必須應(yīng)用合理的軟土地基處理技術(shù)并配合科學(xué)化的施工管理[1]。

2 軟土地基的特性

天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的細(xì)粒土，包括淤泥、淤泥質(zhì)土，泥炭和泥炭質(zhì)土等。其壓縮系數(shù)一般大于0.5MPa-1，不排水抗剪強(qiáng)度小于30kPa。

軟土的主要特性：①觸變性。靈敏度一般為3～4，有的可達(dá)8～9。②流變性。除固結(jié)流變外，即使在相當(dāng)小的剪切荷載作用下，變形也可能長(zhǎng)期發(fā)展，如中國(guó)深圳機(jī)場(chǎng)淤泥質(zhì)黏性土，剪切流變屈服值C3=4.5kPa，Φ3=7.7°；破壞值Cf=6.0kPa，Φf=10.7°。③高壓縮性。如淤泥與淤泥質(zhì)黏土的壓縮系數(shù)a1-2可達(dá)1.0 MPa-1以上，中國(guó)上海地區(qū)軟土達(dá)到1.5 MPa-1，且有長(zhǎng)期的次固結(jié)影響。④低強(qiáng)度。如上海地區(qū)軟土不排水剪最低強(qiáng)度僅10～20 kPa，因此要提高軟土的強(qiáng)度，必須改善地基土的固結(jié)排水條件，控制施工加荷速率。⑤低滲透性。垂直方向的滲透系數(shù)一般在10-6～10-8cm/s之間，但當(dāng)軟土層與粉砂、粉土互層相間組成時(shí)，其水平滲透系數(shù)約為10-4～10-5cm/s。⑥不均勻性。軟土層中常夾有厚薄不一的粉土或粉砂透鏡體，使土體在水平和垂直方向力學(xué)性質(zhì)不均一，例如上海軟土模量比Eh/Ev=0.95～1.86，且隨固結(jié)壓力呈非線性變化，作為建筑物地基則易產(chǎn)生差異沉降。

3 軟土地基基本處理原則

3.1 處理原則

排水固結(jié)和工程技術(shù)處理是軟土地基的兩個(gè)基本處理原則，其中排水固結(jié)是指采用真空、電滲或堆載預(yù)壓強(qiáng)行排出軟土地基內(nèi)的大量水分，使其快速固結(jié)。而另一種方法是根據(jù)軟土地基性質(zhì)，采取加固、置換的工程技術(shù)。排水固結(jié)法由于施工周期長(zhǎng)，施工工程中固結(jié)效果難以判斷，且工藝復(fù)雜和施工困難等原因采用較少。第二種方法因?yàn)槠淠軌蚣瓤焖儆譁?zhǔn)確地進(jìn)行軟土地基處理，所以是施工人員最常用的軟土地基處理方法。

3.2 勘察注意事項(xiàng)

軟土工程勘察的重點(diǎn)是查明軟土成因與類型，分布范圍與規(guī)律，工程性質(zhì)與工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)等?？辈旆椒☉?yīng)采用多種原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合，綜合確定土層的力學(xué)參數(shù)。一般可用1/3～1/2靜力觸探孔代替鉆孔，估算軟土的壓縮模量、強(qiáng)度、單樁承載力；選擇樁基持力層，判定沉樁的可能性等。同時(shí)宜用十字板剪切試驗(yàn)測(cè)定軟土的抗剪強(qiáng)度與靈敏度。采用旁壓試驗(yàn)和螺旋板載荷試驗(yàn)確定土的極限荷載，估算土的變形模量或旁壓模量等參數(shù)。對(duì)軟土地基中的粉土或砂層應(yīng)輔以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。室內(nèi)試驗(yàn)主要是固結(jié)試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、靜止側(cè)壓力（k0）試驗(yàn)，其試驗(yàn)方法視土質(zhì)軟弱程度、建筑物的施工速度、土層上覆有效荷載等因素確定。

4 公路路橋施工中軟土路基的施工問題

4.1 地段處理不當(dāng)

公路施工中，軟土路基施工問題備受關(guān)注，需要重視一些細(xì)節(jié)性的問題，尤其是重視一些要點(diǎn)，如果未能對(duì)基本的施工要點(diǎn)進(jìn)行逐一的細(xì)化，則會(huì)影響到施工效果，甚至?xí)裣轮T多的隱患。施工人員應(yīng)該做好實(shí)際的勘察，若是現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)不到位，或是未能清楚地認(rèn)識(shí)到軟土地區(qū)的基本結(jié)構(gòu)問題，對(duì)于軟土地區(qū)應(yīng)該進(jìn)行處理的地方未采取任何舉措，將會(huì)直接的影響到整個(gè)項(xiàng)目安全，還會(huì)引起塌方或者是其他嚴(yán)重事故。

4.2 施工機(jī)械水平有待提高

在公路工程路基處置施工期間，采用的傳統(tǒng)技術(shù)中所應(yīng)用到的各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備，仍然比較落后和低效，容易造成處理效果不佳、處理效率低，很難符合社會(huì)逐步發(fā)展對(duì)公路工程施工設(shè)備的客觀需求，進(jìn)而致使在對(duì)軟土路基處理期間，很難符合公路重交通、重載運(yùn)行的客觀需求和規(guī)定，最終使得公路工程建設(shè)完成后，存在嚴(yán)重的安全隱患和質(zhì)量問題[2]。

4.3 路堤寬度和高度的影響

在公路工程建設(shè)期間，路堤設(shè)計(jì)的高度和寬度都會(huì)存在明顯的不同，這也就導(dǎo)致軟土路基處理技術(shù)和方法也會(huì)有明顯的差異。同時(shí)，路堤的高度和寬度在不同的情況下，對(duì)于地基承載力也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。因此，在公路工程施工過程中，要對(duì)道路的整體情況展開全面的考量，減少或避免其對(duì)公路工程造成不良的影響。

4.4 軟土路基的沉降問題

軟土路基的沉降問題是備受矚目的問題，在對(duì)軟土路基進(jìn)行處理的時(shí)候，需要積極的重視一些要領(lǐng)，一旦發(fā)現(xiàn)存在著引起沉降的因素，則應(yīng)該及時(shí)采取應(yīng)對(duì)方案，保證更好的解決實(shí)際的難題。實(shí)際施工的時(shí)候，軟土路基極易遭遇路基沉降的異常問題。某些軟土路基剩余沉降以及路基沉降問題極為明顯，直接的影響到項(xiàng)目本身的穩(wěn)定程度，還會(huì)對(duì)項(xiàng)目施工產(chǎn)生直接的干擾。采取科學(xué)的方式妥善的處理沉降問題，合理的預(yù)估沉降量，屬于亟待解決的重中之重[3]。

5 軟土地基處理方法的進(jìn)一步探討

5.1 規(guī)范施工行為

為保證公路軟土地基得到合理處置，可首先從施工行為規(guī)范入手。以采用振動(dòng)沉管成樁法的高速公路軟土地基處理為例，具體處理工藝為碎石褥墊層+堆載預(yù)壓+CFG樁，該工藝具備樁間土擠密效果顯著、施工操作簡(jiǎn)單、施工成本較低等優(yōu)勢(shì)，以此形成的復(fù)合地基在減少變形、提高承載能力、降低基土液化幾率等方面均可發(fā)揮積極作用。該設(shè)計(jì)用于某全長(zhǎng)6.4km的雙向四車道高速公路標(biāo)段，路基寬度為28m，車速為120km/h，選擇瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)。案例工程采用1.5m的樁基間距，樁長(zhǎng)、樁徑分別為5m、40cm，同時(shí)設(shè)置碎石褥墊層30cm。在施工開始前，需做好臨時(shí)排水溝的開挖工作，臨時(shí)降水溝需同時(shí)縱向開挖，達(dá)到降低地表水位的目的，為基底草皮清除施工提供支持。完成草皮清除后，進(jìn)行厚宕渣填筑，厚度為50cm，整平后開展輕度碾壓，碾壓平整即可，滿足材料與設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)堆放條件。

在具體的路基工程施工管理工作中，施工行為規(guī)范還需要關(guān)注以下要點(diǎn)：①認(rèn)真完成地質(zhì)資料、施工工藝、設(shè)計(jì)內(nèi)容的校核以及技術(shù)參數(shù)核定；②開展樁位、水準(zhǔn)點(diǎn)、基線的復(fù)核測(cè)量，同時(shí)需關(guān)注樁軸線定位點(diǎn)；③樁機(jī)就位后，結(jié)合沉管入土深度和樁體設(shè)計(jì)長(zhǎng)度控制機(jī)架高度與沉管長(zhǎng)度，保證沉管與地面垂直，按照1%以內(nèi)控制樁體垂直度偏差值，并保證存在15cm內(nèi)的平面點(diǎn)位差。沉管過程記錄需每米開展1次，并在記錄中特別說明土層變化，直至達(dá)到設(shè)計(jì)高程；④及時(shí)向樁管內(nèi)投料，直至進(jìn)料口與混合料齊平，混合料加水拌和時(shí)間應(yīng)控制在 60s以上，如大量應(yīng)用粉煤灰，需適當(dāng)延長(zhǎng)拌和時(shí)間，控制坍落度在3～5cm，成樁后浮漿厚度一般需要控制在20cm內(nèi)；⑤進(jìn)行5～10s留振后拔管，速度控制為1.2～1.5m/min，如遇到淤泥質(zhì)土，需適當(dāng)放慢拔管速度；⑥撥出沉管后封頂，封頂選用粒狀材料濕黏土；⑦強(qiáng)化施工參數(shù)控制，復(fù)合地基承載力不得小于250kPa，碎石粒徑需控制在8～20mm，單樁承載力不得小于360kPa。對(duì)于CFG樁上鋪筑的碎石墊層，需嚴(yán)格控制碎石粒徑在8～20cm，鋪筑厚度為30cm；⑧制作混合料試塊，每臺(tái)機(jī)每天抽樣1組，每組包括150mm邊長(zhǎng)的立方體試塊3塊，需保證28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最小值為10MPa。還需要同時(shí)開展低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試，需抽取最少10%的CFG樁，保證其強(qiáng)度不低于10號(hào)混凝土且樁身完整；⑨完成施工后28d，需開展CFG樁體質(zhì)量檢測(cè)，采用低應(yīng)變檢測(cè)的方法，按照最少10%抽樣，必要時(shí)要對(duì)復(fù)合地基承載能力開展靜力載荷試驗(yàn)，樁身按照0.5%～1.0%頻率抽檢，最少檢測(cè)3個(gè)點(diǎn)位[4]。

5.2 強(qiáng)化施工管理

路基工程施工管理直接影響軟土地基處理效果，因此具體施工管理需嚴(yán)格遵循相關(guān)要求。對(duì)于軟基處理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需關(guān)注勘察項(xiàng)目及數(shù)據(jù)是否存在不足或遺漏問題，如存在問題須重新勘察，以此消除病害隱患。在路基工程大面積施工前需要進(jìn)行試樁，此過程必須得到重視。對(duì)于該環(huán)節(jié)施工過程的科學(xué)管控也不容忽視。在具體軟基處理過程中，需進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，重點(diǎn)監(jiān)控施工相關(guān)數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)問題必須圍繞施工工藝、相關(guān)參數(shù)進(jìn)行深入分析，并開展針對(duì)性調(diào)整。

復(fù)合地基需要將剛度和強(qiáng)度較高的樁體打入軟基，由樁體和軟基土體共同承擔(dān)上部荷載，地基承載力可隨之提升，因此必須嚴(yán)格控制樁體施工質(zhì)量，CFG樁施工要點(diǎn)必須得到重視。仍以上文提及的高速公路工程CFG樁施工為例，該工程的施工管理具有一定的針對(duì)性：

5.2.1 CFG樁施工容易擾動(dòng)土體，受到擾動(dòng)后的不同密度土體存在不同的承載力變化，振動(dòng)沉管成樁工藝在較高密實(shí)度的土體中應(yīng)用會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞問題，進(jìn)而導(dǎo)致土體承載能力衰減，因此施工前需做好相關(guān)的試驗(yàn)工作，并通過科學(xué)設(shè)計(jì)樁體間距和沉樁順序來保證樁身質(zhì)量并降低土體擾動(dòng)。

5.2.2 提升沉管速度過快對(duì)CFG樁施工質(zhì)量會(huì)造成一定影響，還會(huì)引發(fā)縮頸和斷樁等問題，拔管太慢或留振時(shí)間過長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致水泥混合料離析、樁頂浮漿過多，進(jìn)而影響樁體強(qiáng)度均勻性。

5.2.3 在飽和軟土中，相對(duì)較小的樁機(jī)振動(dòng)力很容易引發(fā)縮頸和斷樁等施工問題，因此需科學(xué)選用隔樁跳打工藝進(jìn)行施工。

5.2.4 如成樁選擇活瓣式樁靴，受混合料下落不充分、樁靴開口寬度過小影響，樁端與土體可能出現(xiàn)接觸不密實(shí)等問題。CFG樁的振動(dòng)沉管施工需做好施打順序、拔管速率、樁距的科學(xué)控制[5]。

5.3 加強(qiáng)施工監(jiān)控

如軟基路堤的變形和穩(wěn)定性對(duì)邊界條件變化敏感，填土等施工節(jié)奏應(yīng)適當(dāng)調(diào)整，并設(shè)法優(yōu)化軟基處理細(xì)節(jié)，必要時(shí)需要進(jìn)行軟基處理設(shè)計(jì)方案變更，從而保證路基穩(wěn)定。軟基施工監(jiān)控主要圍繞普通斷面和主控?cái)嗝娣謩e開展，普通斷面監(jiān)控需要以主控?cái)嗝鏋橹笇?dǎo)。主控?cái)嗝鎽?yīng)選擇邊界條件較差、性質(zhì)較差、軟土深厚、填土較高的路段，需將監(jiān)測(cè)儀器設(shè)置齊備。如主控?cái)嗝孢x擇不當(dāng)，軟基處理效果將無法得到保障，在填土等施工環(huán)節(jié)很容易出現(xiàn)滑塌等病害。位移邊樁一般不會(huì)用于公路軟基監(jiān)控，這是由于填土加載時(shí)，軟基最大水平向擠出變形在會(huì)在地表下一定深度發(fā)生，變形不會(huì)在地表出現(xiàn)，這使得軟基的穩(wěn)定狀況和側(cè)向擠出變形無法由位移邊樁準(zhǔn)確反映。在基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的路基穩(wěn)定判別過程中，需保證采用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員，技術(shù)人員的綜合判斷能力也要得到保障，以此保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，充分發(fā)揮監(jiān)控作用，保證施工質(zhì)量和安全[6]。

6 結(jié)束語

綜上所述，公路路基工程施工管理直接影響軟土地基處理效果，因此，規(guī)范施工行為、強(qiáng)化施工管理非常重要。為更好地保證軟土地基處理效果，加強(qiáng)軟土地基施工管理是必要的。