公路軟土路基加固處理及沉降分析

陳旋

摘要 公路軟土路基是交通工程中常見的地基類型之一，其在交通運(yùn)輸中的安全性和可靠性至關(guān)重要。然而，軟土路基問題一直困擾著公路建設(shè)工作者，一旦處理不當(dāng)，將對(duì)公路建設(shè)質(zhì)量構(gòu)成較大威脅?；诖耍恼铝⒆愎ぷ鲗?shí)踐，對(duì)軟土地基的涵義及特點(diǎn)作了概述，探討了公路軟土路基的加固處理方法，并分析了加固后的路基沉降情況，希望能對(duì)今后我國公路軟土路基工程有所參考。

關(guān)鍵詞 軟土路基；加固處理；沉降分析；公路工程

中圖分類號(hào) U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）11-0070-03

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加速推進(jìn)，公路工程在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中起到舉足輕重的作用。而公路軟土路基作為公路工程中常見的地基類型，其地質(zhì)條件復(fù)雜，容易發(fā)生沉降和變形，給公路使用帶來安全隱患。因此，加固處理軟土路基以提高其承載能力和穩(wěn)定性，成為公路工程設(shè)計(jì)和施工中的關(guān)鍵問題。

然而，在實(shí)際公路建設(shè)過程中，軟土地基問題是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的問題，針對(duì)軟土路基的處理和沉降分析已成為公路工程領(lǐng)域的重要課題。基于此，該文圍繞軟土路基的加固處理及沉降分析展開深入研究，為今后我國軟土路基的加固處理提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

1 軟土路基概述

1.1 軟土路基的涵義

軟土路基是指在公路工程中所遇到的土質(zhì)較為松軟、強(qiáng)度較低的路基層[1]。軟土路基常見于河谷、濕地和沿海等地區(qū)，其土體結(jié)構(gòu)疏松，含水量較高，密實(shí)度較低。一般天然含水量可達(dá)5%以上和液限，天然空隙率達(dá)1.0以上，十字板抗剪強(qiáng)度不足35 kPa。

1.2 軟土路基的特點(diǎn)

（1）含水量高，透水性差。軟土路基主要由黏土顆粒群和淤泥顆粒群組成，含有少量有機(jī)土。在國內(nèi)公路建設(shè)過程中，常見的軟土路基的含水率一般為35%～80%，造成高含水率的問題出現(xiàn)。此外，軟土路基的透水能力較弱，整體密度較大。因此，當(dāng)公路路基的荷載強(qiáng)度增大時(shí)，軟土區(qū)域?qū)⒅饾u下沉，在此過程中，軟土中的水會(huì)因受到應(yīng)力擠壓而流出。

（2）不均勻結(jié)構(gòu)。軟土路基受其自身土壤比重和強(qiáng)度的影響，在公路建設(shè)過程中，通常會(huì)產(chǎn)生較多不同的應(yīng)力系統(tǒng)，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層嚴(yán)重不平衡，同時(shí)還會(huì)影響該區(qū)域土壤的基本性質(zhì)。隨著后續(xù)工程的逐漸疊加，由于這種極不均衡的應(yīng)力系統(tǒng)，軟土路基將發(fā)生持續(xù)變化，進(jìn)而可能導(dǎo)致路面開裂、部分路基破壞或輕微滑坡，甚至導(dǎo)致整個(gè)道路工程斷裂，嚴(yán)重威脅社會(huì)交通和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

（3）承載性較差。在項(xiàng)目建設(shè)過程中，確保道路正常發(fā)揮其運(yùn)輸功能是所有相關(guān)從業(yè)人員最為關(guān)注的問題。然而，軟土含水率較高，如淤泥軟土，其含水量可達(dá)35%～50%。在高含水量的狀態(tài)下，軟土的孔隙被水充填，致使土質(zhì)疏松，易被壓縮，進(jìn)而導(dǎo)致承載強(qiáng)度較弱。在高強(qiáng)度的荷載環(huán)境下，地基的整體極易遭到破壞。

（4）抗剪強(qiáng)度差。由于軟基的含水率大、透水能力差，因此較難正常排水，這將大幅度降低地基的抗剪強(qiáng)度。具有大孔隙和相對(duì)松散的軟土層會(huì)因過大的剪切力而由內(nèi)向外逐漸變形，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害，進(jìn)而降低工程質(zhì)量，增加工程項(xiàng)目的投資成本。

2 軟土路基處理

2.1 軟土路基處理應(yīng)考慮因素

在設(shè)計(jì)軟土路基處理時(shí)，應(yīng)綜合考慮多種因素，充分借鑒軟土路基處理在各地區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn)，并在方案確定前，組織對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選[2]。只有充分考慮，才能確保處理方案的有效性、可持續(xù)性以及經(jīng)濟(jì)性。具體來說，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素具體內(nèi)容如下。

（1）土質(zhì)特性。軟土路基的土質(zhì)特性包括含水量、液限、塑限、顆粒大小和顆粒形狀等。對(duì)于不同土質(zhì)特性的軟土，應(yīng)選擇適合的處理方法和工藝。例如，對(duì)于顆粒較大且含水量較高的軟土，可以采用排水法進(jìn)行處理，通過設(shè)置排水溝或者采用排水板，加快水分排出，提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。對(duì)于顆粒較細(xì)且顆粒形狀呈片狀的軟土，如高塑性黏土，可以采用加筋法，通過設(shè)置土工格柵或者土工合成材料，增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度和承載能力。

（2）路基穩(wěn)定性。穩(wěn)定的路基可以有效分散荷載，減少土體變形和沉降，保證公路平整度和舒適性。在軟土地區(qū)建設(shè)公路時(shí)，由于軟土具有較高的含水量、較低的抗壓和抗剪強(qiáng)度以及較大的壓縮性，可能導(dǎo)致路基在承受荷載時(shí)發(fā)生較大的變形和沉降。若處理不當(dāng)，可能導(dǎo)致路面開裂、沉降不均，甚至滑坡等嚴(yán)重問題，影響公路的正常使用和交通安全。因此，在軟土路基處理過程中，提高路基穩(wěn)定性至關(guān)重要。

（3）承載能力。承載能力是指路基在承受荷載時(shí)所能承受的最大壓力，在軟土地區(qū)建設(shè)公路時(shí)，由于軟土本身的物理和力學(xué)性質(zhì)較差，如高含水量、低抗剪強(qiáng)度和較大壓縮性等，使得軟土路基在承受荷載時(shí)可能發(fā)生較大的變形和沉降，進(jìn)而導(dǎo)致公路路面出現(xiàn)不平整、車輛行駛舒適度降低，甚至影響公路的安全運(yùn)行和使用壽命。因此，路基承載能力是軟土路基處理時(shí)重點(diǎn)考慮的因素之一。

（4）排水性能。良好的排水性能可以有效減少土體中的水分，降低土體的壓縮性和飽和度，從而提高路基的抗剪強(qiáng)度、承載能力和穩(wěn)定性。在軟土地區(qū)建設(shè)公路時(shí)，若路基的排水性能不佳，水分難以排出，可能導(dǎo)致路基的抗剪強(qiáng)度降低，失去承載能力，甚至發(fā)生滑動(dòng)等破壞[3]。此外，排水不暢還可能導(dǎo)致凍脹、膨脹、軟化等問題，進(jìn)一步影響公路的安全和耐久性。

（5）工程成本。合理的工程成本控制可以確保項(xiàng)目在預(yù)算范圍內(nèi)順利進(jìn)行，避免資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)的最大化。在軟土路基處理過程中，選擇合適的加固方法和材料對(duì)于降低工程成本具有重要作用，若采用高成本的處理方法和材料進(jìn)行加固，可能導(dǎo)致項(xiàng)目超出預(yù)算，影響項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和可行性。反之，若選擇低成本但效果不佳的處理方法，可能導(dǎo)致路基的性能不達(dá)標(biāo)，影響公路的安全和使用壽命，從而增加后期維護(hù)和修復(fù)的成本。

（6）環(huán)境影響。在軟土路基處理過程中，環(huán)境保護(hù)不容忽視，在加固方法選擇時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行綜合考慮。若采用污染性較大的材料或者處理方法進(jìn)行加固，可能導(dǎo)致土壤、地下水等環(huán)境污染，影響周邊生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。此外，軟土路基處理過程中的挖掘、填充等施工活動(dòng)，也可能破壞生態(tài)環(huán)境，如破壞植被、影響土地利用、改變水文條件等。

（7）施工條件。在軟土路基處理過程中，施工條件的優(yōu)劣直接影響施工效率、工程成本以及最終的工程質(zhì)量。因此，在選擇軟土路基處理方法和材料時(shí)，需充分考慮當(dāng)?shù)氐牡匦?、氣候、交通、供?yīng)鏈等施工條件，確保所選方案能夠適應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際情況，提高工程的可行性。例如，在偏遠(yuǎn)地區(qū)或者地形復(fù)雜的軟土地區(qū)建設(shè)公路時(shí)，由于交通不便、材料供應(yīng)困難或者氣候惡劣等因素，可能對(duì)軟土路基處理的施工進(jìn)度和質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。在此情況下，選擇適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)施工條件要求較低的處理方法和材料就顯得尤為重要，以確保工程順利進(jìn)行。

2.2 軟土路基常用加固處理方法

（1）化學(xué)固結(jié)法?；瘜W(xué)固結(jié)法主要通過向軟土中注入化學(xué)藥劑，包括水泥漿液、水泥+水玻璃混合漿液，使其與土體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成固結(jié)體從而提高軟土的抗剪強(qiáng)度和承載能力。該方法適合多種軟土類型，尤其對(duì)有機(jī)質(zhì)含量較低、黏結(jié)性土和高水分含量的軟土效果較好。但對(duì)于有機(jī)質(zhì)含量較高或特殊類型的軟土，如泥炭、垃圾填埋土等，固結(jié)效果可能有限。

（2）墊層法。墊層法是一種通過在軟土表面鋪設(shè)一層高強(qiáng)度、良好排水性的材料，如碎石、砂礫等，分散上部荷載并提高軟土的承載能力的加固方法。根據(jù)換填材料的種類不同，墊層法分為碎石墊層、砂墊層、渣墊層和灰土或高山土墊層。該方法適合各種類型的軟土，特別是對(duì)于含水量較高、承載能力較差的軟土效果更為明顯。但對(duì)于厚度較大的軟土層，墊層法無法提供足夠的承載能力。墊層法簡單易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于厚度較小的軟土層。

（3）排水固結(jié)法。排水固結(jié)法適合含水量較高、固結(jié)性較差的軟土類型，如高含水的黏性土、淤泥等。該方法通過設(shè)置排水系統(tǒng)，例如預(yù)應(yīng)力管道、排水帶或排水井，加速軟土中水分的排放，提高土體的承載能力和穩(wěn)定性。該方法的優(yōu)勢在于可以在不改變土體本身結(jié)構(gòu)的情況下，通過自然固結(jié)作用逐漸改善軟土性能。但其效果受軟土固結(jié)速度的影響，需較長時(shí)間才能達(dá)到預(yù)期效果。排水固結(jié)法的構(gòu)造組成如圖1所示。

（4）振密擠密法。振密擠密法適合顆粒狀軟土類型，如砂、砂質(zhì)黏結(jié)土和砂質(zhì)淤泥等。該方法通過對(duì)土體施加振動(dòng)力，使土顆粒在振動(dòng)作用下重新排列、緊密排布，從而提高土體的密度、承載能力和穩(wěn)定性，在顆粒狀軟土中效果較好，但對(duì)于黏結(jié)性較大的軟土，如純黏結(jié)土，該方法效果較差。此外，振動(dòng)施工會(huì)對(duì)周圍環(huán)境和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。按照施工工藝和加固材料劃分，振密擠密法可分為原位壓實(shí)法、強(qiáng)夯法、擠密砂石樁法、爆破擠密法、夯實(shí)水泥土樁法、重錘沖擴(kuò)樁法及孔內(nèi)夯擴(kuò)法等。

（5）深層攪拌法。深層攪拌法適合各類軟土，尤其是黏結(jié)性土和有機(jī)質(zhì)含量較高的軟土，如黏結(jié)土、淤泥和泥炭等。該方法通過深層攪拌機(jī)械將土體與攪拌材料（如水泥、石灰等）充分混合，形成均勻的土+攪拌材料復(fù)合體。深層攪拌法的優(yōu)點(diǎn)在于可以改善軟土的物理和力學(xué)性能，適用范圍廣泛。但施工過程可能較為復(fù)雜，且對(duì)施工技術(shù)和設(shè)備要求較高。深層攪拌法按固化劑種類和形態(tài)的不同可分為不同的種類，具體劃分如表1。

（6）振沖置換法。振沖置換法又稱為碎石樁法，特別適合黏結(jié)性土、高含水量軟土和有機(jī)質(zhì)含量較高的軟土，如黏結(jié)土、淤泥和泥炭等。該方法通過將振沖錘打入軟土層，擠壓并置換部分軟土，同時(shí)將砂礫等填充材料注入振沖錘產(chǎn)生的空隙，形成一種類似樁體的加固結(jié)構(gòu)。振沖置換法可以有效改善軟土性能，特別適用于交通不便、施工空間有限的工程場地，但施工過程中會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲，對(duì)周圍環(huán)境和結(jié)構(gòu)造成影響[4]。振沖置換法加固原理如圖2所示。

圖2 振沖置換法原理

（7）CFG樁加固法。CFG樁是一種混合水泥、粉煤灰和礫石的復(fù)合材料樁，并通過專用設(shè)備將樁材料打入軟土層。CFG樁適合各種類型的軟土，特別是黏結(jié)性土、高含水量軟土和有機(jī)質(zhì)含量較高的軟土，如黏結(jié)土、淤泥和泥炭等。CFG樁既可承受上部結(jié)構(gòu)荷載，又可作為土體加固的垂直排水通道。該加固方法具有施工速度快、承載能力高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但施工過程中對(duì)材料配比、樁體質(zhì)量和施工技術(shù)要求較高。

3 軟土路基沉降分析

3.1 沉降的組成

軟土路基沉降主要由三部分組成：瞬時(shí)沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降[5]。

（1）瞬時(shí)沉降主要是由于荷載作用下土體顆粒的重排導(dǎo)致的，發(fā)生在荷載施加的瞬間。

（2）主固結(jié)沉降是由于荷載作用下土體孔隙水壓力增加，導(dǎo)致水分從土體中擠出，通常在荷載施加后的相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)完成。

（3）次固結(jié)沉降是土體在主固結(jié)沉降結(jié)束后，由于荷載持續(xù)作用下土體微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)整和顆粒摩擦力的減小所導(dǎo)致的。

3.2 分析方法

軟土路基沉降分析是評(píng)估道路基礎(chǔ)穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。沉降分析方法主要包括實(shí)驗(yàn)土力學(xué)方法、理論計(jì)算方法以及經(jīng)驗(yàn)公式法。

實(shí)驗(yàn)土力學(xué)方法包括一維固結(jié)試驗(yàn)、排水固結(jié)試驗(yàn)等，通過實(shí)驗(yàn)測定土體的固結(jié)特性參數(shù)，如固結(jié)壓力、壓縮指數(shù)、固結(jié)系數(shù)等。理論計(jì)算方法則主要基于特定的土體模型和土體力學(xué)原理，如Terzaghi固結(jié)理論、Bjerrum修正Terzaghi固結(jié)理論、Cam-Clay模型等，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定的土體參數(shù)和荷載特性進(jìn)行沉降預(yù)測。而經(jīng)驗(yàn)公式法則是根據(jù)已有的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提煉出各種經(jīng)驗(yàn)公式，結(jié)合實(shí)際工程情況和土體參數(shù)，進(jìn)行沉降估算。在實(shí)際工程中，通常采用綜合分析的方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)土力學(xué)方法、理論計(jì)算方法以及經(jīng)驗(yàn)公式法，對(duì)軟土路基的沉降進(jìn)行預(yù)測和評(píng)估，以確保道路基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)語

綜上所述，公路是現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，其建設(shè)和維護(hù)對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展至關(guān)重要。在日常公路建設(shè)過程中，不可避免地會(huì)遇到軟土路基情況，其承載能力和穩(wěn)定性較差，一旦處理不到位，會(huì)對(duì)整個(gè)公路工程建設(shè)質(zhì)量造成嚴(yán)重影響?；诖?，該文對(duì)軟土路基進(jìn)行了簡要介紹，對(duì)軟土路基的處理方法進(jìn)行了探討，并對(duì)其加固后的沉降情況展開了深入分析，對(duì)提高我國公路工程整體建設(shè)質(zhì)量具有十分重要的意義。

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