高速公路施工階段軟土路基的施工技術探討

劉朝俊

摘要 軟土地基處理不當容易導致路基沉降和路面開裂等質量病害，嚴重影響公路的使用壽命、行車安全性及舒適性。因此，軟土路基的施工技術是公路工程中的一個關鍵技術問題。文章以某高速公路項目為例，對該項目中遇到的軟土地基處理進行詳細分析，首先總結填土法、水泥攪拌樁法、預制混凝土管樁法、排水固結法、強夯加固法等常見軟土路基施工技術要點，然后對路基的強度、壓實度、平整性等參數的檢測控制進行探討，旨在為類似項目提供參考。

關鍵詞 高速公路項目；軟土路基施工技術；施工注意事項

中圖分類號 U418.8文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0131-03

0 引言

為了有效解決軟土路基施工難題，提高公路工程的質量，國內外學者和工程技術人員進行了大量研究，提出了多種軟土路基的處理方法和施工技術。根據處理原理和方法的不同，常見的軟土路基施工技術主要有填土法、水泥攪拌樁法、預制混凝土管樁法、排水固結法和強夯加固法等。這些技術各有優(yōu)缺點，適用于不同的地質條件和工程要求。因此，實際施工中需要根據軟土地基的特性、道路形狀、施工現場、黏土層等因素，綜合考慮各種技術的可行性、經濟性和環(huán)境影響，選擇最合適的施工技術方案。

1 工程概述

某高速公路項目全長約100 km，設計時速為120 km/h，路基寬度為26 m，雙向四車道。該項目施工過程中遇到多處軟土地基，主要分布在河谷、湖泊、沼澤等地區(qū)。軟土地基的厚度從幾米到幾十米不等，土質以粉質粘土和淤泥為主，含水量高達80%以上，承載力低于50 kPa。軟土地基處理不當會導致路基不穩(wěn)、沉降過大等嚴重后果。

2 高速公路軟土路基施工技術要點

2.1 填土法

填土法主要是將軟土層清除，用符合要求的填料替換，其優(yōu)點是施工方便、成本低和環(huán)境影響小，缺點是需要大量填料，可能造成資源浪費和運輸困難[1]。運用填土法時需注意以下幾點：

（1）清理路基表面。填土前先將路基表面的雜草、垃圾、有機物等清除干凈，避免影響填料與原地基的結合。

（2）確保路基填料符合要求。選擇質量好、強度高、透水性好、壓縮性小的材料，如砂礫、碎石等。路基填料按照設計規(guī)范進行檢驗和控制，保證其符合技術要求[2]。

（3）填筑與壓實路基。填筑時按照設計標高和縱橫坡度進行控制，以保證路基的平整度和均勻性。進行壓實時采用適當的機械設備和方法，按照分層次進行壓實，保證每一層達到設計要求的壓實度。

（4）分層填筑。為保證路基的穩(wěn)定性和均勻性，需將路基分為若干層進行填筑，每一層的厚度一般不超過30 cm。每一層先粗調平整，再壓實。填筑下一層前需檢查上一層是否達到要求，如有不合格應及時修復[3]。

2.2 水泥攪拌樁法

水泥攪拌樁法對水泥漿的配比和質量控制要求較高，控制不當會影響樁體的強度和均勻性，水泥攪拌樁法施工過程主要包括以下幾個步驟：

（1）勘察設計。根據地質條件和工程要求，確定樁的形式、尺寸、位置、間距、深度、數量等參數，編制施工方案和質量檢驗標準。

（2）水泥漿配制。根據設計要求，選擇合適的水泥品種、摻合料、外加劑等材料，按照一定的配比和流動度要求，用專用的攪拌機攪拌成水泥漿，通過泵送機輸送到施工現場[4]。

（3）樁孔鉆探。用專用的鉆機在預定的位置鉆出樁孔，樁孔直徑需略大于樁體直徑，樁孔深度需達到設計要求，保持樁孔清潔。

（4）水泥漿注入。將水泥漿通過鉆桿輸送到樁孔底部，提升鉆桿的同時，將水泥漿從下往上注入樁孔，形成一定厚度的水泥漿環(huán)。

（5）樁體攪拌。用專用的攪拌頭沿著鉆桿旋轉并上下移動，將水泥漿與軟土充分混合攪拌，形成均勻致密的水泥土樁體。

（6）樁體養(yǎng)護。完成攪拌后，將鉆桿和攪拌頭提出樁孔，對樁體進行養(yǎng)護，確保達到設計強度。

2.3 預制混凝土管樁（PHC）法

預制混凝土管樁（PHC）法的原理是用預制的高強度混凝土管樁插入軟土地基中，形成復合地基。該方法施工方便、質量可靠、環(huán)境影響小，但需要大量預制管樁，可能造成資源浪費。其施工要點如下：

（1）施工準備。施工前先詳細地勘察分析軟土地基，確定管樁布置方案、數量、規(guī)格、長度等參數。同時對預制管樁進行檢驗和控制，保證其符合技術要求[5]。

（2）吊裝、插樁。吊裝時采用合適的吊具和方法，避免對管樁造成損傷。插樁時按照設計位置和方向進行控制，保證管樁的垂直度和平行度。同時注意保護管樁的端面和接頭，避免破損。

（3）壓樁、打樁。壓樁或打樁時采用合適的設備和方法，根據土質情況和反饋數據調整壓力或打擊能量，保證管樁達到設計要求的深度和承載力，同時注意觀察管樁的變形和位移情況，如有異常應及時處理[6]。

（4）接樁。接樁時采用合適的接頭形式和方法，保證管樁之間的連接牢固可靠，同時對接頭部位進行密封處理，防止水泥漿或土壤進入管內。

（5）送樁。送樁時采用合適的設備和方法，將水泥漿或其他填料從管頂注入管內，填充空隙，對管內壓力進行控制，保證填料充分密實。

（6）截樁。截樁時采用合適的設備和方法，將多余的管段切除，對切口進行平整處理。

（7）樁帽施工。進行樁帽施工時采用合適的材料和方法，將管樁頂部與路基上層連接起來，對其進行加固處理。

（8）預壓。預壓過程中采用合適的設備和方法，在路基上層施加一定荷載，根據設計要求控制荷載大小和持續(xù)時間等參數，使軟土地基產生一定程度的沉降，消除殘余變形[7]。

2.4 排水固結法

排水固結法的原理是用排水設施排除軟土地基中的多余水分，使軟土固結變形，提高其強度和剛度的方法。該方法施工簡單、成本低、環(huán)境影響小，但施工時間較長，效果受土質和排水條件影響。運用排水固結法時需注意以下幾點：

（1）施工測量。施工前先對軟土地基進行詳細的測量和分析，確定排水設施的布置方案、數量、規(guī)格和深度等參數，同時對排水設施進行檢驗和控制，保證其符合技術要求。

（2）試驗段施工。正式施工前先在部分區(qū)域進行試驗段施工，觀察排水設施的安裝效果和軟土地基的固結變化情況，根據試驗數據和反饋信息調整施工方案和參數，保證施工效果[8]。

（3）砂墊層施工。排水設施安裝前先在路基表面鋪設一層砂墊層，作為排水通道和承載層。砂墊層應選擇質量好、透水性好、壓縮性小的砂料，按照設計要求進行壓實處理。

（4）袋裝砂井施工。袋裝砂井是一種常用的排水設施，主要是將砂料裝入塑料袋中，然后用鉆機將其插入軟土地基中，形成垂直排水通道。袋裝砂井施工時注意控制鉆機的轉速和進給速度，保證袋裝砂井的垂直度和穩(wěn)定性，此外需保護袋裝砂井的完整性，避免破損或堵塞。

2.5 強夯加固處理工藝

強夯加固處理的原理是用重錘自由落體對軟土地基進行沖擊壓實。該方法施工快速、效果明顯、環(huán)境影響小，但需要專業(yè)的設備和專業(yè)的施工人員進行操作。強夯加固處理工藝如下：

（1）施工設備。施工時選擇合適的強夯機和重錘，根據土質情況和設計要求確定重錘的重量、落差、沖擊能量等參數，做好對強夯機和重錘的檢驗維護，保證其正常運行。

（2）第一遍夯點布置。進行第一遍夯實時按照設計方案布置夯點，一般采用網格狀或菱形狀的布置方式，以保證夯點之間的距離和覆蓋范圍合理，并避開橋梁、管道和電纜等敏感設施，防止造成損壞。

（3）吊機就位。采用合適的吊機將重錘吊起，對吊機進行控制，保證重錘在指定的夯點上方準確落下。觀察吊機的穩(wěn)定性和安全性，防止發(fā)生傾覆或斷裂等事故。

（4）測量計算。采用合適的儀器和方法對夯點的沉降量、反彈值、承載力等參數進行測量和計算，根據測量結果判斷夯實效果是否達到要求。如有不合格的地方，應及時調整參數或重復夯實[9]。

（5）使用推土機推平。完成第一遍夯實后，使用推土機將路基表面推平，對其進行檢查和修復，保證路基的平整度和均勻性。

（6）布置第二遍夯點。第二遍夯實時按照設計方案布置夯點，一般采用與第一遍垂直或交錯的布置方式，保證夯點之間的距離和覆蓋范圍合理。注意與第一遍夯點錯開，防止造成局部過度壓實或不均勻。

（7）重復步驟（3）至（5）。完成第二遍夯實后，重復步驟（3）至（5），對路基表面進行測量、推平、檢查和修復，根據測量結果判斷是否需要進行第三遍或更多次的夯實。

3 軟土路基施工技術在應用中的注意事項

3.1 強度檢測

強度是衡量瀝青路面施工質量的關鍵指標，反映了路面的抗變形能力和耐久性。利用路面彎沉儀對路面進行檢測時需注意以下幾點：

（1）測點的選擇。測點選擇在路面上均勻分布，一般每100 m2至少選擇9個測點，避開裂縫、接縫、坑洞等缺陷處，同時保證每個測點與邊緣或障礙物的距離不小于30 cm。

（2）測點的回彈彎沉值計算。測點的回彈彎沉值可按照式（1）進行計算：

Lt=（L1?L2）×2 （1）

式中，Lt——溫度t時路面回彈值；L1——車輪中心靠近彎沉儀測頭時的百分表讀數最大值；L2——車輛駛出彎沉影響半徑后百分表讀數的最大值。

需修正支點變形時，回彈彎沉計算公式如下：

Lt=（L1?L2）×2+（L3?L4）×6 （2）

式中，L3——彎沉儀最終讀數；L4——車輛超出彎沉影響半徑的彎沉儀讀數。

溫度校正。路面厚度不低于5 cm時，要根據溫度校正回彈彎沉值，因為溫度對瀝青路面的強度有較大影響。瀝青層溫度均值可通過式（3）求得：

T=（T25+Tm+Te）/3 （3）

式中，T——瀝青層溫度均值；T25——瀝青層表面溫度；Tm——瀝青層中間溫度；Te——瀝青層底面溫度。

3.2 壓實度檢測

壓實度表示干密度與標準最大干密度的比值，反映了路基填料的密實程度和穩(wěn)定性。壓實度的檢測采用核子密度儀法。

（1）在核子密度儀上設置射線探頭。射線探頭設置在路基填料的中心位置，一般距離路基表面不小于15 cm，距離邊緣或障礙物不小于30 cm，保證射線探頭與路基填料的接觸面平整，避免空氣或其他雜質的干擾。

（2）測量密度、含水量。測量時按照核子密度儀的操作說明進行操作，根據土質情況和設計要求選擇合適的測量模式和參數。觀察核子密度儀的顯示數據和報警信息，如有異常，需及時處理。

（3）溫度、濕度校正。溫度和濕度對核子密度儀的測量結果有一定影響，因此，測量前后對核子密度儀進行溫度和濕度校正，將校正后的數據作為最終結果[10]。

3.3 平整性檢測

平整性是衡量路基表面的平滑程度和均勻程度的指標，反映了路基的幾何形狀和結構性能。連續(xù)式平整度儀利用八個行走輪沿著路面移動，通過無線通信方式采集路面高差數據的儀器，其位移測量范圍為0～40 mm，線性誤差為±0.001% FS，工作溫度為?10～+40 ℃。使用連續(xù)式平整度儀時需選擇合適的測點位置、保持儀器水平和校準儀器。路面平整度計算公式為式（4）、（5）。

式中，n——單步長涵括的高程值數量；Yi——單步長中的第i個高程值；Ya——單步長中的高程值算術平均值。

4 結論

綜上所述，各種軟土路基施工技術各有優(yōu)缺點，適用于不同的地質條件和工程要求。實際施工中，需要根據軟土地基的特性、道路形狀、施工現場和黏土層等因素，綜合考慮各種技術的可行性、經濟性和環(huán)境影響，選擇最合適的施工技術方案。應用軟土路基施工技術時，除了注意各種技術本身的要點和注意事項外，還需要注意對路基的強度、壓實度和平整性等參數進行檢測和控制，保證路基的質量和性能；進行檢測時，需要選擇合適的檢測方法和設備，根據設計要求進行校正和計算。

參考文獻

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