公路軟土路基加固處理及沉降分析

唐剛

摘要 公路軟土路基的加固是道路施工中的重要環(huán)節(jié)，該施工環(huán)節(jié)對(duì)于提高路基的承載力，降低路基的沉降有決定性作用。文章就公路軟土路基的基本概念、沉降觀測(cè)的流程、加固處理的常用方法進(jìn)行分析研究，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比加固方法的適用范圍和成本等方面，以期為類似工程的實(shí)施提供參考。

關(guān)鍵詞 公路；軟土路基；加固；沉降觀測(cè)

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）12-0150-03

0 引言

在公路工程施工的過程中，軟土路基對(duì)整個(gè)工程的建設(shè)影響巨大。軟土路基具有含水量較高、承載力較低的特點(diǎn)[1]。若在勘察階段沒有對(duì)項(xiàng)目途經(jīng)區(qū)域進(jìn)行全面調(diào)查，沒有充分意識(shí)到軟土路基對(duì)工程的影響，施工過程中沒有科學(xué)地進(jìn)行加固和處理[2]，會(huì)直接影響到公路路基的沉降結(jié)果，不可避免地導(dǎo)致路基下沉、路面開裂的情況，繼而增加工程的施工難度，不利于施工質(zhì)量的把控，影響未來車輛的安全行駛[3]。

為了讓軟土路基達(dá)到地基承載力的設(shè)計(jì)要求，保證路面結(jié)構(gòu)的平整、路基的穩(wěn)固和能有效地支撐上部的結(jié)構(gòu)荷載，就需要對(duì)軟土路基進(jìn)行科學(xué)有效的處理，達(dá)到降低路基沉降，提高道路使用性能的目的[4-5]。該文就軟土路基的基本概念和形成過程進(jìn)行梳理，總結(jié)常用的軟土路基的處理辦法，并對(duì)比各個(gè)方法的適用范圍和基本特點(diǎn)，為制定軟土路基的處理方案提供一定的參考和借鑒。

1 軟土路基的概念

1.1 軟土的類型

我國(guó)幅員遼闊，環(huán)境差別很大，不同地區(qū)形成軟土的時(shí)間、地質(zhì)、環(huán)境等因素大不相同，軟土的類型也多種多樣。一般來講，軟土是由自然界形成的細(xì)顆粒狀的且含水量較高、抗剪強(qiáng)度較低、承載力低、滲透系數(shù)較小的細(xì)顆粒土。<根據(jù)土質(zhì)的特點(diǎn)和區(qū)別，可以將軟土分為5大類，如表1所示。

由于公路工程建設(shè)過程中途經(jīng)的線路較長(zhǎng)，遇到的地質(zhì)類型較多，在大多數(shù)項(xiàng)目上不可避免地會(huì)遇到軟土的情況，在軟土路基上外載荷的作用會(huì)導(dǎo)致地面的沉降較為嚴(yán)重。根據(jù)不同時(shí)間土體變形的特征，可以將沉降分為3部分，如圖1所示。設(shè)軟土路基沉降過程中固結(jié)產(chǎn)生的總沉降量為S，則有：

1.2 軟土路基沉降觀測(cè)

在公路路基施工的過程中，需要對(duì)填筑前后的地基進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)。觀測(cè)作業(yè)的流程如圖2所示。

在工程中，地表沉降量一般采用沉降板觀測(cè)，地下土體分層水平位移量采用測(cè)斜管觀測(cè)，地表水平位移量和隆起量通過位移觀測(cè)。沉降的觀測(cè)頻率一般為3 d/次，在路基的形變超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或變化異常時(shí)，應(yīng)該加大觀測(cè)的頻率，進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)。具體來講，以下幾種情形必須停止加載：當(dāng)路中心地面沉降數(shù)率大于10 mm/24h時(shí)；坡腳水位位移數(shù)率5 mm/24h時(shí)；當(dāng)加載量小于設(shè)計(jì)有效值時(shí)，垂直變形量的增量h＞0.1 mm；當(dāng)加載量大于設(shè)計(jì)有效值時(shí)，垂直變形量的增量h＞0.2 mm。

施工前做好路基路面的排水是降低路面沉降的必要措施之一，確保路面積水能夠及時(shí)、有效地排出，以防止因水分滲入下部結(jié)構(gòu)對(duì)路基的沉降產(chǎn)生負(fù)面影響。排水邊溝的形狀有多種：L形、三角形、矩形、梯形等。

2 常用加固處理方法

在公路建設(shè)過程中經(jīng)常會(huì)遇到沉降量過大的情況，需要對(duì)公路路基進(jìn)行科學(xué)、合理的處理，才能確?；A(chǔ)的牢固。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，新的加固技術(shù)和加固材料不斷出現(xiàn)，對(duì)不同的工程地質(zhì)條件都可以針對(duì)性地提出加固方案，可供選擇的方案也較多。在處理方法的選擇上，需要根據(jù)多種因素綜合判定，確定最優(yōu)的方案。

2.1 常用加固方法

2.1.1 換填法

換填法是將基礎(chǔ)底面上較淺的軟土層挖出后，采用強(qiáng)度高、質(zhì)地硬、抗腐蝕效果好的材料進(jìn)行替換，再經(jīng)過壓、夯、振動(dòng)的作業(yè)后讓材料更加緊密，以保證地基的穩(wěn)固。通過換填法對(duì)土層進(jìn)行壓實(shí)后，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)地基表層加固的效果，有助于加快土體的固結(jié)。該方法的處理深度一般在0.5～3 m之間。換填法可以處理淺層的軟基，還可以處理一些特殊的土質(zhì)如：膨脹土地基、濕陷黃土地基、季節(jié)性凍土地基等情況。

2.1.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是通過重錘從高處自由落下夯擊地基，提高地基強(qiáng)度的一種較為傳統(tǒng)的方法。重錘的重量一般為10～20 t，下落高度為10～40 m。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，單次夯擊在100～200 t/m時(shí)，一般可以處理3～6 m的軟土地基。

該方法也有消除土質(zhì)的濕陷性，提高抗振動(dòng)液化能力，故該方法也可以用于處理濕陷黃土和可液化沙土的情況。在工程應(yīng)用中，強(qiáng)夯法的應(yīng)用范圍有一定的要求，對(duì)于具有深厚淤泥質(zhì)的土層不宜使用該方法，地基土中的含水量、孔隙、粒徑級(jí)配決定了強(qiáng)夯的效果。

在工程實(shí)踐中，可以采用以下方法提高強(qiáng)夯法的應(yīng)用效果：與袋裝沙井或塑料排水板配合使用；在飽和軟黏土上加鋪0.5～2 m厚的墊層后，再進(jìn)行夯擊；厚度較小的淤泥層，在拋填礦渣后進(jìn)行夯實(shí)。

2.1.3 土工合成材料法

土工合成材料是利用以合成材料為原料制成的產(chǎn)品，如土工網(wǎng)、土工格柵、土工膜等進(jìn)行軟土路基的加固，按照材料類型可以將土工合成材料分為4類，如表2所示。

土工合成材料在使用過程中，可以起到很好的排水、隔離、反慮作用，將其用于土體加筋時(shí)，能夠明顯地提升土體的抗拉強(qiáng)度和承載力，具體使用步驟如圖3所示。

2.1.4 袋裝砂井排水法

袋裝砂井排水法是利用機(jī)具將裝有砂的編織袋打入軟土地基中，促進(jìn)軟土地基中的排水固結(jié)。該方法具有使用材料少、成本低、施工速度快、連續(xù)性較好的特點(diǎn)。施工過程中需要注意以下幾方面：選擇的砂料的含泥量要小于3%，不得采用潮濕砂；保護(hù)好砂袋不被刮破；砂井的位置要定位準(zhǔn)確。

2.1.5 水泥攪拌樁法

水泥攪拌樁法的作用機(jī)理是采用攪拌裝機(jī)向軟土中噴入水泥，利用水泥和土體混合后發(fā)生固化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)土體硬化、增加地基強(qiáng)度的效果。該方法優(yōu)勢(shì)的主要體現(xiàn)：可以充分利用原有的土層，對(duì)周邊建筑影響較少；施工周期較短；加固的形式和固化劑的類型選擇較為靈活。水泥攪拌樁法的施工工藝如圖4所示。

在施工過程中，經(jīng)常遇到的問題和對(duì)應(yīng)的解決措施如表3所示。

2.1.6 碎石樁法

碎石樁法是先在軟土地基中打孔后，再將碎石壓入孔中，繼而在地基處形成大直徑的密實(shí)樁體。通過碎石樁的擠密作用、振密作用和排水減壓的作用，提高地基的承載力、減少地面的形變。該技術(shù)的施工工藝如圖5所示。

在碎石樁施工過程中，對(duì)框間距的精度有一定的要求，偏差應(yīng)小于150 mm；振沖成孔的振沖器下降速度宜控制在1～2 m/min。

2.2 加固方法的對(duì)比分析

工程應(yīng)用中，選擇路基加固方法要根據(jù)項(xiàng)目的地質(zhì)因素、成本、施工周期、環(huán)境等因素綜合判定，科學(xué)地選擇。以上加固方法在這幾個(gè)方面的對(duì)比如表4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

由于公路工程在建設(shè)中途經(jīng)的距離較長(zhǎng)，遇到不同類型的地質(zhì)情況是大概率事件。遇到軟土土質(zhì)后，若不進(jìn)行詳細(xì)勘察和科學(xué)處理，會(huì)給工程的實(shí)施帶來較大的困難。該文分析了軟土的主要類型和地基的沉降過程，總結(jié)了沉降觀測(cè)的主要流程，介紹了常用的加固方法和施工流程，對(duì)比了不同加固方法的適用范圍、工程造價(jià)等因素，供加固方案決策時(shí)參考。

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