公路工程軟土路基設計問題分析

馬平川、羅硯

（遵義市交通勘察設計有限公司，貴州遵義 563000）

0 引言

在道路工程中，路基不僅要承受路面自重，還要承受車輛荷載，因此路基必須具備較高的承載能力。即便是高等級公路，也會出現(xiàn)因路基承載能力差引發(fā)的不均勻沉降、路面開裂等問題。在高速公路施工中，經(jīng)常會遇到軟土路基，為提高路基的承載能力，必須對軟土路基處理方案進行有效設計?；诖耍恼聦饭こ誊浲谅坊O計問題進行分析，以期提高設計水平，為公路工程整體施工質量提供保障。

1 軟土路基的特性

軟土土體類型主要是指天然含水率超過40%，其中淤泥及淤泥質土體的天然含水率更高，局部可達80%以上，基本呈流動狀，綜合承載能力較低，天然孔隙率大于土體液限值，經(jīng)碾壓后難以成型。根據(jù)最新頒布的《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30—2015）的相關要求，鑒別軟土路基時，主要以表1 中列出的主要參數(shù)為鑒定標準。

表1 公路工程軟土路基鑒定標準

在外部荷載和不良環(huán)境耦合作用下，土體將出現(xiàn)較大的變形，而大變形在工程中是絕對不允許出現(xiàn)的。由于軟土土體的壓縮性能較高，其壓縮系數(shù)值與其天然含水率呈現(xiàn)明顯的正相關關系。在工程施工過程中，在外部荷載的擾動下，軟土土體的承載能力會迅速下降；卸載后，其強度有所恢復但總體上還是低于設計強度。

因此，為了確保軟土路基的安全性和穩(wěn)定性，在公路施工中需要采取有效的措施進行處理。常用的軟土處理技術包括軟土路基回填土處理技術、排水砂墊層處理技術、高壓噴射灌漿處理技術、擠實砂樁處理技術等，選擇處理技術時，需要考慮軟土的性質、厚度、工程要求等因素。

2 公路工程軟土路基設計要點

在公路工程中，對軟土路基的設計需要根據(jù)不同的軟土性質選擇不同的處理形式和設計方案，具體而言，要注意以下幾個方面：

第一，進行軟土路基填筑設計時，需要考慮地質條件、坡高、填料等因素，科學設計路基的斜坡速率，確保符合實際施工條件。例如，在加寬支線或干線的高速公路路段，坡高不能超過8m，路基邊坡的坡度率宜控制在1∶1.5；當坡高為8～12m 時，應控制上坡比為1∶1.5，下坡比為1∶1.75。為了保護邊坡，可以設計各種類型的擋土結構，如在填方坡底設護坡，護坡寬度宜控制在1m 左右，橫坡傾斜度宜控制在4%左右。

第二，進行低填淺挖路基設計時，為了確保路基密實度和強度滿足設計要求，可采用石渣替代軟黏土填料，并對盲溝內的碎石結構進行科學設計，以提高其排水效能，提高設計效果。

第三，設計填挖交接段路基時，垂直段可以按照1∶5 的斜率進行斜坡設計，同時要重視梯級挖掘，確保梯級寬度的設計值不超過2m，坡體內側坡度不超過4%；進行縱向臺階開挖時，應首先維持路基底部的基本標高，之后按路基方向相應開挖10m，以確保公路路基與路面連接的質量和過渡效果，相應的路基壓實度應維持在96%以上。在此基礎上，還需根據(jù)具體的工程條件，進行路基開挖和壓實方案的設計。進行基坑工程施工時，必須結合基坑工程的施工路線，有效控制路塹的實際挖深。在施工過程中，必須充分考慮土體的密實度、含水量和坡度等因素，以防止開挖給工程帶來不利影響。比如，進行開挖巖質邊坡設計時，應全面考慮邊坡穩(wěn)定性、開挖高度、巖石狀態(tài)、地表水和巖石平衡等因素，以提升開挖路基的整體安全性和穩(wěn)定性[2]。

3 軟土路基的控制要點與處理方法

3.1 軟土路基控制要點

在設計勘察和施工中，采取合理的防范措施和處理方法是降低軟土路基對工程影響的關鍵。軟土路基的強度和穩(wěn)定性較差，容易產(chǎn)生沉陷，因此需要在施工中進行補強。

首先，進行軟土路基設計時，應嚴格控制路基高程，以保證符合實際情況。在選材上，應選擇輕質、薄質的材料，以減輕路基荷載。同時，可以在地基上加設樁基，進一步加強路基承載能力。

其次，在施工階段，要嚴格控制軟土路基排水板的深度和間距，確保施工標準與設計要求一致。同時，需要為軟土路基設置排水系統(tǒng)，進行快速排水，以提高路基的穩(wěn)定性和強度。

最后，在工程實踐中，經(jīng)加固處理，軟土路基的強度滿足規(guī)范要求，才能進行后續(xù)施工。

3.2 軟土路基回填土處理技術

采用回填加固技術能夠確保軟土路基的構造達到設計要求。為此，需要明確相應的技術應用過程：

首先，應根據(jù)實際情況和設計要求，明確回填材料，一般可以采用碎石、粗砂等材料，以提高軟土路基的結構強度。

其次，必須對軟土路基進行充分的風干，然后按照一定的順序進行回填，以避免軟土路基出現(xiàn)沉降等問題。

最后，使用鏟運機等設備進行回填處理，保證路基平整。當路基平整度達到設計要求時，進行規(guī)定的振搗次數(shù)，以確?；靥钍┕べ|量。

3.3 排水砂墊層處理技術

進行軟土路基構造設計時，往往會面臨土層較薄、含水率較高的問題。為了解決這些問題，可以采用排水砂墊層處理技術，砂墊層在軟弱地基中能夠起到類似于排水層的作用，將水分迅速排出。采用該技術可以有效地解決軟土地基中結構性土層厚度小、含水量高的難題[3]。

3.4 高壓噴射灌漿處理技術

對于軟土路基，可以采用高壓噴射灌漿技術進行加固。該技術借助高壓噴射時產(chǎn)生的沖擊力，將混凝土攪拌均勻，并將其澆筑成圓筒狀，能夠提高路基的密實度和強度，還能有效解決路基滲水問題。

3.5 擠實砂樁處理技術

擠實砂樁處理技術是指采用撞擊、振動等方法，在軟土路基上施加回填砂土，砂土能夠與周邊土層形成良好的黏結，改變原土體的軟弱狀態(tài)，使整體土層變得更加牢固，進而提高路基強度[4]。

3.6 加筋路基處理技術

該路基處理技術也是當前比較常用的一種公路工程軟土路基加固技術。對于高填路堤，適宜借助土工布加以隔墊（見圖1），這樣可以在很大程度上限制軟土路基和路基的側向位移，也有利于增加其側向的約束能力，降低整體的應力水平，以及提升公路路基的整體剛度和穩(wěn)定性。在公路軟土路基處理中有效運用加筋路基技術，有利于提升加固施工效率，縮短整體施工工期，降低加固施工成本，進而提高加固施工的整體效益。

圖1 加筋路基處理中土工布設置

3.7 表層排水技術

由于軟土層具有非均質的特性，因此容易出現(xiàn)非均勻側向變形和沉降變形等問題。而利用表面排水技術可以改善地基的固結度。特別是在填料中加入助劑，可以提高表層黏土的結構穩(wěn)定性，保證填料的固結度。試驗和理論分析表明，這種方法既能有效地提高路基的抗壓承載力，又能提高路基的結構性強度。在方案設計過程中，選擇合適的面排水技術，可以進一步提高工程的質量和可靠性。

4 某省道軟土路基公路設計案例分析

4.1 項目概況

進行軟土路基設計時，需要有效控制其變形，以提高整體承載力和延長服役年限。結合某省一條高等級公路的軟弱地基設計實例，詳細分析在軟弱地基設計中相關參數(shù)的選擇以及復合地基相關參數(shù)的計算，以期提升軟弱地基的整體設計水平。

根據(jù)工程調查發(fā)布的地質調查報告，該招標段總長度為160km，其中部分招標段位于河段沿線或地下水填充區(qū)，天然路基土含水率較高，天然孔隙率較高。通過實地勘察，確定了該地區(qū)的軟土路基全長35km。軟黏土以粉質黏土為主。

4.2 標段軟土路基設計參數(shù)

基于已有的公路工程地質調研資料，結合軟土地基的受力特點，選取CFG 復合樁作為處理與加固軟土地基的主要方法。通過對軟土地基的勘察，發(fā)現(xiàn)不同層次的承載能力有很大的差別。在此基礎上，針對各種軟黏土地基的承載特性，計算出樁的真實固結端長度及樁長。以此為基礎，以CFG 樁基為研究對象，研究其在軟土中的應用。最大樁長為9.8m，能夠滿足CFG 復合樁在對應部位能穿越軟土的要求。

具體而言，通過研究確定了以下幾個方面的設計參數(shù)：

一是碳纖維增強水泥基復合樁樁徑的確定。在地質勘察的基礎上，選擇了振動沉樁的施工方法，沉管的直徑為0.3m。為了保證樁身有足夠的承載余量，樁身直徑為0.4m。

二是CFG 樁基間距的確定。根據(jù)實際情況，樁基礎的設計間距一般為4～5 倍樁基礎的直徑。因此，樁基的設計間距應在1.5～2m 之間。

三是確定CFG 樁基的強度水平?；谲浲恋貙拥姆植继攸c和有關參數(shù)，對CFG 樁基的承載能力進行理論分析，得出CFG 樁基的承載能力標準為220kN，樁基的強度等級為5.5MPa。通過對各影響因素的分析，確定碳纖維增強水泥基復合樁承載力為15MPa。

四是確定下墊層的厚度指數(shù)。設計斷面的上半部分為軟土路基，采用CFG 復合樁墊層，厚度達0.4m。為降低軟弱地基處理難度，減少后期投資，在施工現(xiàn)場選擇河砂作為維護材料。

五是CFG 復合樁的分布情況。該項目選用正方形斷面布置形式[5]。

4.3 復合式軟土路基計算

進行復合式軟土路基設計時，采用公式（1）：

式（1）中：fspk為CFG 復合樁基礎承載能力特征值（kPa）；m為面積置換比例；Rα為單樁基礎豎向承載能力特征值（kN）；Ap為樁基礎截面面積（m2）；α為樁基礎強度提升系數(shù)；β為CFG 復合樁承載能力折減系數(shù)值，介于0.7～0.85 之間；fsk為處理后的樁間土承載力特征值（kPa）。

計算結果表明，CFG 復合樁承載力衰減系數(shù)的取值范圍為0.7～0.85。根據(jù)地質勘察資料可知，該路段位置的天然承載能力平均值為70kPa，取β=0.7，CFG 復合樁間距值分別為1.5m、1.8m、2m，則與之相對應的樁基礎承載能力特征值分別為405kPa、300kPa、238kPa，相應標段的軟土路基回填土厚度值為6.5m[6]。此外，對路面承載能力、承載儲備進行全面分析，若CFG 樁基礎的間距值為2m，則樁基礎的承載特征值為169kPa，達到了設計容許值。

5 結語

在公路工程軟土地基設計方面，應對施工方案和施工標準進行細化，確保施工操作更精確、更規(guī)范，同時應最大程度、最合理地利用施工資源，對公路路基的沉降進行有效控制，進而提高工程質量，降低事故發(fā)生率。希望上述研究，能夠為我國高速公路建設提供有益參考。