濱海地區(qū)深厚淤泥層路基預壓關鍵技術研究

文／劉本巖、郭建坡 中國水利水電第四工程局有限公司 青海西寧 810000

引言：

濱海濕地是海洋生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡地帶，淤泥層作為一種常見的地基類型，廣泛分布在此地區(qū)。由于淤泥的高含水量和低強度特性，深厚淤泥層路基通常具有較低的承載能力和較大的變形潛力，給交通運輸安全和工程穩(wěn)定性帶來嚴重威脅。因此，在濱海地區(qū)修建道路時，必須充分考慮深厚淤泥層的特點，并采取適當?shù)募夹g手段進行預防和改善。因此，本研究旨在探索濱海地區(qū)深厚淤泥層路基預壓的關鍵技術，并試圖尋找解決方案。以期為濱海地區(qū)道路工程的設計和施工提供有益的參考和指導。

1.濱海地區(qū)深厚淤泥層路基存在問題

1.1 承載能力低

在路基施工中，淤泥的體積與沉積物比值要遠遠大于巖石和砂石，因此占據(jù)絕大部分量。淤泥內(nèi)泥土的保持力差，致使淤泥土結構性質(zhì)受到影響。深厚淤泥層的土壤含水量高，顆粒間結構較松散，導致其承載能力較低。這使得在這些地基上修建的道路容易出現(xiàn)沉降和變形問題，危及交通運輸安全。

1.2 地基沉降和變形

在淤泥質(zhì)土地層中深基坑的設計和施工，應特別注意由降水造成的基坑周圍地表建筑物的傾斜和沉降。深厚淤泥層的特性導致其容易發(fā)生沉降和變形。長期使用或荷載作用下，淤泥層會發(fā)生固結和流變性變化，引起路面下沉、路基變形，嚴重影響工程的穩(wěn)定性。

1.3 工程穩(wěn)定性問題

由于深厚淤泥層路基的不穩(wěn)定性，鉆孔作業(yè)時必然會遇到水上施工環(huán)境，該處的含水量較高,存在明顯的水位變動現(xiàn)象，道路工程容易受到周邊環(huán)境條件（如潮濕度、溫度等）和自然因素（如潮汐、風浪等）的影響，使得路面不平整，結構受損，降低了道路的耐久性和使用壽命。

2.針對濱海地區(qū)深厚淤泥層路基問題的優(yōu)化策略

2.1 改良淤泥層路基的穩(wěn)定性和承載能力

針對深厚淤泥層的承載能力低、地基沉降和變形問題，采取一系列具體的解決對策來提高路基的穩(wěn)定性和承載能力，確保交通運輸安全[1]。首先，采取預處理措施，如土體改良和降低水分含量。一種常用的方法是通過加入適量的摻合料或填充材料來改善淤泥層的物理性質(zhì)。例如，使用石灰、水泥、礦粉等摻合料可以提高土壤的穩(wěn)定性和抗剪強度，降低其含水量。摻入石灰可以有效改良淤泥土體。石灰可以與土壤中的粘土顆粒發(fā)生反應，促進粘土膠結，形成更穩(wěn)定的土壤結構。同時，石灰的化學活性也能與土壤中的水分和有機物發(fā)生反應，減少土壤的水分含量，從而提高土壤的穩(wěn)定性。水泥可以顯著改善淤泥土體的性質(zhì)。水泥與水反應生成水化產(chǎn)物，能夠形成堅硬的膠結矩陣，提高土壤的強度和穩(wěn)定性。礦粉中的細顆粒物質(zhì)能夠填充土壤中的微孔隙和裂隙，提高土壤的密實度和抗剪強度。同時，礦粉還具有較好的吸水性能，能夠吸附土壤中的多余水分，降低土壤含水量，從而改善土壤的穩(wěn)定性。

其次，針對路基沉降和變形問題，可以采用預壓技術。預壓是在道路建設過程中施加壓力，以使淤泥層發(fā)生固結和變形，在淤泥層內(nèi)部產(chǎn)生密實作用，提高其穩(wěn)定性和承載能力。常用的預壓方法包括靜壓預壓、動力預壓和土工格柵預壓。靜壓預壓通過施加穩(wěn)定的靜載荷使地基固結，動力預壓則利用動力機械產(chǎn)生的振動力進行固結，土工格柵預壓則通過鋪設土工格柵材料加固路基，同時對淤泥層施加壓力。

最后，為了增強路基的穩(wěn)定性，可以考慮采用加固措施。常用的加固方法包括地下梁加固、擋墻加固、灌漿固化和地面改良等[2]。例如，在淤泥層中設置合適數(shù)量和強度的地下梁，分散荷載并提高承載能力；通過擋墻的設置，改變荷載傳遞路徑，減少地基側向變形；通過固化灌漿，注入特殊固化材料來提高淤泥層的抗剪強度和穩(wěn)定性，減少土體的沉降和變形風險，并增加整體土體的承載能力；地面改良可以通過增加土體的密實度和抗剪強度來提高整體的穩(wěn)定性。常見的地面改良方法包括摻入石灰、水泥等摻合料，以及使用振動或壓實設備來增加土體的密實度。

綜上所述，針對深厚淤泥層的土壤含水量高、承載能力低以及地基沉降和變形等問題，通過預處理、預壓技術和加固措施的綜合應用，能夠有效解決這些問題。這些措施不僅可以提高路基的穩(wěn)定性和承載能力，還能減少地基沉降和變形，確保濱海地區(qū)道路的安全運行。值得注意的是，在具體工程中，應充分考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)、氣候等特殊條件，結合實際情況采取合適的技術方案，以達到最佳的效果。

2.2 加固地基防止周圍路面形變

深厚淤泥層的特性使其容易發(fā)生沉降和變形，給道路工程的穩(wěn)定性帶來了巨大挑戰(zhàn)。在長期使用和荷載作用下，淤泥層會發(fā)生固結和流變性變化，導致路面下沉和路基的變形[3]。為了解決這些問題并確保道路工程的穩(wěn)定性，針對土壤含水量高的問題，可以采取預處理措施，首先，可進行土體改良，通過向淤泥層中加入適量的摻合料或填充材料來改善土壤性質(zhì)。例如，添加石灰、水泥或礦粉等摻合料可以提高土壤的穩(wěn)定性和抗剪強度，同時降低水分含量。這樣可以降低土壤的流變性變化，減少沉降和變形的風險。其次，降低水分含量提高淤泥層穩(wěn)定性，通過排水和干燥等手段來減少淤泥層的水分含量，改善其工程性質(zhì)。在工程實踐中，采用挖槽、加熱、覆蓋防護層等方式來降低淤泥層的含水量，增加其穩(wěn)定性及可靠性。

其次，針對路基沉降和變形問題，采用預壓技術來增強淤泥層的穩(wěn)定性和承載能力。預壓是在道路建設過程中施加壓力，使淤泥層發(fā)生固結和變形，從而提高其穩(wěn)定性和承載能力。常見的預壓方法包括靜壓預壓、動力預壓和土工格柵預壓。靜壓預壓是一種常見而有效的預壓技術。通過施加穩(wěn)定的靜載荷，可以使地基材料逐漸固結，排空土中的孔隙水和空氣，并增加土體顆粒間的接觸力和摩擦力。這樣可以提高土壤的承載能力和穩(wěn)定性，并減小沉降和變形的風險。靜壓預壓通常使用液壓機、壓重機等設備來施加壓力，控制預壓的載荷大小和施加時間。動力預壓是一種利用特殊動力機械產(chǎn)生的振動力進行預壓的技術。路基通過施加振動力，可以在淤泥層中引起土粒的快速振動和互相碰撞，從而改變土體的結構，增加土體的密實度和承載能力。動力預壓通常采用振動夯機、振動錘等設備進行施工，有效改善淤泥層的物理性質(zhì)，并提高路基的穩(wěn)定性。土工格柵預壓是一種在淤泥層上鋪設土工格柵材料，并施加壓力來加固路基的技術。該剛性材料可以在土體中形成一種梯級排列的網(wǎng)狀結構，增加土體之間的摩擦力和界面剪切阻力，提高路基的整體穩(wěn)定性和承載能力。土工格柵預壓通常通過預先鋪設土工格柵材料，然后施加壓力，使其與土體緊密結合，形成一個整體的復合材料結構。這些預壓技術在一定程度上可以減少地基沉降和變形，提高路基的穩(wěn)定性。

然而，在實際應用中，需要根據(jù)具體的工程條件和土壤特性選擇合適的預壓方法，并嚴格控制預壓的參數(shù)，如預壓載荷、預壓次數(shù)和施工時間等。此外，還需要進行合理的工程監(jiān)測和調(diào)整，以確保預壓效果的達到預期目標。為了進一步增強路基的穩(wěn)定性應采取加固措施。常用的加固方法包括地下梁加固、擋墻加固、灌漿固化和地面改良等。通過設置合適數(shù)量和強度的地下梁，可以分散荷載并增強承載能力。路基設置擋墻，可以改變荷載傳遞路徑，減少地基側向變形。灌漿固化可以通過注入固化材料增強淤泥層的抗剪強度和穩(wěn)定性。地面改良則通過增加土體的密實度和抗剪強度來提高路基整體的穩(wěn)定性。

綜上所述，對于深厚淤泥層的地基沉降和變形問題，路基通過預處理、預壓技術和加固措施的綜合應用，可以有效解決這些問題。合理使用摻合料改良土壤的物理性質(zhì)和降低含水量，采用預壓技術提高地基的穩(wěn)定性和承載能力，并通過加固措施進一步增強路基的穩(wěn)定性。這些解決對策不僅可以減少地基沉降和變形，確保路面的平整度和舒適性，提高道路工程的安全性和可持續(xù)性。

2.3 提升深厚淤泥層路基工程的穩(wěn)定性

深厚淤泥層路基的不穩(wěn)定性給道路工程帶來了諸多穩(wěn)定性問題，如路面不平整、結構受損等，降低了道路的耐久性和使用壽命。為了解決這些問題并確保工程的穩(wěn)定性，針對淤泥層路基與周邊環(huán)境條件的互動影響，需要加強工程的設計考慮和預測，以充分應對潮濕度、溫度等因素的變化[4]。在設計階段，應根據(jù)地理環(huán)境和氣象條件合理選擇材料，并通過增加排水系統(tǒng)和加強路基防水措施來降低淤泥層與潮濕環(huán)境的接觸，減少污染和軟化的風險。

其次，針對淤泥層路基容易受到自然因素的影響，需要采取相應的防護和緩釋措施。例如，對于海岸線附近的道路工程，應預留適當?shù)陌稙┍Ｗo帶或設置堤壩，以減少風浪侵蝕對路基的沖擊。在河流或陡坡區(qū)域，可以采取防護措施如加固護坡、設置護欄和防洪設施等，以減少外界因素對路基的影響。對于海岸線附近的道路工程，應預留適當?shù)陌稙┍Ｗo帶或設置堤壩，以減少風浪侵蝕對路基的沖擊。岸灘保護帶可以通過植被覆蓋或人工加固等方式來保護路基不受海浪的侵蝕，從而減緩淤泥層的破壞和沉降。而設置堤壩可以形成一道屏障，阻擋海浪的沖擊，減少對路基的影響。在河流或陡坡區(qū)域，可以采取防護措施如加固護坡、設置護欄和防洪設施等，以減少外界因素對路基的影響。加固護坡可以通過土工布、防滲板等材料進行加固，提高護坡的穩(wěn)定性，減少淤泥層的沉降和變形。設置護欄可以起到安全防護的作用，防止車輛意外沖出路基，并減少對路基的破壞。在河流附近的路段，還應適時設置防洪設施，如水閘、堤堰等，以控制洪水對于路基的沖擊和侵蝕。

最后為了能夠有效提升淤泥層路基的穩(wěn)定性，還可以采取加固和改良措施。常用的措施包括土工格柵加固、地下梁加固以及增加路基厚度等。土工格柵可以分散荷載并增強土體的抗剪強度，而地下梁則可以增加承載能力和穩(wěn)定性。增加路基的厚度可以有效分散荷載和減少沉降。定期進行路面檢查和巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時進行維護和修復，以防止小問題演變成大的損壞，確保及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。針對深厚淤泥層路基的工程穩(wěn)定性問題，應綜合考慮周邊環(huán)境和自然因素，采取預測、設計、預防和加固等一系列措施，降低淤泥層與周邊環(huán)境的相互影響，提高承載能力和穩(wěn)定性，以保障工程的長期穩(wěn)定性和安全性。

3.深厚淤泥層路基預壓關鍵技術的實際應用

3.1 項目案例

深厚淤泥層路基預壓是在地基中使用特定的方法和技術，在路基建設前對淤泥層進行預處理和加固，以提高路基的穩(wěn)定性和承載能力。針對臺州溫嶺市的甬臺溫高速至沿海高速溫嶺聯(lián)絡線PPP 項目，起點位于臺溫高速大溪互通北側附近，沿線經(jīng)過大溪段、澤國段、城西路、澤國牧嶼南側、濱海新街北側等區(qū)域。在大溪段的K1+000-K3+000，考慮到橋下空間的利用，可以采用深厚淤泥層路基預壓技術。將深厚淤泥層路基預壓技術應用于具體的工程實例將有助于在保證橋梁建設安全的前提下，充分利用土地資源，并避免對環(huán)境和交通的不必要干擾。

該地域采用深厚淤泥層路基預壓技術，通過預先對淤泥層進行加固與強化，確保通行的平穩(wěn)和安全。在澤國互通的附近，考慮到該區(qū)域的復雜地質(zhì)條件，深厚淤泥層路基預壓技術可以用于增加路基的穩(wěn)定性，提升路面的承載能力，并保證交通的暢通。該項目共設置了互通樞紐5 處（大溪、澤國、城北、新河、濱海）。預留互通1 處（新街互通）、互通收費站3 處、服務區(qū)1 處（新河服務區(qū)）、管理分中心1 處、隧道管理站1 處、養(yǎng)護分部1 處以及必需的設施。本工程填方77 萬m3，路基挖方119 萬m3，隧道開挖49.5 萬m3，軟基處理長度主線1.78km，主要采用預應力管樁、素混凝土樁與泡沬混凝土處理。主線橋梁總長29307m/13 座，主線高架橋8 座?；ネ屑~主線橋5 座。橋猱占路線總長的9.2%。主采用雙向六車道高速公路。設計速度100kmh。路面寬度采用33.5m（雙向6 車。本工程設置道1 座。隧道左滑長1670m。右洞長1700m,KB+044-K8+440 段396m 下穿運營甬臺溫高鐵。由鐵路都門代建實施。

3.2 相關設計

項目地質(zhì)巖層方面，第四系地層主要為殘坡積含角礫粉質(zhì)黏土，含黏性土角礫、含黏性土碎石。殘坡積含角礫粉質(zhì)黏土：丘陵表部均有分布，磚紅色，可塑，徑2～4cm不等，分布不均，分布厚度約0.9-8.5m 不等。含黏性土角礫：黃褐色，中密，角礫成分中-強風化，棱角形，徑2-7cm占40%左右，0.5-2cm占30%左右，余為黏性土。含黏性土碎石：灰黃色，稍密-中密，碎石成分為強風化凝灰?guī)r，棱角型，徑2～5cm 占80%以上，其余為少量黏性土。前第四系地層為白堊系西山頭組（Kx）凝灰?guī)r，青灰色，凝灰質(zhì)結構，塊狀構造，巖質(zhì)較硬，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂面有明顯風化跡象，芯呈短柱狀，完整性一般。侵入巖脈：輝綠巖（β），青灰色，輝綠結構，塊狀構造，巖質(zhì)較硬，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂面有明顯風化跡象，芯呈短柱狀，ZKC20 和ZKC21、ZKSD1 鉆孔有揭示。

項目地質(zhì)構造方面，測區(qū)所處的區(qū)域構造位置為華南褶皺系、浙東南褶皺帶之東、溫州-臨海拗陷內(nèi)黃巖-象山斷拗南側。由于區(qū)內(nèi)廣泛分布中生代火山巖，因而構造運動留下的形跡以斷裂為主。區(qū)內(nèi)的淺層構造受基底構造控制，具明顯繼承性，構成以北東向斷裂為主體兼有北西、東西向的構造格局。區(qū)域性斷裂距工程區(qū)較遠，對工程區(qū)影響較小。

區(qū)內(nèi)節(jié)理發(fā)育程度以巖體較顯著，走向近東西向的節(jié)理最為發(fā)育，傾角較陡，次為北東向和北西向，再次為近南北向，節(jié)理面一般較平直、光滑、蝕變不明顯。TK5+330-TK5+400 處發(fā)育節(jié)理密集帶，產(chǎn)狀120-140°L78-90°，寬度約60-70m。

項目水文地質(zhì)方面，本隧道區(qū)內(nèi)地表水主要為松散層孔隙水，K5+850～K6+000 處距離洞身東北方向約70-120m 建有小型流慶寺水庫，最深水位為12m，最低水位完全干涸，高程約30～42m，水庫為農(nóng)田灌溉用。洞身段多條沖溝發(fā)育，其中，K5+050 和 K5+400 處沖溝與線位小角度相交。隧址區(qū)整體植被發(fā)育良好，透水性弱，水質(zhì)較好，對混凝土微腐蝕性。

針對上述項目所提到的實際情況，深厚淤泥層路基預壓技術需要地基中使用特定的方法和技術，在道路建設前對淤泥層進行預處理和加固，以提高路基的穩(wěn)定性和承載能力。對于該項目而言，其中一段路線從甬臺溫高速大溪互通北側附近起點，經(jīng)過了大溪段、澤國段、城西路、澤國牧嶼南側和濱海新街北側等區(qū)域。在大溪段的K1+000-K3+000 區(qū)間，由于考慮到橋下空間的利用，深厚淤泥層路基預壓技術可以被采用。

綜上所述，本項目中采用深厚淤泥層路基預壓技術的關鍵技術難點包括對淤泥層進行預處理和加固，確保路基的穩(wěn)定性和承載能力；在穿越多條鐵路線時保證通行的平穩(wěn)和安全；在復雜地質(zhì)條件下增加路基穩(wěn)定性和提升路面承載能力。項目通過合理地設計和科學地施工，這些技術難點可以得到有效解決，為該項目的順利實施提供有力保障。

結語：

綜上所述，深厚淤泥層路基預壓技術是一項可行且有效的工程措施，可以提高濱海地區(qū)道路的安全性和穩(wěn)定性，減少地基沉降和變形問題帶來的威脅。對深厚淤泥層路基進行預壓處理，可以顯著改善該類型地基的物理性質(zhì)和力學性能，提高路基的承載能力和穩(wěn)定性。預壓技術可以有效降低路基的沉降量，增強變形能力，并提高其承載能力。根據(jù)實驗和數(shù)值模擬結果分析，深厚淤泥層路基經(jīng)過預壓處理后，其施工質(zhì)量得到了有效的提升。隨著科技的進步，數(shù)值模擬方法的精確度將得到進一步提升。未來，工程通過更精細的數(shù)值模擬分析，可以更準確地評估預壓效果，并進行更有效的方案優(yōu)選和設計。未來，通過相應的推廣交流與示范項目，能夠充分提高工程師和技術人員對該技術的認知和應用水平。相信在不斷地研究和創(chuàng)新，深厚淤泥層路基預壓技術將為濱海地區(qū)道路建設提供更安全、穩(wěn)定和可持續(xù)的解決方案。