軟土路基路面施工設(shè)計若干問題探討

收稿日期：2023-11-28

作者簡介：潘希靜（1989—），女，廣西梧州人，本科，工程師，研究方向：道路。

摘 要：軟土路基是路面施工的重要研究對象，因此有必要對軟土路基施工設(shè)計相關(guān)內(nèi)容展開深入研究。以某濱海地區(qū)的實際工程案例作為研究對象，整理水文地質(zhì)條件復雜、穩(wěn)定性、路基沉降、排水優(yōu)化設(shè)計等常見軟土路基路面施工設(shè)計存在的問題，參考相關(guān)文獻資料與同類工程施工經(jīng)驗，從采用新型材料和技術(shù)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、加強排水設(shè)計、加強施工管理4個角度，提出工程軟土路基路面施工設(shè)計的優(yōu)化措施，旨在為更多道路施工單位提供技術(shù)指導，提升軟土路基路面施工設(shè)計綜合質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：軟土路基路面；施工設(shè)計；海濱地區(qū)

中圖分類號：TU74? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2024）03-0004-03

0 引言

軟土路基擁有較大的含水量，滲透性能不強，強度偏低，壓縮性能較高。如果軟土路基超過臨界水平，將無法維持當前穩(wěn)定狀態(tài)。本文從實際工程案例出發(fā)，結(jié)合相關(guān)參考文獻，系統(tǒng)性分析軟土路基路面施工設(shè)計問題與相關(guān)優(yōu)化措施，希望可以引起更多道路施工單位的關(guān)注。

1 工程概況

某海濱地區(qū)的土質(zhì)為擁有較高含水量與壓塑性、強度偏低的超軟弱黏土，如果不進行必要的軟土路基處理，極限填土高度將僅有1.87 m，不符合施工條件。經(jīng)過施工單位與設(shè)計單位的聯(lián)合協(xié)作，形成了符合本地區(qū)施工條件的軟土路基路面施工設(shè)計方案。

2 工程軟土路基路面施工設(shè)計存在的問題

2.1 水文地質(zhì)條件復雜

該地區(qū)水文地質(zhì)條件從上至下為：①厚度在1～2 m的人工填土層，其質(zhì)地較為松散。②厚度在3～15 m的海陸交互沉積層，其主要土質(zhì)為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，質(zhì)地較為松散，呈流塑狀態(tài)，具有較高的飽和性。③厚度在0～8 m的殘積層，其主要土質(zhì)為砂質(zhì)黏性土，呈硬塑狀態(tài)為主，殘積層的含水量超過72%，孔隙比大于2。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的水文地質(zhì)條件相對復雜。

2.2 穩(wěn)定性問題

基于土體摩擦角、側(cè)向抗力的bishop法，是計算軟土路基穩(wěn)定性的一種有效工具。它的基本原理是將軟土路基作為傾斜平面對待，利用土體凝聚力、有效應(yīng)力、寬度、重度、內(nèi)摩擦角、傾斜角度等數(shù)據(jù)，計算傾斜平面，即軟土路基路面是否穩(wěn)定。通過bishop法，可以獲得其穩(wěn)定系數(shù)小于1，即軟土路基路面處于不穩(wěn)定狀態(tài)[1]。

2.3 路基沉降問題

整理本工程的軟土路基沉降檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合路堤高度、填料重度、地質(zhì)因素、加載荷載速率等因素，可以發(fā)現(xiàn)軟土路基存在較大的沉降問題。在建成道路工程后，來往車輛的持續(xù)荷載會對軟土路基的正常使用造成極大影響，增加軟土路基沉降、開裂等問題，降低軟土路基路面行車安全性。

2.4 排水優(yōu)化設(shè)計問題

因為軟土路基擁有較高的含水率，且當?shù)卦?～8月存在集中自然降雨的雨季，所以在軟土路基內(nèi)部擁有較多水分。在建成道路工程后，隨著時間延長，軟土路基內(nèi)部水分會逐漸滲出路面，增加行車危險性。軟土路基內(nèi)部穩(wěn)定性也會逐漸下降，增加軟土路基路面病害發(fā)生概率。

3 工程軟土路基路面施工設(shè)計的優(yōu)化措施

3.1 采用新型材料和技術(shù)

3.1.1 采用新型材料

在開展軟土路基路面施工設(shè)計優(yōu)化時，可以考慮使用新型材料，提高軟土路基路面施工綜合質(zhì)量，降低施工周期與投資成本。比如由煤、石油等物質(zhì)提煉的高分子聚合物，例如聚乙烯、聚酯等，將其作為材料制作土工合成材料。在常規(guī)軟土路基路面施工建設(shè)中，地下水會通過毛細水作用，持續(xù)向軟土路基輸送水分，造成軟土路基承載性能偏低，難以有效承載軟土路基路面結(jié)構(gòu)。隨著時間推移，軟土路基路面結(jié)構(gòu)會被逐漸破壞。

使用土工合成材料對填筑粒料進行包裹處理，作為軟土路基的排水層使用，可以將軟土路基的水分通過橫向方式及時排泄。土工合成材料在軟土路基路面防滲方面，也有較好的表現(xiàn)效果，可以在軟土路基路面的分隔帶、迎水面邊坡等位置，應(yīng)用土工合成材料，預防自然降水滲入路基中。

使用復合土工膜等，根據(jù)200 g織物質(zhì)量+0.5～1 mm膜厚度+200 g織物質(zhì)量的標準使用土工合成材料即可。如果要做路肩底部的防滲處理，需要使用0.3 mm厚的復合土工膜。對于軟土路基路面的防滲隔離層，最小復合土工膜厚度應(yīng)該大于0.3 mm，對于市政工程等一類的道路工程，需要使用超過0.5 mm的復合土工膜。在防滲隔離層的上部與下部分別設(shè)置厚度為10 cm的砂礫層，強化復合土工膜的防滲效果[2]。

3.1.2 采用新型技術(shù)

我國道路建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展迅速，軟土路基路面施工技術(shù)也有較大的創(chuàng)新，現(xiàn)介紹一種PPC（Large Diameter Pipe Pile by using Cast-in-place Concrete，現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁）樁技術(shù)。該技術(shù)利用龍門支架作為支撐，通過上部振動把空腔結(jié)構(gòu)與活瓣樁靴送到設(shè)計深度，為軟土路基創(chuàng)造一個中空的環(huán)形區(qū)域。將混凝土灌注到腔體內(nèi)部，通過振動拔管，即可獲得現(xiàn)澆混凝土管樁。

對于環(huán)形腔體模板，在混凝土灌注過程中，其主要作用為護壁，可以有效規(guī)避混凝土縮壁或塌壁情況，保障混凝土灌注的穩(wěn)定性。對于混凝土振搗程序，則是保證混凝土的密實性，并讓混凝土向兩側(cè)順利擠壓，進而提升現(xiàn)澆混凝土管樁的壁厚。PPC樁技術(shù)，一般應(yīng)用在飽和及非飽和粘性土，或是擁有較高擠密效果的砂土等軟土路基條件中。相比于傳統(tǒng)的PHC（Pre-stressed high-strength concrete，預應(yīng)力高強度混凝土管樁）樁技術(shù)，PPC樁技術(shù)成樁方式為現(xiàn)場一次成樁，不需要過多的成樁工序。PPC樁擁有直徑大、壁厚小的特點，相比于PHC樁技術(shù)，對于周邊土環(huán)境造成的影響更小。在造價方面，PPC樁技術(shù)約為PHC樁技術(shù)的3/4左右。

現(xiàn)澆X形混凝土樁技術(shù)利用等截面異形周邊擴大原理，通過振動沉模成孔+現(xiàn)場澆注成樁技術(shù)。在混凝土現(xiàn)場澆注工藝中，將鋼筋預先插入樁頂位置，等待樁體擁有足夠強度后，再進行樁帽的澆注作業(yè)。其中，預制樁尖封閉處理的Y形模板預先沉入土層之中，在澆筑混凝土時，混凝土會從Y形模板直接注入X形槽孔內(nèi)部，以此達到以此成孔成樁效果。X形混凝土在受到振動、擠壓等因素的影響，能夠穩(wěn)定提升樁間土的密實效果，提升軟土路基的承載性能。相比于CFG（Cement Fly-ash Gravel Pile，水泥粉煤灰碎石樁）樁技術(shù)，現(xiàn)澆X形混凝土樁技術(shù)擁有較大的樁徑，橫截面呈X形，對于周圍土環(huán)境的影響更小，造價成本約為CFG樁技術(shù)的4/5[3]。

3.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于軟土路基路面施工設(shè)計，還需要做好結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。在本工程中，施工設(shè)計任務(wù)被劃分為A段與B段。在初步設(shè)計中，A段軟土路基路面結(jié)構(gòu)如下：厚度為4 cm的細粒改性瀝青混凝土+厚度為6 cm的中粒瀝青混凝土+厚度為8 cm的粗粒瀝青混凝土+厚度為36 cm的水泥穩(wěn)定碎石基層與厚度為18 cm的水泥穩(wěn)定碎石底基層，并將改性乳化瀝青作為下封層使用。B段軟土路基路面結(jié)構(gòu)和A段軟土路基路面結(jié)構(gòu)相仿，但是改性乳化瀝青下封層被替換成同步瀝青碎石封層，設(shè)置厚度為20 cm的5%水泥穩(wěn)定碎石底基層。

在施工設(shè)計方案優(yōu)化中，需要從A段與B段的地質(zhì)條件、通行車流量、地形地勢等多種因素分析，并要考慮軟土路基路面未來的運營維護管理相關(guān)工作，經(jīng)過施工單位與設(shè)計單位的一致協(xié)商，決定上面層使用厚度為4 cm的細粒改性瀝青混凝土，中面層使用厚度為6 cm的中粒瀝青混凝土，下面層使用厚度為10 cm的瀝青穩(wěn)定碎石以及厚度為36 cm的水泥穩(wěn)定碎石基層與厚度為18 cm的水泥穩(wěn)定碎石底基層，增設(shè)厚度為0.8 cm的改性乳化瀝青稀漿進行封層處理。

設(shè)計下面層10 cm瀝青穩(wěn)定碎石，可以有效提升軟土路基路面的抗裂性能，相較于初步設(shè)計，在厚度方面有所提升，可以有效提高汽車荷載對軟土路基路面造成的持續(xù)性影響。改進后的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，將柔性路面代替半剛性路面，借助瀝青穩(wěn)定碎石，提升軟土路基路面的力學性能。相比于初步設(shè)計的A段、B段切割式設(shè)計方案，改進后的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不僅可以有效提升軟土路基路面施工建設(shè)效率，也更適合大范圍的軟土路基路面施工建設(shè)需求[4]。

3.3 加強排水設(shè)計

軟土路基路面的排水設(shè)計，除了使用管道進行大規(guī)?？焖倥潘?，還包括以下3個方面。

3.3.1 路基排水

在軟土路基路面的兩側(cè)位置，開挖足夠?qū)挾鹊拿鳒?，以明溝方式快速清除路基積水。為提升土地資源利用率，降低占地面積，可以使用矩形溝規(guī)格，進行邊溝的填方與挖方作業(yè)，并使用漿砌片石對邊溝進行加固處理。路基排水的設(shè)計需要保持一定的獨立性，減少其和其他排水設(shè)計內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性。

3.3.2 中央分隔帶排水

本工程的中央分隔帶寬度較高，可以使用明溝排水設(shè)計。需要在中央分隔帶的中心位置，設(shè)計一個規(guī)格為40 cm×40 cm的矩形溝，并使用漿砌片石進行加固處理，提升中央分隔帶的排水效率?？紤]到自然降水可能會滲透到軟土路基路面內(nèi)部，對路面、路基結(jié)構(gòu)造成影響，需要設(shè)置以縱向排水滲溝+橫向與縱向排水管設(shè)置的排水系統(tǒng)，快速排除地下滲水。對于中央分隔帶的底部與底基層，需要在其下方設(shè)計一個規(guī)格為50 cm×40 cm的級配碎石滲溝，并在其上方、側(cè)壁、溝底等位置鋪設(shè)防滲土工布，避免路表積水滲透到路基內(nèi)部。

在滲溝底部，設(shè)置一個規(guī)格為φ10 cm的PVC有孔塑料管，以豎向方式進行放置。以90 m作為一個間隔單位，將一個規(guī)格為φ10 cmPVC 的橫向無孔塑料管與豎向有孔塑料管進行對接，即可將中央分隔帶的滲水順利排泄到雨水檢查井內(nèi)部，避免路基存留過多積水。

3.3.3 綠化帶排水

本工程兩側(cè)的綠化帶寬度較寬，在自然降雨中，雨水可能會從綠化帶滲入地下，侵蝕軟土路基路面及路基。綠化帶滲水將由排水系統(tǒng)進行排泄。在綠化帶的底部、底基層下方，設(shè)計一個規(guī)格為40 cm×40 cm的級配碎石滲溝，并在其上方、側(cè)壁、溝底鋪設(shè)防滲土工布，參考中央分隔帶排水，將綠化帶滲水排泄帶雨水檢查井內(nèi)部[5]。

3.4 加強施工管理

3.4.1 做好技術(shù)交底

設(shè)計單位和施工單位進行技術(shù)交底時，需要明確施工設(shè)計方案的難點與重點內(nèi)容，由施工單位從實際施工作業(yè)的角度，指出方案的問題與不足之處，并由設(shè)計單位確認，對方案細節(jié)內(nèi)容做合理改進。施工單位也需要提出具有一定理解難度的內(nèi)容，由設(shè)計單位進行解答。在技術(shù)交底過程中，務(wù)必要做到信息詳細、解答清楚，避免存在理解問題，影響軟土路基路面施工質(zhì)量。

3.4.2 明確當日施工任務(wù)

在正式投入施工建設(shè)中，現(xiàn)場管理人員需要明確當日施工任務(wù)，各個施工班組需要確認具體的施工任務(wù)，領(lǐng)用相應(yīng)的機械設(shè)備、施工材料，根據(jù)施工設(shè)計方案落實各項施工內(nèi)容?，F(xiàn)場管理人員需要隨時檢查施工人員當前工作情況，及時指出施工問題，指導施工人員處理問題，避免給軟土路基路面留下安全隱患。

現(xiàn)場管理人員還需要定期向施工單位述職，由施工單位確認軟土路基路面當前施工進度是否和施工設(shè)計方案預期施工進度相匹配。如果不匹配，則證明現(xiàn)場施工存在問題，需要由施工單位進行確認，通過合理方式妥善處理，避免增加施工安全風險。如果匹配，施工單位需要思考如何在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提升施工效率，合理縮短軟土路基路面的施工周期。

3.4.3 定期檢查施工內(nèi)容

施工單位需要組織各個部門，定期到施工現(xiàn)場對軟土路基路面施工質(zhì)量進行檢查。根據(jù)施工設(shè)計標準，確認軟土路基路面的各項指標是否合理。如果不合理，需要追究相關(guān)負責人責任，并及時組織施工班組，對當前問題及時處理。

施工單位也可以考慮邀請第三方檢查單位，對軟土路基路面當前施工情況進行不定期檢查。以定期、不定期檢查的組合方式，從根本上及時發(fā)現(xiàn)軟土路基路面施工問題，設(shè)計相應(yīng)的處理方案做有效處理?？紤]到海濱地區(qū)可能會出現(xiàn)暴風、暴雨等自然災(zāi)害，施工單位要盡可能降低軟土路基路面二次修整概率，保證高質(zhì)量施工，以便順利養(yǎng)護交付，降低自然災(zāi)害對軟土路基路面施工建設(shè)的影響[6]。

4 結(jié)束語

在開展軟土路基路面施工設(shè)計時，需要詳細分析工程建設(shè)規(guī)模、軟土路基實際情況，結(jié)合本文理論內(nèi)容，設(shè)計一套內(nèi)容完善、結(jié)構(gòu)完整的施工設(shè)計方案。在方案執(zhí)行過程中，需要根據(jù)施工人員的工作反饋、技術(shù)人員的專業(yè)指導，對方案細節(jié)內(nèi)容做合理優(yōu)化，確保施工資源得到最大化應(yīng)用。希望更多道路施工單位可以參考本文內(nèi)容，設(shè)計優(yōu)化軟土路基路面施工設(shè)計工藝，推動我國道路施工領(lǐng)域穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻

[1] 鄒建迪.軟土路基處理中樁頂聯(lián)系梁的作用分析[J].福建建材，2022（12）：86-89.

[2] 富巖.高鐵路基軟土地基管樁試樁工藝研究[J].遼寧省交通高等專科學校學報，2022，24（6）：17-20.

[3] 任涵.公路軟土路基設(shè)計相關(guān)問題探究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2022（23）：122-124.

[4] 施華金.公路工程路面路基工程中軟土地基和特殊結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].石油化工建設(shè)，2022，44（3）：144-146.

[5] 王大洋.公路施工中軟土路基的施工技術(shù)處理探討[J].四川建材，2021，47（1）：151-152.

[6] 溫浩.公路路基路面設(shè)計中軟基的處理技術(shù)分析[J].建材與裝飾，2020（21）：260-261.