公路工程中軟土路基換填施工技術(shù)研究

金延飛 石林煜

甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 甘肅 蘭州 730100

隨著社會的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的快速增長，公路交通在人們的生活中扮演著至關(guān)重要的角色。而在公路工程中，軟土路基作為常見的地基類型，其施工質(zhì)量和穩(wěn)定性對公路的安全運(yùn)營具有重要影響。然而，軟土路基施工中存在著諸多問題和挑戰(zhàn)，如承載能力低、易于變形和不穩(wěn)定等[1]，給工程帶來了許多隱患。因此，研究軟土路基換填施工技術(shù)具有重要的時(shí)代背景和深遠(yuǎn)的研究意義。通過深入研究軟土路基的危害和特征，探索有效的施工技術(shù)，可以提高軟土路基的承載能力和穩(wěn)定性，這將為公路工程的可持續(xù)發(fā)展和安全運(yùn)營提供重要的支持，也具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 軟土路基的危害和特征

1.1 軟土路基的危害

軟土路基在公路工程中具有許多危害特征。首先，軟土路基的承載能力較低，由于其土層結(jié)構(gòu)疏松、孔隙度高以及土粒間接觸面積小，導(dǎo)致其無法承受較大的荷載。這使得軟土路基容易發(fā)生變形和沉降，給公路的使用帶來了極大的不穩(wěn)定性和安全隱患。其次，軟土路基的水分含量較高，這會造成土體的液化和流動性增加，進(jìn)一步降低了其承載能力[2]。再次，軟土路基還具有較大的壓縮性，即在外界荷載的作用下，土體容易發(fā)生較大的沉降和形變。這種壓縮性的特征使得軟土路基對荷載的響應(yīng)較為敏感，需要特殊的處理和加固措施。最后，由于軟土的抗剪強(qiáng)度較低，易于發(fā)生滑坡和坍塌現(xiàn)象，給施工和使用過程帶來了嚴(yán)重的安全隱患。由此可見，軟土路基的危害主要表現(xiàn)為承載能力低、易于產(chǎn)生變形和沉降、易于發(fā)生滑坡等特征，這些問題對公路工程的安全和可靠運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅。因此，在軟土路基的施工中，需要采取合理的換填施工技術(shù)來克服這些問題，提高路基的穩(wěn)定性和承載能力。

1.2 軟土路基的特征

例如，甘肅濕陷性黃土是位于甘肅地區(qū)的特殊黃土地質(zhì)，其形成與地質(zhì)歷史和氣候條件有關(guān)。在地質(zhì)演化過程中，甘肅地區(qū)曾經(jīng)歷了多次地殼抬升和沉降，形成了黃土層的堆積。而濕潤的氣候條件會導(dǎo)致黃土中的黏土顆粒吸濕膨脹，進(jìn)而引起土壤的沉陷和收縮。濕陷性黃土是軟土的一種特殊情況，其顆粒結(jié)構(gòu)疏松，土體內(nèi)部存在較多的空隙和孔隙。這使得軟土路基的承載能力相對較低，容易產(chǎn)生變形和沉降，給公路的使用帶來不利影響[3]。其次，軟土路基的水分含量較高，常處于飽和狀態(tài)或過飽和狀態(tài)。高含水量會導(dǎo)致土體的粘聚力降低，剪切強(qiáng)度減小，使得軟土更易于流動和變形。此外，軟土路基的壓縮性較大，即在施加荷載或應(yīng)力時(shí)，容易發(fā)生較大的體積變化。這種壓縮性使得軟土路基在施工和使用過程中存在較大的沉降和變形風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，軟土路基的特征決定了它的較弱承載能力和易變形性，為確保公路的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，需要采取有效的措施對軟土路基進(jìn)行處理和加固。

2 軟土路基施工的現(xiàn)存問題

2.1 缺少對施工選址的科學(xué)考量

在軟土路基的施工過程中，缺少對施工選址的科學(xué)考量是一個現(xiàn)存的問題。軟土地區(qū)的地質(zhì)條件復(fù)雜，土壤承載能力低，容易產(chǎn)生沉降和變形，因此在選址過程中需要進(jìn)行綜合的地質(zhì)勘察和工程地質(zhì)評價(jià)。然而，目前在軟土路基施工前的選址工作中，往往缺乏科學(xué)的考慮，過于依賴經(jīng)驗(yàn)或簡單的觀察，導(dǎo)致選址不準(zhǔn)確、不合理。這種情況下，施工過程中可能會遇到更加復(fù)雜的地質(zhì)問題，如土層變化大、地下水位高等，增加了施工的難度和風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 施工活動中面臨滑坡問題

軟土的不穩(wěn)定性使得路基在施工過程中容易發(fā)生滑坡現(xiàn)象，給施工活動帶來嚴(yán)重的困擾和安全隱患[4]?；率侵竿馏w在受到外力作用或自身重力影響下，在一定條件下發(fā)生的大規(guī)模土體失穩(wěn)和滑動現(xiàn)象。軟土具有較高的含水量和較低的抗剪強(qiáng)度，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較松散，土粒間的摩擦力較小，容易發(fā)生滑動。在軟土路基施工中，如果不采取有效的措施來防止和處理滑坡問題，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故和質(zhì)量問題?；虏粌H會造成施工進(jìn)度延誤和成本增加，還可能引發(fā)土體坍塌、路基沉降以及周邊環(huán)境的破壞，給道路使用和人員安全帶來嚴(yán)重影響。

2.3 施工前培訓(xùn)尚且不夠到位

培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和教育資源有限，難以滿足軟土路基施工的需求。由于軟土路基的特殊性，需要具備專業(yè)的知識和技能才能進(jìn)行有效的施工，但目前缺乏系統(tǒng)完善的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和教育資源，導(dǎo)致施工人員在施工前對軟土路基的了解和掌握有限。其次，培訓(xùn)內(nèi)容和方法相對單一[5]，難以滿足不同施工環(huán)境的需求。軟土路基的施工具有一定的地域差異和變化，不同地區(qū)的軟土路基施工面臨的問題和挑戰(zhàn)也不盡相同。然而，目前的培訓(xùn)內(nèi)容和方法相對單一，難以針對性地滿足不同地區(qū)的需求，影響了施工人員的專業(yè)素養(yǎng)和能力提升。此外，培訓(xùn)與實(shí)踐結(jié)合不夠緊密，缺乏實(shí)際操作和經(jīng)驗(yàn)的積累。軟土路基施工需要在實(shí)際工程中不斷摸索和實(shí)踐，但目前培訓(xùn)與實(shí)踐之間的銜接不夠緊密，缺乏實(shí)際操作的機(jī)會，限制了施工人員對軟土路基施工技術(shù)的掌握和運(yùn)用。

3 公路工程中軟土路基換填施工技術(shù)

3.1 排水固結(jié)處理法

軟土路基通常具有高含水量和較低的承載能力，容易發(fā)生沉降和變形等問題。為了解決這些問題，排水固結(jié)處理法被廣泛采用。在施工中，首先需要進(jìn)行排水處理。通過設(shè)置排水系統(tǒng)，包括排水溝、排水管道等，將軟土中的過剩水分排出，降低土壤的含水量。排水處理能有效減少軟土的孔隙水壓，提高土體的排水能力，從而減少沉降和變形的風(fēng)險(xiǎn)[6]。接下來是固結(jié)處理。固結(jié)處理旨在提高軟土的工程性質(zhì)，增加土體的密實(shí)度和強(qiáng)度。常用的固結(jié)方法包括振動加固、預(yù)壓加固和化學(xué)固化等。振動加固通過利用振動機(jī)械對軟土施加振動力，促使土顆粒重新排列并增加土體的密實(shí)度。預(yù)壓加固則是利用預(yù)壓裝置施加一定的壓力，使軟土在施工前達(dá)到一定的固結(jié)狀態(tài)，減少施工后的沉降和變形。化學(xué)固化是通過添加化學(xué)藥劑，使軟土顆粒間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成固結(jié)體，提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。排水固結(jié)處理法在軟土路基施工中具有重要的作用。通過合理的排水和固結(jié)處理，可以改善軟土的工程性質(zhì)，提高其承載能力和穩(wěn)定性，減少沉降和變形的風(fēng)險(xiǎn)。然而，施工過程中需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的排水和固結(jié)方法，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，以確保施工效果的可靠性。未來的研究還需要進(jìn)一步深入探討排水固結(jié)處理法的優(yōu)化和改進(jìn)，以應(yīng)對不同軟土路基施工環(huán)境和要求，為公路工程的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

3.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是較為常用的軟土路基換填施工技術(shù)，通過利用重型夯擊設(shè)備對軟土進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，以增加土體的密實(shí)度，提高路基的穩(wěn)定性和承載能力。該方法主要通過夯擊設(shè)備的重力作用和夯擊頻率，使夯實(shí)能量傳遞到軟土中，促使土體顆粒重新排列并形成較為密實(shí)的結(jié)構(gòu)[7]。在強(qiáng)夯法施工中，首先需要選擇合適的夯擊設(shè)備，包括夯錘和夯板等工具。夯擊設(shè)備的重量和夯擊頻率需要根據(jù)軟土的特性和工程要求進(jìn)行合理配置。然后，夯錘通過自由下落或機(jī)械方式對軟土進(jìn)行夯實(shí)，夯板的作用是將夯擊力均勻傳遞到土體中。夯擊過程中，夯錘會重復(fù)地在同一點(diǎn)進(jìn)行夯擊，通過擠壓、抖動和摩擦力等作用，使軟土顆粒間形成更緊密的結(jié)構(gòu)，提高土體的密實(shí)度和抗壓強(qiáng)度。強(qiáng)夯法的優(yōu)點(diǎn)在于施工速度快、成本較低，并且能夠顯著改善軟土路基的工程性質(zhì)。通過強(qiáng)力夯實(shí)，軟土的空隙率減小，土體的排水性能和穩(wěn)定性得到提高，從而增加了路基的承載能力和抗沉降能力。此外，強(qiáng)夯法還能改善軟土的水分條件，減少土體的液塑性，降低土體的變形性。

3.3 清淤施工法

在軟土路基施工過程中，軟土中常常含有大量的淤泥和雜質(zhì)，這些物質(zhì)會增加軟土的含水量，使其工程性質(zhì)變差，穩(wěn)定性降低。因此，通過清除軟土中的淤泥和雜質(zhì)，可以減少軟土的含水量，從而提高軟土的工程性質(zhì)和穩(wěn)定性。清淤施工法的實(shí)施主要包括以下幾個步驟：首先，對軟土路基進(jìn)行勘測和分析，確定淤泥和雜質(zhì)的分布情況和含量；然后，采用合適的清淤工藝和設(shè)備，對軟土路基進(jìn)行清除淤泥的作業(yè)；清淤作業(yè)可以采用機(jī)械清淤、人工清淤或者二者結(jié)合的方式進(jìn)行，根據(jù)實(shí)際情況選擇最合適的方法；清淤完成后，還可以進(jìn)行土壤改良和固結(jié)處理，以進(jìn)一步提高軟土的工程性質(zhì)[8]。清淤施工法的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少軟土的含水量，降低軟土的液態(tài)指數(shù)，從而提高軟土的穩(wěn)定性和承載能力。清淤后的軟土路基具有較好的工程性質(zhì)，能夠滿足公路工程的要求，提高路基的使用壽命和安全性。此外，清淤施工法操作簡便、施工周期短，能夠有效地改善軟土路基的性質(zhì)，減少施工風(fēng)險(xiǎn)。首先，清淤過程中需要注意對周邊環(huán)境和水體的保護(hù)，避免對生態(tài)環(huán)境造成不良影響。其次，清淤后的軟土需要及時(shí)進(jìn)行土壤改良和固結(jié)處理，以提高其工程性質(zhì)和穩(wěn)定性。最后，清淤施工法在一些特殊地質(zhì)條件下可能存在一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮和方案設(shè)計(jì)。

3.4 加固土樁法

加固土樁法是一種常用的軟土路基換填施工技術(shù)，通過在軟土路基中安裝土樁來增加路基的承載能力和穩(wěn)定性。該方法利用土樁的抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，提高軟土的整體力學(xué)性能，使其能夠滿足公路工程的要求。在加固土樁法中，首先需要選擇適當(dāng)?shù)耐翗额愋秃筒贾梅桨?。常見的土樁類型包括灌注樁、鉆孔灌注樁和擠密樁等，選擇合適的土樁類型需要考慮軟土的性質(zhì)、承載要求和施工條件等因素。然后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和樁基間距，確定土樁的布置方案，合理分布土樁，形成均勻的加固體系。施工過程中，土樁通常通過打孔、注漿或灌注的方式安裝到軟土中。在軟土路基中安裝土樁時(shí)，需要注意施工工藝和技術(shù)要求，確保土樁與軟土的良好連接和嵌固效果。同時(shí)，根據(jù)具體情況，可以采用預(yù)制樁或現(xiàn)場澆筑樁等方法，靈活選擇施工方式。加固土樁法的優(yōu)點(diǎn)是施工相對簡便快捷，且適用于不同類型和厚度的軟土路基。通過增加土樁的數(shù)量和間距，可以有效提高路基的承載能力和穩(wěn)定性，減少變形和沉降。此外，加固土樁法還具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，相對于其他施工技術(shù)，成本較低且施工周期短。但是需要予以重點(diǎn)關(guān)注的是，加固土樁法在實(shí)際應(yīng)用中也存在部分問題和挑戰(zhàn)，如施工難度大、土樁與軟土之間的相互作用等。因此，在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮各種因素，選擇合適的加固土樁方案，并結(jié)合其他施工技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用，以達(dá)到最佳的加固效果。

3.5 孔內(nèi)深層加固法

孔內(nèi)深層加固法是一種常用的軟土路基換填施工技術(shù)，通過在軟土路基中鉆孔并注入加固材料，以提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而達(dá)到加固效果。該方法在軟土路基施工中具有廣泛的應(yīng)用前景。具有提高承載能力和穩(wěn)定性的優(yōu)勢。在實(shí)際應(yīng)用中，需要充分考慮地質(zhì)條件和施工要求，合理選擇加固材料和施工參數(shù)，并加強(qiáng)對施工過程的監(jiān)控和管理，以確保施工質(zhì)量和效果。首先，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地質(zhì)條件，在軟土路基中選取合適的位置和間距進(jìn)行鉆孔。其次，通過專業(yè)的鉆孔設(shè)備進(jìn)行孔洞的鉆探，確保孔洞的質(zhì)量和穩(wěn)定性。接下來，根據(jù)具體情況選擇合適的加固材料，如水泥漿、土工合成材料等。將加固材料注入孔洞中，并在注入過程中適時(shí)抽取鉆桿，以保證加固材料充分填充孔洞，并與周圍土體緊密結(jié)合。最后，對填充后的孔洞進(jìn)行固結(jié)養(yǎng)護(hù)，使加固材料充分固化并與周圍土體形成穩(wěn)定的整體?？變?nèi)深層加固法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠有效提高軟土路基的承載能力和穩(wěn)定性。通過注入加固材料，可以增加軟土的內(nèi)摩擦角和抗剪強(qiáng)度，提高土體的整體強(qiáng)度，從而減少路基變形和沉降的風(fēng)險(xiǎn)。此外，該方法施工相對簡便，對現(xiàn)場交通和周圍環(huán)境的干擾較小，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和施工效率。然而，孔內(nèi)深層加固法在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)和限制。首先，加固材料的選擇需要考慮與軟土的相容性和穩(wěn)定性，以確保加固效果的可靠性。其次，施工過程需要對孔洞的位置、間距和注入方式進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮加固效果。此外，施工過程中需要嚴(yán)格控制注入材料的流量和壓力，避免對周圍環(huán)境和地下水造成不良影響。

4 結(jié)束語

綜上所述，軟土路基在公路工程中的施工具有一定的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性，需要采取科學(xué)有效的換填施工技術(shù)來解決問題。本文對軟土路基的危害和特征進(jìn)行了分析，總結(jié)了現(xiàn)存的施工問題，并介紹了公路工程中常用的軟土路基換填施工技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用可以提高軟土路基的穩(wěn)定性和承載能力，為公路的安全運(yùn)行提供保障。然而，對于軟土路基施工技術(shù)的研究還有待進(jìn)一步深入，未來需要更多的實(shí)踐和探索，以不斷改進(jìn)和完善施工方法，為公路工程的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，以此為基礎(chǔ)，有效地銜接當(dāng)前時(shí)代發(fā)展進(jìn)程，此舉意義非凡。