軟土路基施工技術及創(chuàng)新方法研究

【摘要】文章概述了傳統(tǒng)施工技術，深入探討了近年來的創(chuàng)新方法與技術。通過對比分析，評估了各技術的應用效果，提出了相應的問題與解決策略，并進行了技術經(jīng)濟效益評估。對未來軟土路基施工技術的發(fā)展趨勢進行了展望，突出了智能施工技術、新型材料的研究及環(huán)境友好與可持續(xù)施工技術的重要性。

【關鍵詞】高速公路；軟土路基；施工技術；地質(zhì)雷達

【中圖分類號】TU473" " " "【文獻標志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）02-0103-03

高速公路作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡的關鍵組成部分，其建設質(zhì)量直接影響著交通安全和經(jīng)濟發(fā)展。然而，在眾多的建設任務中，軟土地段高速公路建設始終是一大難題。軟土的特殊性質(zhì)如低強度、高壓縮性和易變形等特點使其在承受交通荷載時面臨穩(wěn)定性問題，從而對高速公路的質(zhì)量和壽命造成潛在威脅。傳統(tǒng)施工方法已不能滿足現(xiàn)代工程的需求，因此，研究和探索新的施工技術，尤其是在軟土路基施工中，變得尤為重要。文章旨在深入探討此領域的技術進展，為實際工程施工提供有力的技術支持。

1 軟土路基施工的傳統(tǒng)技術概述

由于軟土的低強度、高壓縮性和易變形等特性，需要采取一系列技術措施來保證道路的穩(wěn)定性和使用壽命。以下是幾種傳統(tǒng)施工技術及應用。

1.1 軟土改良技術

軟土改良技術是一種常用的方法，旨在通過物理、化學或生物方法改善軟土的性質(zhì)，從而提高其強度和穩(wěn)定性。物理方法通常涉及填土、壓實和排水等手段，可以有效地減少土壤的含水量和壓縮性?；瘜W方法則主要是通過添加化學物質(zhì)，如灰、石灰和水泥等，改變土壤的化學成分，增加其凝聚力和強度。生物方法則是通過植物根系的生長，改善土壤結(jié)構和增加其穩(wěn)定性。經(jīng)過這些處理后，軟土不僅強度得到增強，還具有良好的抗變形和抗剪切性能，滿足了高速公路施工的要求[1]。

1.2 土工合成材料應用

土工合成材料，如土工布、土工膜和土工格柵等，已在軟土路基施工中得到廣泛應用。這些材料具有高強度、耐腐蝕和長壽命等優(yōu)點，可以有效加強和保護路基。土工布常用于隔離、加固和排水，可以有效隔離不同性質(zhì)的土壤，防止其混合，同時提供一個穩(wěn)定的施工平臺；土工膜主要用于防水和防滲，保證路基的干燥和穩(wěn)定；而土工格柵則具有很好的抗剪切和抗拉伸性能，可以有效加強路基抗裂和抗滑移性能，防止其變形和損壞。這些材料的使用，不僅可以提高施工效率，還可以延長道路的使用壽命。

1.3 常規(guī)排水與固結(jié)技術

排水和固結(jié)是軟土路基施工中的常規(guī)技術。由于軟土含水量高，易產(chǎn)生大沉降和變形，因此，有效排水是保證路基穩(wěn)定性的關鍵。常用的排水方法有開挖排水溝、設置排水管和使用土工布等。這些方法可以快速地將多余的水分排放出去，降低土壤的孔隙水壓，增加其強度。與此同時，固結(jié)技術也得到了廣泛應用。通過壓實和加荷，可以使土壤中的空隙減少，提高其密度和強度。固結(jié)后的路基不僅具有良好的承載能力，還可降低沉降和變形，滿足了高速公路的使用要求[2]。

2 創(chuàng)新施工技術與方法

在軟土路基施工中，隨著科技的發(fā)展和工程需求的提高，傳統(tǒng)的施工方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化施工要求。因此，研發(fā)和應用創(chuàng)新施工技術和方法變得至關重要。以下詳細介紹幾種創(chuàng)新的施工技術和方法。

2.1 生態(tài)施工方法在軟土路基中的研究進展

近年來，隨著環(huán)境保護意識的增強，生態(tài)施工方法逐漸成為工程界研究焦點。生態(tài)施工方法注重與自然環(huán)境的和諧共生，旨在最小化施工對環(huán)境的破壞。在軟土路基施工中，生態(tài)施工方法主要包括使用生物技術改良土壤、采用環(huán)保材料和設計綠色施工工藝等。利用植物的根系加固土壤是生物技術改良土壤的一種方法[3]。

2.2 深部排水與固結(jié)新技術的探索

傳統(tǒng)的排水和固結(jié)技術主要針對表層軟土，對于深層軟土則效果不明顯。因此，研究和應用深部排水與固結(jié)技術變得尤為重要。深部預壓技術是一種有效的深部固結(jié)技術，通過施加預壓，可以加速深層軟土的固結(jié)和沉降，提高其強度和穩(wěn)定性。除了深部預壓技術，深部排水也是深部固結(jié)的重要手段。

2.3 智能化施工技術的潛力與挑戰(zhàn)

隨著信息技術和人工智能的發(fā)展，智能化施工技術在軟土路基施工中的應用逐漸增多。這些技術主要包括智能化施工設備、數(shù)字化施工管理和大數(shù)據(jù)分析等。智能化施工設備，如無人駕駛壓路機、自動化土壤檢測儀和智能化材料攪拌機等，可以提高施工效率、確保施工質(zhì)量并降低人力成本。例如，無人駕駛壓路機可以根據(jù)預設的施工參數(shù)自動完成壓實作業(yè)，確保壓實質(zhì)量并減少人為誤差。數(shù)字化施工管理利用各種傳感器、無線通信和云計算技術，實時收集、傳輸和處理施工數(shù)據(jù)，為施工決策提供有力支持；再如，土壤傳感器可以實時監(jiān)測土壤的含水量、密度和強度，確保施工質(zhì)量并及時發(fā)現(xiàn)和解決問題；大數(shù)據(jù)分析則利用先進的數(shù)據(jù)挖掘和機器學習技術，分析大量的施工數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)施工中的規(guī)律和趨勢，為施工決策提供科學依據(jù)。

2.4 地質(zhì)雷達技術的應用

地質(zhì)雷達（Ground Penetrating Radar，GPR）是一種無損探測技術，它通過發(fā)送和接收電磁波來探測地下結(jié)構。在軟土路基施工中，地質(zhì)雷達技術為工程師提供了一種高效、準確的地下探測方法。首先，通過GPR技術，可以在施工前對地下土壤結(jié)構、水分分布和障礙物進行詳細探測，避免施工中的潛在風險。例如，地質(zhì)雷達可以幫助識別地下的沼氣、巖層和地下水，為施工提供重要參考信息；其次，GPR技術還可以實時監(jiān)測施工過程中的土壤變化，確保施工質(zhì)量。通過分析地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)，工程團隊可以及時發(fā)現(xiàn)施工中的問題，如土壤密實度不足、填土不均勻等；此外，與其他地下探測技術相比，GPR技術具有更高的分辨率、更快的探測速度和更低的操作成本，適合大面積、高頻率地下探測。地質(zhì)雷達技術為軟土路基施工提供了一個快速、準確、經(jīng)濟的地下探測方法，有助于提高施工效率和質(zhì)量，確保工程的安全和穩(wěn)定[4]。

3 技術效果對比與評價

3.1 傳統(tǒng)技術與創(chuàng)新技術在實際項目中的應用對比

傳統(tǒng)技術經(jīng)過多年實踐應用已經(jīng)相對成熟和穩(wěn)定。這些技術，如基礎改良、土工合成材料使用和常規(guī)排水固結(jié)技術，已在多個項目中得到驗證，設備要求不高，技術門檻較低。而且，這些技術通常已經(jīng)被納入相關的施工規(guī)范和標準中。與此相反，創(chuàng)新技術，如生態(tài)施工方法、深部排水固結(jié)和智能化施工技術，雖然展現(xiàn)出巨大潛力，但仍處于研究和開發(fā)階段。這些技術通常需要高端設備、高技能操作者和更高的投資。然而，這些新技術提供了傳統(tǒng)技術無法實現(xiàn)的優(yōu)勢，如更快的施工速度、更高的施工質(zhì)量和更大的環(huán)境友好性。以某高速公路工程為例，在沿線路段中，通過勘察得知沿線存在約1000米左右的軟土路基，并且含有大量水分。由于高速公路的等級要求較高，所以地基必須具有良好的承載能力，常規(guī)排水固結(jié)技術難以滿足施工標注，在綜合分析造價成本后，選擇采用深部排水固結(jié)處理法。在實際項目中，傳統(tǒng)技術和創(chuàng)新技術的選擇取決于項目的具體需求、預算和技術可行性。盡管創(chuàng)新技術提供了許多優(yōu)勢，但在某些情況下，傳統(tǒng)技術可能仍然是更合適的選擇。

3.2 技術應用中的問題及解決策略

無論是傳統(tǒng)技術還是創(chuàng)新技術，在實際應用中都可能遇到各種問題。例如，土壤的非均勻性、施工中突發(fā)情況和技術局限性都可能導致施工質(zhì)量下降。為了解決這些問題，需要采取一系列策略。首先，進行充分的前期調(diào)查和設計是關鍵。通過對項目地點詳細地質(zhì)調(diào)查，可以獲取土壤詳細信息，如土壤類型、含水量和強度等。這些信息可以為技術選擇提供重要依據(jù)。如在遭遇含有大量淤泥、砂礫等雜質(zhì)的軟土路基時，可采用高壓噴射注漿技術。在施工時，一是使用鉆機鉆孔，接著用噴嘴注漿。高壓噴射出的水泥漿會形成高射流體，對施工區(qū)域的軟土進行攪動。二是鉆機桿不斷上升，且保持螺旋狀，將水泥漿填進去，等其凝固，以此保障軟土路基的強度；其次，采用適當?shù)募夹g組合也很重要。在某些情況下，單一的技術可能無法滿足施工需求。因此，結(jié)合多種技術，如基礎改良和深部排水，可以提高施工效果；此外，及時監(jiān)測和調(diào)整也是保證施工質(zhì)量的關鍵。通過實時施工監(jiān)測，如土壤傳感器和無人機巡檢，可以實時獲取施工進展和效果，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。

3.3 技術經(jīng)濟效益分析

在選擇施工技術時，除了考慮技術效果外，還需要考慮經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)技術由于成熟和普及，通常具有較低的投資和運營成本。而且，這些技術的設備和材料通常容易獲取，降低了施工難度和風險。與此相反，創(chuàng)新技術雖然提供了更高的施工效果，但其投資和運營成本也較高。如智能化施工設備和高端材料采購需要大量資金投入。此外，這些技術的應用還需要專業(yè)操作者和維護人員，增加了人力成本。然而，從長遠來看，創(chuàng)新技術可能提供更高的經(jīng)濟效益。

4 未來技術發(fā)展趨勢

4.1 智能施工技術的前景探討

未來軟土路基施工預計將大量采用無人駕駛設備、物聯(lián)網(wǎng)技術及數(shù)據(jù)分析等智能技術。首先，無人駕駛設備，如無人壓路機、無人挖掘機等，預計將在未來得到更廣泛應用。這些設備可以自動完成施工任務，不僅提高了施工效率，還降低了人為誤差和安全隱患；其次，物聯(lián)網(wǎng)技術將使各種施工設備和傳感器實現(xiàn)互聯(lián)互通，實時傳輸和處理施工數(shù)據(jù)，為施工決策提供及時準確的信息。而數(shù)理統(tǒng)計、人工智能等先進技術的應用，可以有效提升決策的效率，比如說，采用模糊多屬性決策方法，構建出公路軟土路基處理方案決策的模糊綜合評判決策模型，確定出模型中各影響因素不同等級評語的隸屬度和權重，采用加權平均型算子和多層次分析對決策模式進行兩方面的改進，可以實現(xiàn)對公路軟土路基處理方案的模糊推理和優(yōu)化評判，彌補公路軟土路基依賴經(jīng)驗的歷史，提高決策的科學性；此外，通過使用先進的數(shù)據(jù)分析技術，如機器學習和深度學習，可以從大量施工數(shù)據(jù)中提取有用的信息，預測施工中的潛在問題，并提供有效的解決方案[5]。

4.2 軟土路基施工中新材料的研究方向

研究和開發(fā)新的施工材料已經(jīng)成為軟土路基施工趨勢。這些新材料不僅提供了傳統(tǒng)材料無法達到的性能，還具有更好的環(huán)境友好性和可持續(xù)性。例如，納米材料如納米硅酸鹽和納米碳管，由于其獨特的物理和化學性質(zhì)，可以用于改良軟土，提高其強度和穩(wěn)定性。此外，生物材料，如生物酶和微生物，也被用于軟土改良。這些生物材料通過與土壤中的有機物發(fā)生化學反應，形成穩(wěn)定的復合材料，提高土壤的結(jié)構和性能。這些再生材料不僅減少了廢棄物處理問題，還提供了良好的經(jīng)濟效益。

4.3 環(huán)境友好與可持續(xù)施工技術的發(fā)展趨勢

隨著環(huán)境、資源問題日益加劇，環(huán)境友好和可持續(xù)的施工技術已經(jīng)成為必然趨勢。首先，綠色施工方法如低碳施工、綠色材料選擇和施工廢物回收等，將在未來得到更廣泛應用。這些方法不僅減少了施工中的能耗和污染排放，還提高了資源的利用率。其次，施工中的水資源管理也將成為重要研究方向。通過采用先進的水資源回收和再利用技術，可以減少施工中的水資源消耗。此外，生態(tài)施工方法，如生態(tài)恢復和生物技術施工，也將得到更廣泛應用。這些方法不僅保護了生態(tài)環(huán)境，還帶來了良好的社會效益。

5 結(jié)語

通過深入研究生態(tài)施工、深部固結(jié)技術、智能化施工等前沿技術，看到了軟土路基施工未來的可能性和方向。這些技術不僅能提高施工效率，確保施工質(zhì)量，更重要的是都在努力降低對環(huán)境的影響，追求施工的可持續(xù)性。而從經(jīng)濟角度看，盡管創(chuàng)新技術初期投入較高，但從長遠來看，其所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益都是不可估量的。當然，無論是哪種技術，其真正的價值都在于實際工程應用。因此，結(jié)合項目實際情況，進行充分前期調(diào)查和設計，選擇合適的施工技術，才是保證工程成功的關鍵。同時，隨著技術的不斷發(fā)展，也需要保持開放和創(chuàng)新的思維，不斷學習和適應新的技術和方法，為軟土路基施工的未來創(chuàng)造更多的可能性。

參考文獻

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[作者簡介]夏子軒（1998—），男，湖南株洲人，本科，研究方向：道路工程。