公路路基加固加寬施工技術(shù)研究

中圖分類號：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)14-0178-04

Abstract:Softsoilfoundation treatmenttechnologyplaysacrucialroleinensuringthestabilityoftheroadbedinhighway reconstructionandexpansionprojects.Thisarticle takesthewideningprojectofsoftsoilsubgradeasthebackground，and conductsasystematicstudyontwo foundation treatmentschemes: CFGpileandhigh-pressrerotary jet groutingpile.Combined withengineringpractice，itcomparesandanalyzestheirtechnicalcharacteristicsandapplicationefects.Throughengiering caseverfication，itwasfoundthatthedesignofCFGpilesneedstofocusoncordinatingtheselectionandthicknesscontrolof bufferlayermaterials，matchingofpilestrengthoptimizationofpilespacing，selectionofpilediameter，anddetermnationofpile length，amongotherkeyparameters，toensurethatthecombinationofvariousparametersmetsthegeologicalconditionsand constructionqualityrequirementsonsite.Duringtheconstructionprocess，itisimportanttofocusoncontrolingthequalityofthe lowerpartofthepilebody，scientificalldevelopingaconstructionscheduletoavoiddamagetothecontinuityofthepilebody， andestablishingapreventionmechanismandemergencyresponse planforpilebreakage isses.Theresearchresultsindicatethat thereasonableaplicationofflexiblereinforcementcushiontechnologyinCFGpilecompositefoundationcansignificantlymprove theoverallbearingperformanceofthefoundation，efectivelyregulatetheloaddistribution，andsupressdferentialsetlement. Comparedwithhigh-presurerotaryjetgroutingtechology，CFGpileshaveobviousadvantagesinsoftsoilreinforcementffect andeconomy.Thequalityofpileformationandconstructioneficiencyhaveahigherdependenceonmechanicalselection， processparameters，andprocesscontrol.Thisresearchachievementprovidesimportanttechnicalreference forthecomparisoand construction quality control of soft foundation treatment schemes in similar projects.

Keywords: highwaysubgrade;reinforcement treatment; widening treatment; constructionscheme；soft soil subgrade

隨著中國經(jīng)濟的快速增長，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迎來重大發(fā)展契機，其中高速公路改擴建工程已成為提升交通網(wǎng)絡(luò)效能的重要舉措。在既有道路拓寬工程實施過程中，新老路基的物理力學(xué)特性差異成為核心技術(shù)挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)為：新舊填筑體在壓實度、含水量、顆粒級配等材料參數(shù)存在顯著差異，其彈性模量、塑性變形及強度特性呈現(xiàn)非均勻性分布。同時，基底地質(zhì)條件的非對稱特征進(jìn)一步加劇了工程復(fù)雜性，原路基下伏土層歷經(jīng)多年固結(jié)沉降，其承載特性與新建區(qū)段天然地基形成明顯對比。在多重外部因素耦合作用下，包括區(qū)域地質(zhì)條件差異、周期性氣候影響及動態(tài)車載效應(yīng)、工程面臨三大核心問題：既有路基穩(wěn)定性評估、差異沉降控制及路面結(jié)構(gòu)完整性維護。值得注意的是，當(dāng)前改擴建領(lǐng)域存在技術(shù)體系不完善現(xiàn)象，突出表現(xiàn)在勘察設(shè)計規(guī)范缺失、施工工藝標(biāo)準(zhǔn)待優(yōu)化、質(zhì)量管控指標(biāo)不統(tǒng)一等方面。相較于新建工程，改擴建項目特有的界面處理技術(shù)、差異沉降協(xié)調(diào)機制及動態(tài)施工控制方法尚未形成系統(tǒng)理論體系，特別是新舊路基協(xié)同變形機理研究、過渡段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)亟待突破。針對這些技術(shù)瓶頸，本研究系統(tǒng)剖析了路基拓寬工程中的界面銜接技術(shù)、加筋補強工藝、差異沉降控制策略等關(guān)鍵要素，并通過數(shù)值模擬與工程實證相結(jié)合的方法，對分層填筑工藝、土工合成材料應(yīng)用、動態(tài)監(jiān)測技術(shù)等創(chuàng)新措施進(jìn)行效能評估，為建立科學(xué)規(guī)范的改擴建工程技術(shù)體系提供理論支撐與實踐指導(dǎo)。

1公路加寬路基的破壞機理分析

新老路基的非協(xié)調(diào)性變形主要表現(xiàn)為差異沉降，其本質(zhì)源于填筑體與地基的耦合位移響應(yīng)。由于既有路基歷經(jīng)長期固結(jié)和行車荷載作用，其工后沉降趨于穩(wěn)定，而拓寬區(qū)新填筑體受施工擾動及自重固結(jié)影響，地基附加應(yīng)力場重新分布，導(dǎo)致新舊區(qū)段產(chǎn)生非對稱豎向位移。填筑時序差異進(jìn)一步加劇了界面變形矛盾：既有路基填料經(jīng)歷史期壓密形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層，而新填筑體在施工期及工后階段持續(xù)發(fā)生壓縮變形，兩者模量梯度及固結(jié)速率的顯著差異在頂面形成位移差。此外，施工技術(shù)參數(shù)(如壓實功、分層厚度)與填料物理力學(xué)特性(滲透系數(shù)、壓縮模量)的離散性，造成新填筑區(qū)壓縮固結(jié)速率與既有路基變形特征失配，最終導(dǎo)致界面處產(chǎn)生彎拉應(yīng)力集中，形成頂面變形不協(xié)調(diào)的力學(xué)響應(yīng)。

1.1土質(zhì)結(jié)構(gòu)變形破壞

土的壓縮性表征其在外荷載作用下的體積變形特性，作為巖土工程的核心本構(gòu)關(guān)系，直接影響工程構(gòu)筑物的長期穩(wěn)定性和服役性能。土體受壓產(chǎn)生的體積壓縮響應(yīng)源于三相體系的相互作用機理，具體表現(xiàn)為3種物理過程：首先，土顆粒自身在應(yīng)力重分布下發(fā)生彈性或塑性形變；其次，孔隙內(nèi)氣液兩相介質(zhì)的壓縮導(dǎo)致多相介質(zhì)體積變化，其中封閉氣泡的壓縮模量顯著影響瞬態(tài)變形特征；最后，自由孔隙流體的排出引發(fā)有效應(yīng)力轉(zhuǎn)移，促使土顆粒骨架重構(gòu)并伴隨孔隙率降低。這種固-液-氣耦合的壓縮機制具有顯著的時間依賴性，飽和土表現(xiàn)為固結(jié)排水過程，非飽和土則涉及基質(zhì)吸力變化與氣相壓縮的復(fù)雜相互作用。工程實踐中，準(zhǔn)確量化壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)等參數(shù)對地基沉降預(yù)測、填方工程穩(wěn)定性分析具有決定性作用，特別是在軟土地區(qū)或高填方工程中，次固結(jié)變形引起的長期沉降更需重點考量。

1.2 地基中的應(yīng)力破壞

地基應(yīng)力場與地下水動態(tài)存在顯著耦合效應(yīng)。當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r，孔隙水壓力增大導(dǎo)致土體有效應(yīng)力降低，同時上層覆土自重應(yīng)力增量使土骨架承受附加壓力，誘發(fā)土層固結(jié)沉降；反之，水位下降引起孔隙水壓力消散，土體有效應(yīng)力重新分布，超固結(jié)土體可能產(chǎn)生彈性回彈變形。城市大規(guī)模地下水開采形成區(qū)域性降落漏斗，生活與工業(yè)用水抽排使含水層系統(tǒng)失衡，這種持續(xù)的水-力耦合作用觸發(fā)地面沉降鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，其速率與沉降量呈現(xiàn)顯著時空相關(guān)性，如上海等沿海城市已觀測到累計數(shù)米的地面高程損失。

道路工程中，路基荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力增量通常處于彈性變形區(qū)間，可采用Boussinesq彈性理論解進(jìn)行應(yīng)力場解析。當(dāng)路基軸線方向與地基各向異性主軸存在夾角時，土體模量方向異性將導(dǎo)致計算結(jié)果偏差，需引入橫觀各向同性本構(gòu)模型修正。對于半無限地基表面分布的條形荷載，其沿寬度方向的任意荷載分布形式(如梯形、拋物線形)均可通過Fourier級數(shù)展開進(jìn)行應(yīng)力場分解，但需滿足沿長度方向的荷載分布一致性條件，此時垂直應(yīng)力擴散規(guī)律與均布荷載工況具有可比性，但剪應(yīng)力分布特征呈現(xiàn)顯著差異。公路路基的梯形應(yīng)力場如圖1所示。

對于公路路基中的各種應(yīng)力變化，可以采用檢測樁進(jìn)行檢測，如圖2所示。

2典型工程案例及其加固加寬處理

公路地基土體的壓縮強度與其物理力學(xué)特性顯著相關(guān)，高壓縮性軟弱土層普遍呈現(xiàn)低承載力特征，其工程性質(zhì)受有機質(zhì)含量、孔隙比及膠結(jié)程度控制。典型軟土可劃分為5大類：淤泥類（高孔隙比、低滲透性）泥炭質(zhì)土（有機質(zhì)含量大于 10% ）粉質(zhì)黏土（黏粒含量主導(dǎo)塑性）軟黏土（靈敏性顯著)和腐殖質(zhì)土（植物殘體分解產(chǎn)物）。其中泥炭土因孔隙率超 80% 、壓縮模量小于 2MPa ，在荷載作用下易產(chǎn)生塑性流動變形，需特殊地基處理措施。

側(cè) 30m 范圍實施過渡型樁土協(xié)同設(shè)計。施工周期統(tǒng)籌為18個月，其中前12個月完成全部樁基工程與70% 路基填筑，后6個月開展路面結(jié)構(gòu)層施工，關(guān)鍵工序應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行樁位偏差動態(tài)調(diào)控（誤差小于等于 50mm. )，樁體強度通過 齡期鉆芯取樣驗證（抗壓強度大于等于 15MPa )，具體工藝參數(shù)與空間布置模式詳如圖4（CFG樁位布置三維模型）圖5（過渡段樁土協(xié)同作用力學(xué)解析圖）所示。

本文中選取的公路路基加固加寬案例，示意圖如圖3所示。

本工程針對不同地質(zhì)條件實施差異化地基處理方案：一般性軟土路基段（里程 M1+101～M15+000 ，總長9.8km 采用CFG樁復(fù)合地基技術(shù)，樁徑 400mm ，以正三角形網(wǎng)格化布樁模式實現(xiàn)應(yīng)力擴散，布樁間距按1.2～2.5m 梯度遞減；深厚軟基區(qū)域則選用高壓旋噴樁進(jìn)行深層加固，形成連續(xù)防滲帷幕。主體工程按雙向六車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路基橫斷面寬度 35.6m ，橋涵構(gòu)造物銜接段設(shè)置特殊處理區(qū)—橋臺后 50m 范圍采用加密樁網(wǎng)（間距 0.8m 控制差異沉降，小型結(jié)構(gòu)物雙

3加固加寬施工中基坑回填處理

解析圖

在公路路基加固工程中，橋臺結(jié)構(gòu)失穩(wěn)(傾覆)及橋頭行車顛簸(跳車)現(xiàn)象是典型技術(shù)難題，其核心誘因在于橋臺剛性基礎(chǔ)與臺背填筑區(qū)柔性體間的不均勻沉降效應(yīng)。究其機理，橋臺結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)固定，而臺后填筑材料的壓縮模量、滲透系數(shù)等物理力學(xué)特性與橋臺基底持力層存在顯著差異，隨著填筑高度的上升中 _H=5-15m ，界面區(qū)域的應(yīng)力重分布引發(fā)結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)，具體表現(xiàn)為：填筑體豎向壓縮變形速率與橋臺沉降速率的非同步性(時變差達(dá)2\\~3倍)，導(dǎo)致臺背結(jié)合部形成階梯狀沉降突變帶（梯度大于等于 20mm/m ）為此，需建立填筑高度-應(yīng)力應(yīng)變耦合模型，通過數(shù)值模擬揭示不同填高（ _{H=8，12，15m} 工況下路堤內(nèi)部主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)規(guī)律：當(dāng) H>10m 時，最大剪應(yīng)力區(qū)從基底向上遷移至填筑體中部，塑性區(qū)貫通風(fēng)險提升 35% 。試驗數(shù)據(jù)表明，采用Burgers黏彈性模型可精準(zhǔn)擬合填料的流變特性（相關(guān)系數(shù) R²=0.96 ），結(jié)合分層總和法計算的累計沉降量誤差控制在 5% 以內(nèi)，為優(yōu)化填筑工藝參數(shù)（含水率 18±2% 、壓實度大于等于 96% ）提供理論支撐。路基沉降與填充深度的關(guān)系，如圖6所示。

橋臺背墻與填土接觸區(qū)因側(cè)向土壓力分布異常易誘發(fā)滑移失穩(wěn)及傾覆破壞，其破壞機理源于接觸界面剪應(yīng)力集中與土體塑性區(qū)貫通，由于修復(fù)工程涉及結(jié)構(gòu)整體性恢復(fù)，往往引發(fā)不可逆的結(jié)構(gòu)損傷及高額修復(fù)成本?；诖?，需建立有限元接觸模型（采用摩爾-庫倫準(zhǔn)則)定量解析不同填筑高度 (H=8～15m) 工況下臺背土體側(cè)向應(yīng)力演變規(guī)律：當(dāng) H>12m 時，最大水平應(yīng)力值達(dá) 230kPa 且作用點上移 2.4m ，導(dǎo)致側(cè)向位移增量達(dá)12mm/m ，顯著超出規(guī)范限值(小于等于 5mm/m ），需通過設(shè)置反壓護道或優(yōu)化樁土剛度比實現(xiàn)應(yīng)力重分布控制。應(yīng)力變化與向下深度的關(guān)系如圖7所示。

基于超載預(yù)壓原理，公路軟基加固采用分層填筑法：將級配砂石(最大粒徑小于等于 50mm )與黏性王按2:1體積比分層攤鋪于作業(yè)面，通過分級加載(每層厚 0.6m ，間隔期7d)觸發(fā)土體主固結(jié)過程，核心機理在于加速超靜孔隙水壓力消散，促使有效應(yīng)力提升至設(shè)計值（ σ^′?150kPa ）。當(dāng)雙曲線法監(jiān)測的固結(jié)度達(dá)90% 且次固結(jié)系數(shù) Cα?0.005 時，實施預(yù)壓荷載分級卸載(速率小于等于 20kPa/d )，確保工后沉降量控制在 30mm 以內(nèi)，具體實施標(biāo)準(zhǔn)參照沉降速率-時間曲線拐點判定準(zhǔn)則。給出具體的施工流程，如圖8所示。

4結(jié)論

軟土地基處理技術(shù)的科學(xué)選擇直接影響路基穩(wěn)定性與工程效益。本文基于軟土路基拓寬項目，系統(tǒng)探討CFG樁與高壓旋噴樁的工藝原理及實施效果差異。研究表明，CFG樁設(shè)計需統(tǒng)籌緩沖材料選擇、厚度控制、樁體強度、樁距調(diào)整、樁徑匹配及樁長設(shè)定等核心要素，通過多參數(shù)協(xié)同優(yōu)化實現(xiàn)地質(zhì)條件與施工目標(biāo)的動態(tài)平衡。施工階段應(yīng)強化樁基下部成型質(zhì)量管控，優(yōu)化機械作業(yè)流程以減少樁體斷裂風(fēng)險，同時建立施工進(jìn)度與質(zhì)量聯(lián)控機制。工程對比分析表明，柔性增強墊層技術(shù)與CFG樁復(fù)合地基的結(jié)合可顯著改善地基荷載傳遞效率，降低不均勻沉降概率。相較于高壓旋噴樁工藝，CFG樁在軟基加固中展現(xiàn)出更優(yōu)的性價比和承載性能，其施工質(zhì)量與效率取決于設(shè)備選型精度、工藝參數(shù)適配性及全流程動態(tài)管理能力。研究成果為軟土路基處理方案的選擇提供了理論支撐，突出強調(diào)了參數(shù)集成優(yōu)化與施工過程精細(xì)化控制在提升地基處理效果中的核心作用，對同類工程具有實踐指導(dǎo)價值。

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