高速公路工程施工中软基处理关键技术

| 工程技术与应用 | Engineering Technology and Application2020年第4期

高速公路工程施工中软基处理关键技术

王晓明，夏祥山

（钟祥市交通运输局，湖北󰀃荆门󰀃448000）

摘 要：软质地基处理不当会影响高速公路工程施工顺利进行，而且会导致路基沉降，地下水侵蚀路基、路面，以及路面开裂和塌陷等一系列问题，影响高速公路的耐久性与交通安全。文章对软质地基的物理与力学特性进行简要介绍，分析其对于高速公路工程施工的影响，阐释了目前软基处理的基本方法与技术原理，探讨了在具体工程的工艺设计与施工过程中如何科学地选择软基处理技术以及控制好施工质量。关键词：软基处理；技术原理；工艺设计；高速公路中图分类号：U416.1󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃1 软基的物理与力学特性及其对高速公路施工的影响

1.1 软基的物理与力学特性

高速公路工程施工中遇到的软质地基大多是风化松散的岩石、砂土或者黏土，也有更加复杂和难处理的人工填土或者淤泥，而且通常情况下软基层的厚度分布不均匀、成分变化十分复杂，但在物理性状上都呈现出结构相对松散、稳定性差以及含水率高的共性。要想让高速公路工程基础结构所承担的荷载顺利传递，必须改变软基层的物理结构和状态，否则在复杂的道路运输荷载的作用下，软基层脆弱的抗剪切能力会使其发生流变和沉降，导致路基、边坡失稳以及路面结构损坏。此外软质地基松散的砂土通常有较高的含水率，因此当地下水水位因季节、气温等因素反复升高、回落时，地基会出现明显的胀缩现象，导致路面结构被破坏。1.2 对高速公路施工的影响

软质地基对高速公路工程的施工有多方面的不利影响。首先，由于其在静载下有较大的压缩和沉降空间，因此在高速公路施工时随着路基、路面结构施工的进行，会因路面静载逐渐加大而出现不均匀沉降，导致上层结构出现裂隙或失稳[1]。其次，软质地基所处位置通常地下水水位偏高，造成地基土层含水率高且承载力不足，影响桩基、路堑等的施工质量。目前高速公路工程日益向复杂水文地质环境延伸，能否妥善处理软质地基成为影响工程建设质量的重要因素。

2 常见软基处理方法及关键技术

软质地基处理的根本目的在于保障高速公路施工的顺利进行，并且确保路基和路面结构的稳定性与耐久性。因此常见的处理技术分别从降低软基的含水率、增强其力学性能并控制其后期沉降量的角度出发，通过土层置换、添加具有强化作用的工程材料以及排水和密实等途径，使其承载力等指标达到高速公路工程的设计要求。目前常见的软基处理方法如图1所示。其中的堆载预压法原理相对简单，但只能起到压实较薄软质基底的作用，处理效果不易控制，只适用于小范围的黏土、砂土以及人工填土等，目前在高速公路工程施工中应用极少。2.1 垫层换填法的应用

垫层换填是最简便有效的软基处理方法，其原理是

作者简介：王晓明（1972—），男，工程师，研究方向：路桥设计。

󰀃󰀃文章编号：2096-27（2020）04-0088-02

图1 软土地基常见处理方法

将软基层铲除,置换成碎石、砂土以及粉煤灰等性能相对较好的填料，或者直接填加水泥等材料加以强化。该技术的应用一方面让基底更加稳定和密实，达到足够高的承载力和保障路基稳定性，另一方面还可以降低基底的含水率，减少水分对路基与路面结构的侵蚀和影响。目前这一施工技术通常应用在浅表地基的硬化处理，适用于软土层较薄、工程量不大的情况。在具体施工时，首先，应根据土层结构和周边环境特点选择填料，控制好碎石等材料的级配，在必要时铺设土工格栅或土工布，用于强化软质基底的力学性能，并且达到抗渗、隔离的作用。其次，置换后的垫层应进行碾压，确保其达到理想的密实度。最后，对于含水率较高、厚度不大的软质基底，也可以添加石灰与水泥等材料并压实，利用其特殊的物理化学性质达到强化软土层、降低基底含水率的目的。2.2 排水固结法的适用范围与技术要点

含水率偏高是软质基底易沉降变形和承载力不足的重要原因，因此排除其中的水分既可以压缩岩土颗粒间的孔隙，又能在自重与外力作用下使之挤嵌密实，形成相对稳固的整体结构，改善其荷载传递能力。排水固结法就是基于这一原理，采用加压抽水等工艺降低软基含水率，并且使其内部结构足够紧密，能够把路基路面结构静载以及动态交通荷载有效传递至基底深处，控制在重力以及交通荷载作用下的沉降和变形[2]。这一软基技术在处理土层较厚且含水率较高的软基时，能够取得理想的效果而且施工效率很高，但对于渗透性极强的泥炭等类型软基则不适用。

2.3 深层搅拌法的关键技术

深层搅拌法是目前最可靠和高效的软基处理技术，只要进行深入的水文与工程地质勘查和分析，合理地设计施工工艺，几乎能够适用于所有类型的软质地基加固施工。根据工艺原理与施工使用的主要材料的不同，深层搅拌法可大致分为水泥搅拌桩与水泥粉煤灰碎石桩两种。前者采用钻孔喷射水泥浆料或粉料的成桩工艺，根据软基的强化处理需要、软基层厚度以及含水率等，计算成桩直径、间距以及桩长等参数[3]；而且需要通过实

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验确定水泥浆料配比、水泥用量以及钻孔和灌注设备的各项工艺参数，保障成桩效果以及达到预期的基底承载力。后者亦被简称为CFG桩，根据软基土质、地层构造等的不同，可选择四种不同工艺，如图2所示。其中，长螺旋钻孔灌注桩与沉管灌注桩的应用较多。CFG桩与水泥灌注桩的软基处理技术最大的区别在于加固原理，前者由于利用碎石等铺设了褥垫层，因此让桩体周边土层有效参与荷载传递，而不是仅依赖CFG桩达到承载力要求。

图2 CFG桩工艺类型

2.4 挤密法的原理与应用

与挤密法是利用工程机械直接冲击碾压软土层，或者通过成孔灌注砂石料并加压挤密的方法，达到提升基底承载力的目的。法可选用冲击式压路机，通过试验测量、记录软土层的沉降量、压实度等数据，确定最终的设备型号、冲击碾压遍数等工艺参数，从而确定详细的施工工艺方案[4]。挤压密实法能够适用于15m以下厚度的软基处理，根据土质选择成孔设备，合理设计孔距、桩径等参数，并且需要在灌注砂石料成桩后加压挤密，在施工后检测复合地基的承载力。

3 软基处理工艺设计及质量管理

由于高速公路工程施工沿线地基土质多变，在施工技术方案设计中遇到软土层时，需科学地选择处理技术并设计详细的工艺方案，给出精确的工艺参数、质量控制标准以及规范化的操作流程，确保经过处理的地基满足高速公路的设计标准。

3.1 基于全面地质勘查与实验分析确定施工技术方案

软质基底的含水率、地层构造以及岩性等信息是设计施工工艺的关键依据，因此应首先收集当地的水文与工程地质勘探资料，结合现场实际勘查以及测绘获取详尽信息和数据，作为分析论证软基处理技术方案的依据。其次，针对软基层厚、分布以及岩土性质特征等初步确定处理技术，按照相关设计标准计算深层搅拌桩混合料配比、填料粒径与级配等参数[5]。最后，对于深层搅拌法以及冲击碾压等处理工艺，应进行混合料配比以及碾压工艺可行性等实验，采集和记录关键工艺参数、所需设备型号以及确定原材料用量和配比等，用于指导正式的软基处理施工以及检测评价施工质量。

3.2 按照试验段施工与实验获得的参数管理现场施工

在高速公路工程软基处理施工现场，应遵循施工技术方案设计的要求，按照规范化的流程、设定的工艺参数完成各工序的施工。并且在施工过程中及时测量和校

核桩孔位置、垫层密实度等，监测关键观测点的地基沉降量与原材料用量，确保软基处理效果达到预期[6]。首先，需要做好施工技术的交底，对于施工技术难度较大的部分做好应急预案。例如深层搅拌桩的钻孔灌注施工，针对可能出现的机械设备故障，需要制定好处理措施，保障成桩质量以及施工过程的连续性。其次，在使用水泥混合料的施工环节，除了保障配比的精确性之外，还需要控制好施工节奏，保证预拌混合料在相关标准规定的时间灌注、填充完毕，以保障其固化之后的强度。3.3 对软基处理效果进行科学的检测和评价

在高速公路工程软基处理施工过程中，应由有相应资质的检测机构及人员对软基处理效果进行科学的检测和评价。基于实验检测、现场观测以及采样分析等，评估处理后高速公路地基的承载力、稳定性等，判断其能否满足路基与路面的施工要求。首先，基于对施工过程制作的桩基混合料试块的养护与试验检测，分析评估复合地基在特定龄期的强度等指标，并且选择合适的时机抽样进行单桩静载试验，评价地基的承载力。其次，深层搅拌桩在完成施工3d后应检测评估成桩质量，采用动力触探器进行抽样检测，并且在7日龄检验水泥搅拌桩的桩头质量，挖开周边土层测量桩径并观察其均匀度，而深层搅拌桩的抗压强度等指标需要通过钻孔取样试验完成。各项试验的抽样比例、检测数量以及试验流程均应依据相关技术规范完成，最终对高速公路的软基整体承载力给出综合评价，对于达不到设计标准的情况，采取增加搅拌桩数量等进一步的加固措施。

4 结束语

随着高速公路工程施工环境条件的复杂化以及道路设计标准的提高，需要进行加固处理的软基会越来越多。只有了解各种不同处理技术的适用范围、质量控制要点和应用原则，才能够针对不同性质的软质基底设计出可行的技术方案，保障处理效果以及高速公路的整体施工质量。

参考文献：

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2016(8):34-35.[2]钱超滨.高速公路工程施工中软基处理技术应用分析[J].

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技术研究,2017(11):217-218.[4]周建.高速公路工程施工中软基处理关键技术应用研究

[J].工程建设与设计,2018(12):38-39.[5]董永亮.东新高速公路工程软土路基施工技术研究[D].西

安:西安工业大学,2014.[6]蔡延喜.公路工程软基处理绿色施工技术应用研究[D].北

京:清华大学,2017.