李廣玲

（曹縣公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 曹縣 274400）

0 引言

在多數(shù)高速公路工程中，因地形和地質(zhì)條件極為復(fù)雜，特別是在江南水鄉(xiāng)和濱海濕地等地區(qū)，軟土路基廣泛分布，如何安全、有效地進(jìn)行軟土路基施工是施工中面臨的重大挑戰(zhàn)。軟土因其自身的物理特性，例如低剪切強(qiáng)度、高壓縮性和敏感性，導(dǎo)致施工過程復(fù)雜且難以控制，若后期路基沉降過大，將影響公路平整度和舒適性，甚至引發(fā)安全問題。因此，本文對適用于軟土路基的施工技術(shù)進(jìn)行分析，并結(jié)合案例探討軟土路基施工技術(shù)的科學(xué)選用，其經(jīng)驗(yàn)希望能對公路工程施工質(zhì)量和效率的提升提供參考。

1 軟土路基的特征

軟土的基本特性首先源于其低強(qiáng)度，其抗剪強(qiáng)度一般在10～20kPa之間，遠(yuǎn)低于其他類型的土壤，如砂土或黏土，低強(qiáng)度使得軟土在承受荷載時(shí)更容易產(chǎn)生形變。另外，在濕度和溫度等因素的影響下，軟土強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的不穩(wěn)定性。軟土的壓縮性大，一般情況下壓縮模量在5～25MPa之間，意味著它在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的位移，沉降量可達(dá)數(shù)十甚至上百毫米，遠(yuǎn)高于其他類型的土體。這種大的沉降量對高速公路的安全和運(yùn)行穩(wěn)定性造成了威脅。軟土的液限高和塑性指數(shù)大，這些指標(biāo)的高低直接反映了土壤的可塑性和液態(tài)化傾向，軟土的液限一般在40%～80%，塑性指數(shù)在15～30之間；在濕度變化的影響下，軟土的物理和力學(xué)性質(zhì)變化大，進(jìn)一步增加了施工的難度[1]。

2 軟土路基常見施工技術(shù)

常見的軟土路基施工技術(shù)有預(yù)壓法、土質(zhì)改良技術(shù)、深層攪拌法、土石混合樁法、粉噴樁施工、液態(tài)粉煤灰回填施工技術(shù)等。

2.1 預(yù)壓法

作為一種典型的軟土地基處理技術(shù)，其操作方法主要是通過在施工區(qū)域施加大于設(shè)計(jì)荷載的重壓，使得土壤中的孔隙水逐漸排出，旨在提升軟土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。這種方法主要應(yīng)用于液限高、塑性指數(shù)大、壓縮性強(qiáng)和強(qiáng)度低的軟土地基處理。預(yù)壓法的預(yù)壓荷載不應(yīng)小于設(shè)計(jì)荷載的1.2倍，以保證能夠有效地排出孔隙水，提高地基土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此外，預(yù)壓法還需要對預(yù)壓荷載和土壤排水量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便及時(shí)調(diào)整預(yù)壓荷載和評估地基土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。預(yù)壓法可以使軟土的壓縮模量提高20%～30%，強(qiáng)度提高40%～60%[2]。

2.2 土質(zhì)改良技術(shù)

通過添加適量的改良劑如水泥、石灰或飛灰等，改善其物理和力學(xué)性質(zhì)，提高路基的穩(wěn)定性。改良劑的添加量通常在土體重量的5%～20%之間，具體比例需依據(jù)土體的原始性質(zhì)、改良的目標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整。研究表明，經(jīng)過土質(zhì)改良技術(shù)處理后，軟土的抗剪強(qiáng)度可以提高1～3倍，壓縮模量可以提高3～5倍，對于抗剪強(qiáng)度15kPa、壓縮模量5MPa的原始軟土，改良后，抗剪強(qiáng)度可提高至30～45kPa，壓縮模量可提升至15～25MPa，能顯著提升路基的穩(wěn)定性[3]。除此之外，土質(zhì)改良技術(shù)還可以改善土壤的排水性能，改良后的軟土透水系數(shù)可以提高2～4倍，使得土體中的孔隙水排除更為迅速，加速施工進(jìn)度。然而，雖然土質(zhì)改良技術(shù)在改善軟土性質(zhì)方面取得了顯著效果，但選擇適宜的改良劑和配比需要專業(yè)知識和豐富的經(jīng)驗(yàn)，添加和混合改良劑需要專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)，會增加工程的成本。此外，部分改良劑可能對環(huán)境產(chǎn)生影響，因此在施工過程中需要嚴(yán)格遵守環(huán)保規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 深層攪拌法

主要通過機(jī)械攪拌將路基土體與改良劑混合，從而提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。這種方法特別適用于高深度軟土的處理，可以在不需要挖掘和換填土體的情況下，直接提升土體的承載能力和穩(wěn)定性。深層攪拌法通常包括干法和濕法兩種，干法主要用于濕度較大的土體，而濕法主要用于濕度較小的土體。在實(shí)際施工中，深層攪拌法的深度可以達(dá)到20～30m，混合直徑可以達(dá)到1.2～1.6m，強(qiáng)度可以提高3～5倍，穩(wěn)定性可以提高2～3倍。深層攪拌法在施工過程中涉及到的施工設(shè)備復(fù)雜，需要具備高強(qiáng)度的鉆桿和強(qiáng)力的旋轉(zhuǎn)力矩，且施工噪聲大，對周邊環(huán)境影響較大，攪拌過程中可能會產(chǎn)生大量的氣體和熱量，需要進(jìn)行有效的排氣和冷卻[4]。深層攪拌法的效果受到土體類型、改良劑性質(zhì)和攪拌效果的影響，需要進(jìn)行充分的前期試驗(yàn)和設(shè)計(jì)，以確保施工的效果和安全性。

2.4 土石混合樁法

在軟土層內(nèi)打入土石混合樁，以改善路基土的承載能力和穩(wěn)定性，該方法結(jié)合了土質(zhì)改良和深層壓實(shí)兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高度壓縮性或強(qiáng)度較低的軟土地基。在施工過程中，首先將改良劑（如水泥、石灰等）與碎石混合，然后通過旋挖設(shè)備在預(yù)定位置打入混合料，形成土石混合樁。通過這種方法，可以有效提高軟土的抗剪強(qiáng)度和壓縮模量，減少地基的沉降和變形，提高路基的穩(wěn)定性。研究表明，經(jīng)過土石混合樁法處理后，軟土的抗剪強(qiáng)度可以提高2～4倍，壓縮模量可以提高4～6倍，有效控制了地基的后期沉降。而且，土石混合樁的施工效率高，施工周期短，對施工環(huán)境的影響小，不會產(chǎn)生大量的挖掘土和廢棄物[5]。土石混合樁法中，樁的布置需要精確計(jì)算和嚴(yán)格控制，否則可能會影響樁的效果和土體的均勻性，樁的質(zhì)量受到混合料配比、攪拌質(zhì)量和打樁設(shè)備性能的影響，需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

2.5 粉噴樁施工技術(shù)

粉噴樁施工通過深層噴射攪拌機(jī)將水泥用壓縮空氣噴射至被加固的深層軟土中，水泥與被攪拌葉片切碎的地基土強(qiáng)行攪拌并充分混合均勻，在水泥與軟土顆粒間發(fā)生一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，最終形成具有整體性、水穩(wěn)定性及一定強(qiáng)度的加固柱狀體。用該樁取代同體積的軟土，形成豎向增強(qiáng)體，起到置換作用，能提高承載力，由樁和樁間土組成復(fù)合地基，共同支承上部荷載。

2.6 液態(tài)粉煤灰回填施工技術(shù)

在高速公路工程的軟土路基施工中，液態(tài)粉煤灰的應(yīng)用顯現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢。在實(shí)踐中，高速公路處理過程中的主要問題包括橋臺傾覆和橋頭跳車。這些問題通常由于橋頭和臺背填料間的不均勻沉降引發(fā)。液態(tài)粉煤灰相比于傳統(tǒng)的砂礫土、級配砂礫等填料，在物料來源、成本控制、施工效率以及環(huán)保性等方面具有顯著的優(yōu)勢。

3 高速公路工程軟土路基施工技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工程概況

某沿海一項(xiàng)高速公路工程，沿線穿越河流，再經(jīng)過莒城鹽場，由于海水養(yǎng)殖和鹽業(yè)的發(fā)展，原始地形已經(jīng)被人工改造，整個(gè)工程區(qū)域被劃分為三部分：（1）養(yǎng)殖池區(qū)域，長度大約2000m；（2）河流之間的沿海灘涂，長度大約800m，海床平緩，覆蓋有淤泥；（3）河流以東的鹽池和養(yǎng)殖池，分別長約1500m。地貌上，該區(qū)域以沖積海積平原為主，其中還混雜著河流和低山丘陵地貌。水系主要由沁水東河和沁水西河組成，它們的河谷寬闊，河床起伏不大，水流量會隨季節(jié)變化而顯著改變。潮汐作用在此地區(qū)非常明顯，百年一遇的高潮水位可以達(dá)到2.7m，而平時(shí)最低的潮水水位為0.4m。該工程地下水均為第四系孔隙潛水，其補(bǔ)給來源主要是海水、區(qū)外地下水徑流和大氣降水垂向補(bǔ)給，水源在地形和氣候條件的共同影響下，形成了特定的水文地質(zhì)條件。該高速公路工程所處的地理環(huán)境復(fù)雜，包括地形、地貌、水系、潮汐、地下水、地震等多個(gè)方面都需要考慮，需要對軟土路基施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，以期找到一種更為有效和適合的施工技術(shù)，保證工程的順利進(jìn)行。本文主要探討粉噴樁施工技術(shù)、液態(tài)粉煤灰回填施工技術(shù)以及砂墊層法和深層攪拌法相結(jié)合、堆載預(yù)壓法和深層攪拌法相結(jié)合施工技術(shù)的應(yīng)用。

3.2 軟土路基施工技術(shù)及應(yīng)用

3.2.1 粉噴樁施工技術(shù)

在高速公路工程軟土路基施工中，粉噴樁作為一種常用的加固方法，在進(jìn)行大面積粉噴樁施工前，實(shí)施了一項(xiàng)粉噴樁試驗(yàn)路段的施工，重點(diǎn)研究提鉆速度和復(fù)噴復(fù)攪之間的關(guān)系，比較了兩種不同的施工方案。方案一的提鉆速度為0.3m∕min，不進(jìn)行復(fù)噴復(fù)攪；方案二的提鉆速度為0.5m∕min，進(jìn)行2∕3 樁長的復(fù)噴復(fù)攪。通過取芯檢測，發(fā)現(xiàn)方案一的強(qiáng)度未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而方案二的強(qiáng)度則達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。這一結(jié)果表明，適當(dāng)提高提鉆速度，并在提升過程中進(jìn)行一定深度的復(fù)噴復(fù)攪，可以有效提高粉噴樁的強(qiáng)度。

在大面積粉噴樁施工過程中，采用了一系列技術(shù)措施以保證施工質(zhì)量。

（1）施工準(zhǔn)備階段：做好工作面的整平和水泥儲存棚、機(jī)電設(shè)備安裝地點(diǎn)及水電供應(yīng)位置的布置。定位放線、驗(yàn)線過程中，每一樁位都要進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)記，自檢、監(jiān)理和建設(shè)單位驗(yàn)線、驗(yàn)位之后，設(shè)備就位進(jìn)行施工。

（2）設(shè)備的安裝、調(diào)試和就位：該階段需要調(diào)整刻度盤指針與鉆進(jìn)提升一致，送灰器計(jì)數(shù)與送灰量一致，設(shè)備安裝必須牢固、安全、底座水平，對樁位誤差和垂直度偏差有嚴(yán)格要求。攪拌鉆進(jìn)階段鉆至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高時(shí)停止鉆進(jìn)。

（3）噴灰提升攪拌：需要控制提升速度不大于0.5m∕min，深度記錄誤差不大于5cm，時(shí)間記錄誤差不大于5s。復(fù)噴復(fù)攪深度為2∕3樁長，實(shí)際超噴超攪至樁頂以上30cm后停止。

（4）提鉆成樁階段：鉆頭提出地面后需要及時(shí)清理鉆頭等機(jī)具，并將設(shè)備移至下一樁位。最后是編號記錄階段，每根樁都需要編號并做好記錄。

3.2.2 液態(tài)粉煤灰回填施工技術(shù)

由于該高速公路項(xiàng)目存在較多的軟土地基，其臺背回填問題較嚴(yán)重，提出使用液態(tài)粉煤灰替代傳統(tǒng)填料的建議。針對橋臺傾覆和橋頭跳車的問題，提出一系列解決措施。首先，橋臺的高度值應(yīng)設(shè)為4m，且擴(kuò)大基礎(chǔ)深1m，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。其次，橋臺背后應(yīng)設(shè)有防止橋頭跳車的搭接板，搭接板長度約5m。這樣的設(shè)計(jì)可以有效防止不均勻沉降引發(fā)的問題，回填模型如圖2所示。

圖2 回填模型圖

在液態(tài)粉煤灰的配合比例上，建議水泥:水:粉煤灰的比為8kg:55kg:92kg，同時(shí)加入0.08kg的減水劑。這樣的配比旨在保證強(qiáng)度的要求，即7d 達(dá)到0.4MPa，28d 達(dá)到0.6MPa。對于混合料的最佳含水量一般建議為50%～60%。建議借助砂漿稠度儀對混合料的稠度進(jìn)行檢測，以13～15s為最佳。此外，為了保證混合料的質(zhì)量，施工前需要檢測現(xiàn)場粉煤灰的含水量，從而確定在攪拌過程中應(yīng)加入的水量。攪拌的時(shí)間一般不能低于3min。液態(tài)粉煤灰的灌注過程不能一次性完成，每次灌注之間應(yīng)有一定的間隔，通常為2m以內(nèi)的范圍。下一次灌注應(yīng)在自然晾曬2～3d之后進(jìn)行。這樣有助于液態(tài)粉煤灰的充分固化，從而保證其強(qiáng)度。液態(tài)粉煤灰的使用不僅能降低施工成本，而且在施工過程中可以對其稠度進(jìn)行調(diào)整，以滿足施工需要。

液態(tài)粉煤灰占石灰土的20%～30%，如用石灰土則成本約為50元∕m3，而用液態(tài)粉煤灰成本約為100元∕m3。如果某處橋臺工程量為1000m3，則用石灰土需要成本50000元，而用液態(tài)粉煤灰只需成本20000～30000元。液態(tài)粉煤灰的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)施工，大大縮短了工期。一般而言，使用液態(tài)粉煤灰進(jìn)行施工，只需5d就可以完成。這不僅降低了成本，也優(yōu)化了施工進(jìn)度。此外，使用液態(tài)粉煤灰也是一種資源的有效利用。粉煤灰是火力發(fā)電廠的廢棄物，其利用屬于廢物利用，有助于減少污染，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

3.2.3 其他軟土處理技術(shù)的應(yīng)用

在軟土地基處理中，多種方法可以適用于解決各種具體的問題，需要根據(jù)具體的現(xiàn)場情況和實(shí)際需求進(jìn)行精準(zhǔn)的選擇和使用。軟土地基的處理并不是單一的技術(shù)應(yīng)用，而是一個(gè)整體的工程設(shè)計(jì)過程，這個(gè)過程需要充分地對現(xiàn)場條件、設(shè)計(jì)需求和具體實(shí)施進(jìn)行全面分析和考慮。

（1）砂墊層法與深層攪拌法相結(jié)合。該工程中，有一家距離海邊約500m的苗圃，由于需要防凍將PVC水管深埋在地下，考慮到無水供應(yīng)會導(dǎo)致5h內(nèi)幼苗全部死亡，因此，決定將水管位置左右四排樁的樁間距由1.2m調(diào)整到1m，使得水管處保留下2m的空擋。然后在空擋處的淤泥下挖80cm，然后用砂礫回填并碾壓，通過將砂墊層法與深層攪拌法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)有效的軟基處理。通過后續(xù)的沉降觀測，發(fā)現(xiàn)該部位沒有出現(xiàn)明顯沉降，說明將砂墊層法和深層攪拌法相結(jié)合的方法是行之有效的，為工程施工中軟土地基問題提供了一種新的、可行的方法。

（2）堆載預(yù)壓法和深層攪拌法相結(jié)合。工程中一個(gè)約200m的路基縱向裂縫，相鄰的約800m路段的沉降量也較大，原因在于該段路基較早完成填筑，在粉噴樁完工后并沒有足夠的自然沉降時(shí)間，針對出現(xiàn)縱向裂縫的路基問題，采取將堆載預(yù)壓法和深層攪拌法相結(jié)合的處理技術(shù)，在該路段再額外加載1m厚的土方，增加了預(yù)壓力，以促進(jìn)沉降，在沉降穩(wěn)定后，移除加載的土，然后在裂縫路段的填土下挖80cm，進(jìn)行重新填筑。

4 結(jié)束語

軟土路基處理技術(shù)的有效應(yīng)用，可解決工程建設(shè)中的各種挑戰(zhàn)并實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的目標(biāo)。不同的軟土處理技術(shù)如粉噴樁施工技術(shù)、液態(tài)粉煤灰回填法、砂墊層法與深層攪拌法結(jié)合、堆載預(yù)壓法與深層攪拌法結(jié)合等，都具有其獨(dú)特的優(yōu)勢和可行性，為高速公路的施工提供了新的思路和可能，各項(xiàng)技術(shù)具有其特定的應(yīng)用條件和限制，需要根據(jù)實(shí)際情況，靈活而有效地調(diào)整和應(yīng)用這些技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的施工效果。