公路施工中软土路基的施工技术处理研究

文／何小兵 启通集团 四川成都 610000

引言：

我国经济的快速发展，伴随着公路工程的大面积施工。而在公路工程中，软土路基公路工程的质量、稳定性、使用寿命对其有直接的影响，同时还会延长工期，对公路工程的造价成本造成不良的影响。因此在软土路基的处理过程中，需要采取有效的技术对其进行加固，消除相关的影响，并保证公路建设的质量。

1、软土路基

软土通常是由静力、缓慢流水环境中，以细颗粒为主的土壤沉积物，通常情况下土壤颗粒的直径大小小于一毫米，约在土样含量中占据50%左右的比例。软土在形成的过程中，由于缺氧多有机制的情况下，与泥炭和粉砂相互交错，沉积形成，导致其颗粒较小、稳定性较差。在与泥土、泥炭等土层相间形成后的地基，其稳定性较差，厚度可能达到几十上百米。形成软土地基的原因较为复杂，在实际工程建设的过程中，其不同的性质会对建筑工程带来的影响差别也较大，因此在软土路基处理的过程中，需要认识软土路基的性质，以保证处理方式的有效性。

2、软土路基的性质

2.1 含水量较高、孔隙较大

由于构成软土的主要土壤为粘土粒和粉土粒，多数情况下会有一定比例的有机质。黏土粒的矿物晶粒很细，呈现薄片状，在遇到水分子的过程中，会将水分子吸收在粘土粒表面，并在沉积的过程中会以絮状的形式进行沉积，导致软土路基的水吸附能力较强，中间还有许多空隙，从而无法发挥良好的成长作用。这种天然含水量较高、孔隙较大的软土路基，通常含水量在30%以上，部分潮湿、阴冷的山区，软土路基的含水率会达到200%，软土路基的孔隙比通常为1:2左右，从而导致其抗剪强度较低，并具有较高的压缩性。若想改善软土路基的强度，并确保其在使用过程中不会发生变形，则需要考虑不同的软土路基处理方法，降低含水量的同时，填补软土路基的孔隙。

2.2 透水性差

软土路基的透水系数较低，当其处于荷载的状态下，固结的速度很慢。特别是在地基中有较高含量的有机质时，有机质会导致土层中存在气泡现象，并阻塞渗流的通道，使土壤的渗透性能降低。因此在软土地基上的公路基础，需要很长时间的沉降才能稳定下来，导致其强度的增长速度、稳定性的增长速度也非常缓慢。这对于公路工程的施工来说是非常不利的。同时软土地基的渗透性能，在垂直和水平的差别较大，通常情况下水平比垂直的透水能力较强，而在软土地基改造的过程中，需要充分利用这一特点来提升软土地基的稳定性。

2.3 抗剪强度低

抗剪强度与土壤的排水固结程度有直接的联系，在没有对软土层进行排水剪切的情况下，其内摩擦角接近于0，内聚力较低无法满足建设的实际需求。而在我国软土实验的过程中，软土的自然抗剪强度通常在20Kpa左右，其抗剪强度会随着表层深度的增加而逐渐提升。当软土地基在荷载情况下，对软土地基进行排水、固结的过程中，其抗剪强度会产生明显的变化，固结速度越快，其强度越高。因此在软土路基的处理过程中，增加固结速度也是非常有效的改善方法。

2.4 压缩性高

在通常情况下，软土层的压缩系数在0.5-1.5Mpa，最高时可达到4.5 Mpa。同时由于软土层多处于正常固结的状态，导致其压缩性能较高，在荷载的情况下，由于较高的压缩性，其产生沉降的现象会比较明显，同时自然沉降固结的时间会较长。同时也会存在超固结的软土，超固结软土当其荷载力没有超过其固结压力时，其很难产生沉降现象。因此在对软土路基处理的过程中，也需要重视软土层的天然固结状态。因为该状态会影响到软土层的变形特性，对它的强度和核载能力也有较大的影响。

2.5 有明显的流变性

在荷载力的影响下，软土会因应力的作用而出现缓慢的剪切变形现象，在施工的过程中会对软土路基的结构、抗剪强度造成影响。在固结沉降完成后，软土地基的流变性还可能引起进一步的次固结沉降，对软土地基的安全性造成影响。

2.6 有明显的结构性

软土层的结构往往呈现出絮状结构，絮状结构的土壤很容易受到扰动的影响，导致其强度、稳定性发生变化，甚至会出现土壤的流动状态。特别是我国沿海软土层，由于其土壤有大量的海相粘土，土壤的灵敏性较高，在该区域的路基建设过程中，需要注重开挖和地基处理过程中的扰动影响，从而有效减少周围土体的变形，避免对地基土的强度造成不良的影响。

3、公路施工中软土路基的处理技术

3.1 表层处理法

首先，为了排出软土路基中较多的水分，需要对地表水进行有效的处理，在地面开挖水沟，通过排除地表水的方式来降低表层的含水量。从而使施工机械能够获得良好的作业空间。同时为了确保开挖的水沟在施工过程中可以作为盲沟来进一步排水，需要采用透水性能较高的沙砾进行回填，并根据该区域的地形、土质条件进行合理的调整，从而确保地表水的排水作业能够有效展开。一般情况下，排除地表水的水沟上面尺寸应当为深0.5-1m，宽为0.5m，并采用沙砾进行回填，从而形成排水性能较高的盲沟，若需要埋设孔管的情况下，则需要采用对应的过滤材料对孔管进行有效的保护。

其次，采用砂垫层法对软土路基的土体条件进行改良。砂垫层法需要根据路梯的高度、软土层的性质和厚度选择性的进行使用，软土层厚度较大的情况下，沙垫层施工法的难度较高，太薄的情况下无法发挥良好的加固作用。这种方法可以加速软土地基的沉降发展速度，使软土地基的固结过程得到加速。而沙垫层也可以作为软土路基的地下排水层，从而发挥良好的排水作用。在通常情况下，砂垫层法主要用于路堤的高度低于1/2的极限高度；且软土层表面没有形成透水性较低的硬壳；软土层不是很厚，并且具有双面排水的条件；施工期限不紧迫。砂垫层的施工则需要采用中砂和粗砂进行有效的级配，确保颗粒的不均匀系数在5以内，不均匀的含量在3-5%左右。施工过程中可以采用自卸汽车和推土机进行均匀的摊铺，同时注意不能过度集中相应的荷载。在软土路基主要为粉土情况下时，需要对砂垫层底端进行有效的排水处理，以确保砂垫层的处理效果。而在路堤填筑的过程中，需要合理安排填筑的速度，保持均匀的速度，从而保证地基承载压力的均匀增加，使软土层的固结速度得到有效的控制，并形成更加稳固的软土地基。

此外，使用稳固剂对表层进行处置。该方法使用生石灰、熟石灰、水泥等稳固剂，将其掺入到软土地基的表层地基土中，使土壤的压缩性、强度、抗碱能力得到有效的改善。通常情况下，使用稳固剂对软土表层进行处理的方式，需要确保软土厚度在30-60cm左右，过薄的情况下无法发挥良好的稳固效果，过厚的情况下会增加施工的成本。在使用稳固剂对表层土壤进行拌和后，应当对其进行立即压实，并等待生石灰水解结束后展开再次碾压，通常情况下，压实后就已经能够保证软土地基的强度。需要注意的是，不同的软土地基条件，其施工条件有一定的差距，在使用该方法对土强度进行处理的过程中，应当保留一周左右的养生时间，使土强度获得有效的增长。

3.2 强夯法

使用10-40吨的重锤，将其抬起自由落下，对软土地基进行夯实处理，使软土层在其作用下得到强度和压缩性质的改善。强夯法多用于碎石土沙土粉、粘性土、软土地基的处理过程中。不但能够提升地基的强度、改善其压缩性，还可以使土层在夯实的过程中，消除其抗震动液化能力以及湿陷性。因此也可以用于可液化砂土地基和湿陷性黄土地基的处理过程中。但该方法对于饱和度较高的粘性土处理效果不佳，特别是淤泥制的软土地基处理过程中，最好不要采用强夯法进行处理。通常情况下，当公路施工中软土路基的含水量大于60%，孔隙比大于1.5，滤粒径小于0.005mm有30%以上的饱和软粘土时，不应当采用强夯法进行处理。而在采用强夯法进行处理的过程中，首先需要创造良好的排水通道，并采用综合加固的方法来确保处理效果。但需要注意的是，综合加固的方式具有较高的施工成本，需要根据实际的工程需求来进行选择。

强夯综合加固技术主要有以下几种：（1）强夯加袋装砂井。通过加袋装砂井来提升排水的效率，加速夯实固结的速度；（2）强夯挤淤加固法。对于厚度较低的淤泥层，可以使用矿渣、石块进行抛填后，将大部分淤泥挤出，然后使用重锤进行夯实，通过置换的方式将淤泥进行有效的处理；（3）饱和软粘土垫层。采用矿渣、钢渣、碎石等材料，在饱和软粘土上加铺垫层，并在夯基的过程中使垫层材料与软土层进行混合，从而改善软土的性质，使其的强度和承载力得到有效的提升。

在实际施工的过程中需要注意的是：（1）起吊机械的能力应当大于大锤重力的三倍，脱落吊钩时，起重能力则需要大于重锤的1.5倍；（2）在夯锤选择的过程中，需要选择符合重力的底面面积，并根据其底面面积的静压力进行有效的选择。同时还需要确保软土土壤保持最佳含水量；（3）夯基过程中需要用先四周、后中间的方式逐序进行，每一个夯基位置应当连夯两下，并确保下一个位置的循环，需要错开约1/2的夯锤底面；（4）夯实处理完成后，需要对现场的松土进行处理，并将其开始整平，并在夯实过程中做好相关的施工记录；（5）质量检查的过程中，需要检查夯基处理的施工记录，并对下沉量进行有效的计算，确保其总下沉量与施工总下沉量接近，通常需要保持在90%以上的深度。

3.3 换填法

换填法将不太深的软土层挖除，然后用质地坚硬，强度较高的沙、碎石、卵石、灰土进行回填。并采用机械或者人工的方式分层进行夯实、震动、碾压，使土壤的强度、密实度得到有效的提升，并形成较为稳定的公路地基。这种处理方式多用于浅层地基的处理，当软土层厚度不高时，可以采用换填法对其进行有效的处理。处理的土壤可以包括淤泥、淤泥制土、杂填土，以及暗塘、暗洪、暗沟等低洼区域的软土地基处理。同时还可以用于湿陷性黄土地基、膨胀土地基的处理过程中。换填法可处理的软土地基较多，需要根据公路工程的实际使用需求来进行有效的选择。

3.4 土工合成材料法

使用人工合成的聚化物对软土地基的结构进行有效的改善，可用于软土地基的内部、表面结构处理过程中。可以根据软土地基施工的实际需求，对人工合成物进行有效的调整，使其发挥过滤、防渗、隔离、加固等不同的作用。例如采用准黏聚力材料的情况下，使用沙土、多层加筋沙土软土进行混合，使其在垂直应力的影响下，加筋沙土产生的土体摩擦阻力使其能够限制土体的侧向变形，从而提升土体的抗压强度和抗剪强度。而摩擦加筋则是使用加筋土挡墙，使其在受到土体的推力时，加筋土挡墙会与其两侧的土体产生共同作用，并由于土挡墙的摩擦阻力，阻止拉筋拔出，从而形成较好的土推力，使软土土壤不会因为下滑、沉降等原因形成滑动面，从而保证土体的稳定性。这种方式通过土工合成材料形成锚固结构，并对软土地基的结构进行有效的改善。

3.5 水泥搅拌桩法

水泥搅拌桩法，主要是利用水泥水解和水化反应，使其在土壤中与粘土产生化学反应，产生碳酸化现象，并在钢筋桩体骨架周围形成强度极高的水泥桩体，与周围的软土共同形成复合地基，其承载能力和承载强度较高，对于提升软土路基的稳定性，并减少路基沉降有直接的作用。在相关技术规范的要求中，水泥搅拌桩法多用于淤泥土、粘性泥土的处理过程中。而在实际使用的过程中，当对软土路基有较高的强度指标时，也会采用水泥搅拌桩进行处理。但是需要注意的是，若软土地基的土壤 pH值小于4，或者含水量高于70%的情况下，水泥搅拌桩法的应用会受到限制。同时当地基中含有氯化物、伊利石等情况时，水泥搅拌桩法的加固效果较差，会导致施工难度的提升。在加固的过程中，需要根据实际的使用需求来进行选择。同时，水泥搅拌桩法还被分为湿法与干法：运用湿法水泥搅拌桩，施工质量可以得到有效控制，但成桩时长、难度较大；干法能够有效吸收软土中的水分，从而保证搅拌桩承装后的初期强度，使其能够在含水量较高的软土层中发挥良好的加固效果。

3.6 静力排水固结法

在对天然软土地基进行处理的过程中，可以设置沙井、竖向排水体，然后利用地面设施本身的重量进行静力排水。同时还可以采用预压的方式，将土壤中的孔隙水排出，从而产生固结现象，并随着地基沉降使其的强度得到逐步提升。这种方式可以有效解决软土路基的沉降问题，并提升路基的稳定性，使其具有更高的承载能力。在对其进行加压的过程中可以采用堆载法、真空法、电渗法等方式进行处理，将土壤孔隙中的水分排出，并在荷载应力的作用下逐渐减小孔隙的体积，使其发生固结变形，逐步增加地基的强度。在实际施工的过程中主要采用塑料板和垂直排水板施工，塑料板施工的过程中，需要保证排水的通畅性，避免转盘和打设过程中对塑料板的破坏。同时需要重视塑料板之间牢固的连接，并避免错分现象的产生。在严格控制间距和深度的前提下，确保输水的畅通，并在排水系统完成后对软土路基进行逐层填筑，从而逐步产生沉降、固结，形成较为稳固的软土路基结构。

3.7 碎石桩法

碎石桩法可以在软弱粘土中进行打孔，并填入碎石、钢渣等坚硬材料，使其形成一根根碎石桩体，并在对其进行冲压的过程中，使软土地基具有较高的强度，形成类似于钢筋混凝土的复合结构。这种处理方式的施工方式较为简单，且不容易受到地下水位的影响，在有效减少路基沉降的同时，具有良好的加固效果。因此在软土路基的处理过程中逐渐受到重视。首先，碎石桩法需要确定软土路基中的固定桩位，在打孔前需要确定桩位的位置并对其进行编号；其次，采用振冲器对桩位进行开孔，通常需要保持每分钟1-2m的下沉速度，以确保装孔的稳固性。在开孔的过程中需要注意一定要控制水压和水量，确保桩孔不会出现塌孔、坍孔的现象。此外，在开孔完成后，需要对桩孔进行有效的清理，使用泥浆等方式冲出杂物，然后进行填料，每次填料的高度需要保持在0.5m左右。并在填料结束后将其进行振冲，确保孔径不会发生变化，并压实填料，使其具有稳固的强度；最后，需要循环展开1桩位的施工。

3.8 反压护道法

通过在软土路堤的两侧建立一定宽度的护道，从而改善路堤下的淤泥以及泥炭的隆起趋势，从而减少路堤在施工过程中可能产生的滑动现象。这种处理方式不需要相关的器械和材料，但同时对施工场地、土壤供应有较大的要求。在施工完成后，后续的沉降量较大，对养护工作造成的压力也较大。在采用该方法的过程中，需要注意：（1）反压护道多为单级，多级护道的稳定效果不佳，不如采用单级；（2）反压护道高度需要控制在路堤的1/3-1/2左右，并确保其不会超过天然地基的极限高度；（3）反压护道的宽度需要采用圆弧稳定法进行测试；（4）一般来说，为了保证其良好的加固效果，应当优先在下部铺垫沙垫层，然后填筑主路堤，从而确保良好的排水效果；（5）最后应当对反压护道的压实强度进行有效测试，确保其具有良好的加固效果。

结语：

综上所述，软土路基的处理在公路施工过程中对工程造成的影响较大，而不同的软土路基，处理的方式工艺都有较大的差别，在处理的过程中首先需要了解软土路基的不同性质，并根据其性质来选择对应的处理方式，从而综合处置不同的软土路基，确保公路工程的质量得以有效提升。