吴伟
中国水利水电第十一工程局有限公司
摘要：软土路基具有天然含水量大、空隙比大、压缩性高、抗剪强度弱、承载力低、流动性高的特点，在公路施工中必须做好软土路基的处理，否则将导致路基路面出现病害，影响道路的施工性能和使用寿命。本文根据软土路基的各种常规处理方法，结合工程所在地的实际情况，对采用河滩砂砾料改善淤泥质软土路基的施工方法进行了分析和总结。
关键词：公路；软土路基；处理方法
1. 概述
1.1 工程概况
玻利维亚I63公路项目位于科恰班巴省东部平原地区，海拔约240米，起点为科恰班巴-圣克鲁斯边境BULO BULO镇附近的ICHILO大桥，终点为科洽班巴省IVIRGARZAMA镇，全长63.66km，是4#国家公路（科恰班巴至圣克鲁斯段）的一部分。
该项目是在原有公路的旁边扩建一条双车道公路，使该道路升级为双向四车道公路。新建公路路面宽度10m，其中行车道宽度7m，双层沥青面层结构；内侧路肩为单层沥青结构，宽度50cm，外侧路肩为双表处，宽度2.5m。全线共计涵洞209道，桥梁13座。主要工程内容有土方工程、桥梁工程、路面铺筑、排水工程及相关配套工程等。
1.2 自然条件
本工程所在地为热带草原气候，年降雨量大，气候湿润、多雨；沿线植被茂盛，有池塘、沼泽、深厚淤泥层分布，地形复杂。部分路段表层植被清理后揭示为软土路基，以沉积的饱和软弱粘性土和淤泥为主，含少量腐泥。
1.3 施工难点
软土路基的处理是本工程必须要解决的问题。这种软土结构层作为路基的支撑体，由于其密度小，含水量、孔隙比大，造成路基强度低，沉降量大，常规的施工方法难以保证施工质量和施工进度，如果处理不当，将会成为质量隐患，易使道路路面产生病害。
2.国内外关于软基处理的发展现状和水平
随着社会经济的快速发展，公路建设的需求和规模在不断加大。软土路基的处理作为影响工程质量的重要因素之一，已经引起了建设各方越来越多的关注，国内外的软基处理技术也发展得十分迅速，方法和科技手段越来越多。从如何提高土的抗拉性质这一思路，发展到土的加筋法；从如何有利于土的排水和排水固结这一基本观点出发，发展到土工合成材料、砂井预压和塑料排水板；从如何进行深层密实的方法考虑，采用加大击实设备的措施，发展到强夯法和振冲法等。另外，现代工业的发展，对地基工程提供了强大的生产手段，如能制造重达几十吨的强夯机械；潜水电机的出现，带来了振动水冲法中振动器等机械；真空泵的问世，建立了真空预压法，产生了高压喷射灌浆法。通过不断的发展使得如今对软土地基的处理愈发简单和快捷。
3.常用的软基处理方法及其原理
目前，国内外对软土等特殊路基施工还没有一套完整和成熟的规范与标准。但是，多年来专家和建设者们对于特殊路基施工技术不断的研究和摸索，总结了一些成熟的设计和施工技术。下面对这些方法及其原理进行简单的介绍。
3.1改变路堤本身的结构形式
3.1.1 反压护道
对于路堤高度不大于2倍极限高度路段的软土路基，可在路堤两侧填筑一定宽度的护道，以平衡路堤下的淤泥向两侧隆起的趋势，减轻路堤施工中的滑动破坏，使路堤更加稳定。此法机具设备和材料简单，施工方便，但后期沉降大，养护工作也较为复杂，适用于非耕作区、取土方便的地区，对泥沼不宜采用。
3.1.2 土工格栅
土工格栅具有耐热性和耐寒性高、强度大、模量高、耐腐蚀、膨胀系数低和尺寸稳定性好等特点。在软土地基上修筑路堤时，在地基与路基中铺设一定量的土工格栅，然后在其上进行填土压实处理。可增强土体整体性，降低不均匀沉降，提高地基和填土的强度，阻抗土体破坏面的形成，从而达到加固土体，快速施工和快速通车的目的。土工格栅加固路基是一种机械式的土体加固方式，并没有改变填料的颗粒成分和相互连接等基本性状，其主要通过土工格栅对加固土体的侧向约束作用、网兜效应及摩擦作用等一系列作用来达到加固的目的。
3.2 排水固结
3.2.1 垫砂层法
砂垫层是浅层处理最常用的方法，这种方法是在软土地基上铺设厚度为0.5～1.2m左右的砂垫层。其主要目的在于加速土体的排水固结过程，提高路基承载力，减小沉降量，分散地基所承受的压力等。施工时应做到摊铺均匀，注意不要有很大的集中载荷作用。当路堤透水性不好、路堤坡脚附近砂垫层被路提覆盖时，可能会阻碍侧向排水，所以必须做好砂垫层端部的处理。
3.2.2 慢速加载法
这种方法类似于一般路堤的自然沉降，但要根据土质的剪切破坏情况，控制填土速度，用较长的时问完成填土。无需特殊的施工机械和材料，在工期充裕的情况下，采用此法最为经济。在慢速加载过程中，为了安全稳妥地进行施工，应及时了解和掌握地基稳定和固结情况，并根据所观测的结果来调节施工速度。最好备有沉降仪、孔隙水压力仪等检测设备。
3.2.3 砂井排水法
这种方法是在软土层中设置垂直排水砂井，充填物质一般由中砂、粗砂或砂袋构成。软基施工前应先排除积水，整平坑洼，上方填横向排水砂垫层。如需改善施工条件，可再铺厚约15mm的碎石或砂砾石。不得填片石，以免影响打砂桩。地面整个表层处理后，根据线路中线及桩排距定好桩位。沉管成井方法一般分为震动法、冲击法、裸打法。
3.2.4 排水塑料板
塑料板排水处理软土地基是根据排水通道(插入塑料排水板)，缩短排水距离的原理在地基上施加荷载，土中孔隙水通过塑料排水板通道排出，从而使土中孔隙水体积逐渐减少，地基土固结变形，同时随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力提高，地基强度得到增长。该法处理软土路基，既有排水固结作用，又能挤密地基；且施工设备简单，施工速度快，造价低。但采用塑料排水板也有不足之处，一是填土速度受限；二是沉降时间长。所以在工期紧张时，仅采用排水固结法是不够的，应辅以反压护道，采用轻质填料等多种方法相结合使用。且应密切注意排水通道的畅通，确保软基中的水能够即时排出。
3.2.5 预压法
又可分为堆载预压法、降水预压法、真空预压法以及真空一堆载联合预压法等。
（1） 堆载预压：堆载预压要有便宜方便的原材料，卸载后易于处理和利用。实际上，填方工程开始即对地基逐步进行了加载预压。但为了考虑通车以后的活荷载作用所引起的沉降，所以，尽管堆载到了路基面，还需要计算这些汽车荷载作用。具体应按换算土柱加足土方才算满荷。此后再加载时称为超载。超载后静置的时问为三个月，实测沉降达到要求并稳定后撤除。现在在堆载预压时经常附以砂垫层、砂井或塑料排水板等排水措施，以增强其排水能力，加快固结速度。
（2）降水预压法：通过井点抽水使地下水位降低，从而增加土的自重应力，以达到预压的目的。由于使用了降水法，就不需控制加荷速率，也不会有因孔隙水压力增高，而使地基破坏的情况，因此施工速度可以提高。
（3）真空预压：真空排水预压法，就是先在加固土中布置砂井与砂垫层，然后在砂垫层上铺设不透气的塑料薄膜，通过真空泵抽气，造成塑料薄膜具有一定的真空度，使土中产生负的孔隙水压力，从而吸 出孔隙水达到预压固结的目的。
（4）真空联合堆载预压法：这种方法是在进行真空预压的同时，在地基上再进行堆载。与一般的堆载预压法相比，真空联合堆载预压法可以充分发挥真空预压和堆载预压各自的优势，加速孔隙水的排出和地基的固结，提高加荷速率，缩短工期，增大加固深度及减少工后沉降。
3.3 人工地基
3.3.1 振冲挤密法
振冲法是将类似于混凝土振捣棒的“振冲器”插入土中，一方面利用振冲器内旋转的偏心块对周围土体施加横向挤紧作用，使地基土颗粒挤密，孔隙减小，提高了桩间土的承载力；另一方面利用振冲器的上下喷口喷水(或喷气)协助成孔并护壁，孔内填以碎石。在砂土中直接产生振动液化，振密砂土，称振冲挤密法。在饱水软土中，振动力不能使软土内的孔隙水排出挤密，而是将填料碎石振密，且挤人周围的软土中，形成粗大密实的桩体，称碎石桩，此法又称振冲置换法。振冲碎石桩一般按三角形或方形进行平面布置，但要结合填土路堤的宽度及软土情况而定，并应特别注意桩的对称性、受力均匀性以及与路堤荷载的对应性，以防止路基产生不均匀沉降。桩的直径应按复合地基的容许承载力进行计算，桩距则可依桩径和桩数而定。桩长以地基最大剪切破坏和压缩层的深度来控制，即桩最短不浅于最大剪切破坏深度，最长不超过压缩层深度。
3.3.2 开挖换填法
按施工方法分为路堤载荷强制换填和爆破换填法两种。
（1）路堤强制换填法：强制换填法就是依靠路堤载荷将部分软土层强制挤出，用良好的填筑材料置换。施工时，应从中线起逐渐向外侧填筑，但是，对于宽路堤，由于沉降不一致，从而在路堤下面残留部分软土，工后会发生不利的不均匀沉降，应引起注意。
（2）爆破换填法：种方法就是把炸药装入软土层，通过爆破作用将软土挤出的方法。这种方法对周围影响很大，只限于爆破对周围构造物或设施没有不良影响的地区使用。并且一般要通过几次爆破使路堤逐渐下沉，两侧挤出隆起的软土要及时挖除保证爆破效果不致降低。
3.4 强夯法
该项技术在世界各地广泛应用于碎石土、砂土、黄土、填土和非饱和粘性土等的地基加固中。所谓强夯法，就是将数吨至数十吨的重锤从高处自由落下，对软土地基进行强力夯实，以提高其强度。用强夯法加固的土基，承载力会明显提高，沉降量也会降低。其原理在于：在强夯过程中，土体中微小气泡的体积压缩，土的孔隙减小，土体局部液化，土的结构破坏并且强度下降到最低位。随之在夯击点周围出现径向裂隙，形成树枝状的排水网络，使土体渗透性大大增加，孔隙水得以顺利溢出，加速了土体的固结。
强夯法加固软土地基的效果主要取决于土的粒径、土层特性及其含水量，它适用于处理杂填土、素填土、碎石土、砂土、粉土、粘性土等地基，具有加固效果好、适用土类广、施工方便、处理费用低等优点。但对于饱和度较 高的粘性土，以及淤泥和淤泥质土地基，处理效果不好，应慎用此法 。
4. 本工程的软基处理方法
4.1 总体方案
本工程路面结构层为双层沥青混凝土，宽度7m，两车道，荷载等级为公路一级。道路部分路段地势低洼，灌木、草丛等植被覆盖，阴湿、积水，表层植被清理后揭示为软土路基，以沉积的饱和软弱粘性土和淤泥为主，含有机质。软弱土层厚度在2-3m以上，承载能力和抗剪能力相对薄弱，容易触变，对路基路面的沉降及稳定性影响较大，需进行软基处理。
选取具有代表性的路段作为试验段，验证施工方案是否可行。本工程选在238+300-238+500段，此段路基宽度24m，路堤填土高度5.5m，软弱土层厚，土质较弱。参考《公路路基设计规范》（JTGD30-2004），软土地基处理设计包括沉降处治设计和稳定处治设计，稳定安全系数的计算采用固结有效应力法，当不考虑固结时，稳定安全系数取值不能小于1.2，一般路段容许工后沉降不能超过0.3m。此段积水、淤泥深度大，施工设备无法进入，不能开展换填施工。根据以往经验，参考相关类似工程，采用河滩粗颗粒混合料通过进占填筑的方式，将淤泥和积水挤出至路基外侧，同时通过碾压将颗粒料压入底部，挤密底部土层，达到稳固路基的目的。
该方法类似于抛石挤淤的方法，具有施工简易、造价低廉，质量容易控制的特点。
4.2 施工方法
4.2.1 改良路基认定
施工前，安排人员对路基沿线进行排查，对低洼积水、泥沼等需要进行改良的部位进行标识，并申请工程师进行确认。测量人员按照每20m一个断面放线，用于指导路基清表、填筑施工。
4.2.2 清表
由于软基部位淤泥层深厚，机械进入后会发生沉陷，产生安全事故，因此，泥沼段表层清理采用挖掘机进行。挖掘机的履带能够分散基底承受的压力，同时采用边填筑石料边清表的方法，逐步推进。
4.2.3 原始地形测量
对原始地形进行测量收方，作为填筑方量结算的依据。同时每20m一个断面放出路基填筑边线，用以指导施工。遇到水塘或沼泽、淤泥等人员无法进入部位，同工程师现场商议测量方案，可以适当加大测量断面，也可以按照填筑车数计量填筑方量。
4.2.5 软基处理
根据现场条件，SACTA河道的河滩料粒径较大，一般在10cm-30cm左右，颗粒料含量在50%以上，天然级配较好，强度较高，洛杉矶磨耗值一般在20%左右，比较适合用于改良层回填。
路堤填筑高度小于2m的路段，需要进行淤泥开挖换填；试验段填筑高度在5.5m左右，可以直接回填。清表完成后，采用自卸汽车将河滩料运至工作面，集中堆料，用推土机通过进占的方式从路基一侧向另一侧推料进占，压路机随后进行碾压，利用颗粒料将淤泥、软土、积水挤出，同时将颗粒料碾压至底部挤密土体，形成一层稳固的基础承载层。河滩颗粒料一次性填筑超出淤泥或水面50cm，宽度符合路基设计要求，压路机碾压密实，以自卸车等大型设备行走无明显反弹、下陷为准。一段路基处理完成之后，自卸车直接进入卸料，推土机、压路机继续向前进占施工，完成路基改良。
路基改良完成后，如工期允许可放置3-6个月或一个雨季，路基经自然沉降、土体强度增长趋于一个稳定状态后再进行下一层的填筑。如工期紧张，可安排改良路基提前施工，至少要自然沉降3个月，通过观测数据确定是否继续回填或下一步的处理方案。
4.2.6 检测方法
由于存在压实问题，软土路基改良层的填筑厚度不易过大，但是太薄的话又无法上车，不能连续填筑作业。因此，填筑厚度以回填料超过淤泥层或积水面50cm为宜，碾压通过观测的方式以自卸车等设备行走无明显反弹、下陷为准。
试验段完成后需要进行沉降观测，用以评估方案的适宜性。每20m用混凝土浇筑一个沉降观测点，中线和边线交替布置。观测频率，前半个月每3天观测一次，如无明显变化则后期每周或每两周观测一下，连续观测三个月。以下是观测数据：
图中每种颜色代表的是一个观测点位，共11个。从图中可以看出，沉降值最大为16cm，小于理论计算30cm；沉降时间集中于完成后的前两个月（2016年3月17日-2016年5月19日），第三个月开始基本处于稳定状态。通过观测数据说明改良后的软基沉降基本处于稳定状态。
5. 结语
软土路基对公路质量具有极大的危害，如果不处理或处理不当，会产生沉降过大或不均匀沉降，造成路面病害，影响道路的使用性能和使用寿命。软土路基的处理方法有很多种，在施工中要根据路基地基的实际情况，选择合理的处理方法，不仅能提高软土路基的质量，增加承载力和稳定性，还可以加快施工工期，取得良好的经济效益。
参考文献：
（1）邓学钧 《路基路面工程》 人民交通出版社2008年5月第三版
（2）《JTGD63-2007+公路桥涵地基及基础设计规范》 中华人民共和国交通部颁发
（3）《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）中华人民共和国交通部颁发
论文作者:吴伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/6
标签：路基论文; 预压论文; 路堤论文; 地基论文; 土路论文; 淤泥论文; 孔隙论文; 《防护工程》2018年第18期论文;