公路工程軟土路基施工技術(shù)

肖中偉

(安徽交通控股集團有限公司, 安徽合肥 230000)

我國的公路建設(shè)經(jīng)過了多年的發(fā)展，技術(shù)相對成熟，尤其是針對公路工程的軟土路基處理技術(shù)。目前比較常用的幾種軟土路基處理方式是換填法將不符合要求軟土層去除換填；強夯法就是重錘從高空中自由落體運動將土層夯實；排水固結(jié)法這種處理方式較為復(fù)雜，但是效果非常好；最后就是制造復(fù)合地基的方式，向土層中添加構(gòu)造物形成復(fù)合土層的方式。接下筆者就以上這幾種常用的軟土路基處理技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

1 換填法

這種軟土路基處理技術(shù)的基本前提是軟土路基深度教淺，將地基下面一定范圍之內(nèi)不符合要求的軟土路基采用機械工具或者是人工等方式將其挖除，換填上強度較高、性能較好的土層，進(jìn)行逐層壓實。為了不提高施工成本，保證施工的經(jīng)濟性，這種軟土路基處理技術(shù)一般處理深度在3 m以內(nèi)。

所用的材料和工具：用鏟機挖除原有土層，換填的材料一般采用性能較為穩(wěn)定，抗腐蝕性較強的石子、粉煤灰、灰土或者是干渣等。最后要使用壓路機逐層將換填的路基進(jìn)行壓實。換填法施工在設(shè)計時需要注意的是，要結(jié)合建筑物的形狀、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、荷載條件、施工現(xiàn)場的地理環(huán)境等，同時還要結(jié)合施工當(dāng)?shù)氐脑牧蟻碓础χ車h(huán)境的破壞情況以及施工機械設(shè)備等進(jìn)行綜合分析。一方面在設(shè)計時，要保證建筑物的地基能夠承受住設(shè)計的負(fù)荷以及變形要求，同時要考慮到施工成本的問題以及施工難度的問題；另一方面，在設(shè)計時要考慮足夠的換土層厚度和寬度，既要保證有足夠的厚度置換土層，又要防止換土層向兩側(cè)擠壓變形的情況。

換填法的施工較為簡單快捷，施工技術(shù)和施工工藝要點主要集中在材料的選用、原土層的挖除以及新土層的壓實這幾方面中。施工工期相對來說短，幾日便可以完成施工，但是需要的人工比較多。工藝簡單，所需要的機械設(shè)備較為簡單，且施工質(zhì)量容易控制。圖1是換填法的施工現(xiàn)場。

圖1 換填法

2 強夯法

強夯法的施工原理就是使用重量在10 t以上的大噸位夯錘借助起重機械吊到距離地面8 m以上的距離，讓夯錘從高空中做自由落體運動，在夯錘的落地瞬間會給路面?zhèn)鬟f較大的能量和沖擊，使得原有土層內(nèi)部出現(xiàn)較大的沖擊波和沖擊力。在巨大的沖擊力作用下迫使原有土層內(nèi)部壓縮，土體的水逐漸排除土體外部。接下來使用沙土重新排列讓壓縮土層迅速的固結(jié)，通過這樣的方式來壓縮土層，提高土層的強度，降低土層的伸縮性，提高土層的承載力。

強夯法施工技術(shù)適用的土層深度為5～8 m，適用的土層特點是飽和度較低的粉土層或者是土層性質(zhì)為黏性土層。涉及到的機械工具較為簡單：起重機械、10～25 t的大噸位夯錘以及脫鉤設(shè)備等。在設(shè)計時根據(jù)所需要的夯實深度，設(shè)計出能夠達(dá)到理想效果的自由落體高度以及夯錘的重量、夯擊次數(shù)，確定使用等邊三角形還是正方形進(jìn)行夯擊點排列。強夯法的施工效率高，施工工藝較簡單，施工速度較快。

強夯法的施工特點：施工所使用的設(shè)備較為簡單，有夯錘、起重機械、脫鉤設(shè)備等。施工工藝和施工技術(shù)不復(fù)雜，施工所使用的原材料較少。所使用的土層范圍廣泛，施工效果顯著，可以明顯地提高土層承載力度。施工工期短，施工振動面較大，對周圍環(huán)境會產(chǎn)生一定的影響。由于重錘落地時土層內(nèi)部會產(chǎn)生一定的沖擊波，對周圍的建筑物和居民具有一定的影響，因此在施工時一般要求周圍沒有建筑物和居民居住，以防止對建筑物產(chǎn)生破壞，威脅到居民的生命財產(chǎn)安全。圖2為強夯法的施工現(xiàn)場。

圖2 強夯法

3 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法處理軟土路基的原理是先在土層中植入人工排水板，在土層上方施加外力，使土層中的水通過排水板排出土體外部。以此使得軟土的密度逐漸加強，達(dá)到設(shè)計要求。排水固結(jié)法比較適合用在軟黏土層或者是淤泥土層中。簡單點來說，排水固結(jié)法的施工流程是先在軟土地基的上層鋪設(shè)一層砂墊層，通過砂墊層向土體中植入人工排水板，之后向砂墊層堆載預(yù)壓，使得土體中的水分通排水板排出土體外部，達(dá)到固結(jié)的效果。排水固結(jié)法堆載預(yù)壓環(huán)節(jié)有多種施工方式：堆載預(yù)壓處理方式，超載預(yù)壓的處理方式以及真空預(yù)壓處理方式。接下來筆者就針對這三種堆載預(yù)壓處理方式進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.1 袋裝砂袋井預(yù)壓方式

將砂裝入長條、耐老化并且透水性好的砂袋內(nèi)，使用專用打設(shè)機將砂袋打入軟土地基中，用這種方式人工構(gòu)造出豎向垂直排水管道，結(jié)合水平橫向的砂墊層，從而建立起橫向和豎向相互垂直的排水通道。最后通過堆載預(yù)壓方式的將土體中的水分通過排水通道排出土體外部，使土層達(dá)到固結(jié)目的。這種方式打設(shè)砂袋的施工工期較短，但是需要大量的土石方進(jìn)行堆載，而且預(yù)壓的工期較長。通過這種方式處理后的地基沉降量可以很好地控制。在施工控制中，砂井的位置要準(zhǔn)確，而且砂袋與土體的垂直度要高，砂石原料中的含沙量不高于3 %，在施工中要保護砂袋完好防止破裂。

3.1.1 施工工序

如果施工路段有水塘，先將水塘中的水排放干凈，清除水塘中的淤泥，場地晾曬，晾曬完成之后進(jìn)行平整。這里需要注意的是，平整后的施工作業(yè)面高度要高于該路段中的地下水位高度。接下來進(jìn)行砂墊層的鋪設(shè)以及砂袋井施工，在砂袋井打設(shè)完成之后便可以進(jìn)行堆載預(yù)壓施工同時在土層內(nèi)部預(yù)埋檢測儀器，經(jīng)過一段時間之后待檢測儀器數(shù)值穩(wěn)定之后，方可進(jìn)行路基的鋪設(shè)。

3.1.2 施工工藝要求

(1)定位要準(zhǔn)確，也就是說砂袋井的位置和排布要提前設(shè)置好，在施工是要調(diào)整好導(dǎo)架垂直程度，打設(shè)是要精準(zhǔn)定位，套管要準(zhǔn)確的對準(zhǔn)樁位。

(2)套管打設(shè)高度要按照設(shè)計的標(biāo)高處理。

(3)植入砂袋時應(yīng)該用樁架采用垂直的角度吊起砂袋在沉入砂袋井中，在砂袋井口架設(shè)滾輪，采用人工輸入的方式沉入砂袋井也可以。

(4)在拔出套管的過程中要保證垂直拔出，否則會影響到施工效果。

3.1.3 施工質(zhì)量控制

(1)砂袋裝好砂之后，切忌放在水平地面上，應(yīng)該懸吊起來，不能長時間暴曬以免影響到砂袋質(zhì)量。

(2)砂井施工時尤其要注意垂直度，鋼管套不能彎曲，在管套下設(shè)時要使用經(jīng)緯儀或者吊線錘來控制好垂直度。

(3)為了保證砂井的深度滿足設(shè)計的要求，在管套上刻畫好尺度，在下設(shè)時可以掌握好深度。

(4)砂袋沉降時也要保持垂直，砂袋不能破裂、打結(jié)和磨損等。

(5)鋼管套在拔出時保持垂直，切忌損壞砂袋。

(6)砂袋超出砂井口的長度應(yīng)該以能夠插入砂墊層30 cm為準(zhǔn)，同時也要垂直插入砂墊層。

3.2 塑料排水板預(yù)壓法

塑料排水板預(yù)壓法是將帶狀的塑料排水板借助插板機植入到到軟土層中，垂直的塑料排水板和水平砂墊層共同構(gòu)成了垂直和水平的排水系統(tǒng)，之后通過向軟土路基表面進(jìn)行堆載預(yù)壓，經(jīng)過預(yù)壓之后的土體其中的水分會通過塑料排水板系統(tǒng)排出土體外部，逐漸地軟土地基不斷加強，可以加速軟土地基的固結(jié)沉降速度。塑料排水板固結(jié)法主要應(yīng)用在厚度較大的軟土層并且是軟土地基下方的地下水系統(tǒng)較為活躍，土質(zhì)比較濕軟。在施工時砂墊層的砂礫料應(yīng)該具備良好的透水性，有機物含量較低，砂礫石直徑不超過6 cm。塑料排水板固結(jié)法具有較高的排水性，施工簡單，原材料容易獲取，并且對原有土層的破壞性較小。因此塑料排水板固結(jié)法是最為理想的經(jīng)濟的軟土地基處理方式，在公路施工中較為常用。

3.2.1 施工工藝流程

施工場地平整、對平整之后的場地進(jìn)行清理和碾壓進(jìn)一步平整、下層砂墊層攤鋪、向土體中植入塑料排水板、上層砂墊層鋪設(shè)、在砂墊層上鋪設(shè)土工料、堆載預(yù)壓。

3.2.2 施工步驟

(1)在植入塑料排水板前，對施工場地進(jìn)行平整時，要做好土拱坡，接下來才可以攤鋪下層砂墊層，為植入塑料排水板創(chuàng)造較好的施工條件。

(2)插板機定位要準(zhǔn)確。插板機的定位要提前根據(jù)設(shè)計平面圖來定位，插板機裝設(shè)好之后，要調(diào)整好導(dǎo)架的與地面的垂直程度和縱向刻度標(biāo)記，管套要準(zhǔn)確的對準(zhǔn)好樁位。樁位之間距離差距要維持在合理范圍之內(nèi)，保證塑料排水板之間的距離能夠達(dá)到設(shè)計的要求。

(3)穿靴，需要將塑料排水板穿過管套，在塑料排水板的兩端穿過套靴與靴頭緊密固定，保證在插入過程中土層不會進(jìn)入到管套中。

(4)植入塑料排水板，借助打設(shè)機將塑料排水板、導(dǎo)管連同套靴一起植入土體中，直到達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高度。

(5)拔出套筒，將塑料排水板打設(shè)完成之后，利用卷揚機把管套拔出，管靴和塑料排水板則留在軟土中。管套拔出之后，按照設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)將塑料排水板剪斷，插板移動到下一個打設(shè)樁位。

3.2.3 施工質(zhì)量控制

(1)塑料排水板存放需要避免陽光直射，另外需要將塑料排水板垂直放置，避免塑料排水板出現(xiàn)彎折或者磨損的情況。

(2)為了弄清楚不同地段地質(zhì)條件，確定好不同地段的插入深度，在正式施工前需要進(jìn)行預(yù)打設(shè)，以此確定單根塑料排水板的長度和打設(shè)深度。

(3)施打完成之后，要及時的清理好砂墊層與排水板接觸端周圍的淤泥，并且一定更要使用與砂墊層相同質(zhì)量砂土進(jìn)行回填，以此來保證軟土中的水能夠順利排出土體外部。

(4)塑料排水板打設(shè)好之后，漏在外面的一端要及時的埋入砂墊層中，防止過往車輛破壞塑料排水板或者出現(xiàn)堵塞情況，影響排水效果。

3.3 真空預(yù)壓固結(jié)法

這種軟土固結(jié)法是通過真空泵將軟土地基中的空氣和水抽出，使得軟土地基中的地下水位下降。比較適用于地下水系比較活躍，且滲透性較低的土質(zhì)中。這種施工技術(shù)施工效果較好，密實程度較高，軟土固結(jié)速度較快，而且固結(jié)的軟土層抗剪強度非常高，但是造價較高。