高等级公路软土地基处理技术.pdf

-51-摘要：通过剖析软土地基特性，分析软土地基性能薄弱的主要诱因及不良影响，提出相应的处治措施，根据施工流程与要点，分析对比其存在的优缺点，提出各类方法的适用条件，为高等级公路不同施工状况下的软土地基处理提供更具针对性的解决方案。关键词：道路工程；处治措施；比较分析法；软土地基；高等级公路中图分类号：U416.1文献标识码：ASoft soil subgrade treatment technology of high-grade highwayLI Zhuang,GAO Xuelei,ZHANG Han,ZHANG Shun,CHEN ganglu（Key Experiment of High Performance Bridge Structure Transportation Industry of Shandong Province Communications Planning and Design Institute Group Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250101 China）Abstract:Thispaperanalyzesthecharacteristicsofsoftsoil,analyzesthemaininducementsandadverseeffectsofweaksoftsoilfoundationperformance,putsforwardcorrespondingtreatmentmeasures,analyzesandcomparesitsadvantagesanddisadvantagesaccordingtotheconstructionprocessandkeypoints,andputsforwardtheapplicableconditionsofvariousmethods,soastoprovidemoretargetedsolutionsforsoftsoilfoundationtreatmentunderdifferentconstructionconditionsofhigh-gradehighways.Key words:roadengineering;treatmentmeasures;comparativeanalysis;softsoilsubgrade;high-gradehighway0 引言截至2021年底，国内公路里程达到528.07万km，其中二级以上等级公路里程突破72万km。公路建设区域跨度大，地质状况复杂多变，软土地基是公路建设过程中经常遇到的特殊地质，忽视或者处理不当极易造成通车后路基变形等工程病害。高等级公路路基宽度大，施工要求高，对于软土地基不均匀沉降等问题更应引起重视。当前我国对于软土地基处理已有较多工程经验，但处理方案多凭主观确定，无法针对性地进行处治，存在治理过当导致增加不必要的工程费用或治理不彻底降低了路基的工程质量等问题。如何针对不同软土地基状况，结合路基设计与整体路线要求，选取最有效的处治方案成为行业的探索方向之一。1 软土地基特点及危害软土是指天然含水率高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土，泛指软黏土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土、泥炭等软弱土1。1.1 高压缩性软土地基的自身含水率较高，物质组成复杂，其中包含大量微生物及腐殖质，在土体受到荷载作用时，体积收缩明显，自身变形较大。在道路工程中，未经处理的软土地基在车辆荷载作用下较周围土体沉降更大，从而导致路基出现空隙，失去承重作用，路面发生沉降，严重时甚至导致路面塌陷，引发交通事故。1.2 低透水性软土地基的透水性较差，垂直方向上水流几乎无法流动，不利于土体排水固结，大大延长了路基沉降至稳定状态的时间，影响地基的承载能力。1.3 触变性软土地基具有触变性，其结构形式为絮状，当无外在荷载作用时，其自身具备一定的结构强度，保持土体稳定。但一经外部荷载扰动，结构强度无法继续保持，变形较为明显。因此，未经处理的软土地基在经受车辆荷载时，极易发生变形，产生侧向土体滑动、沉降等不利工况。通过分析软土的三大特性可知，对于道路施工而言，软土与正常土体的主要区别在于其沉降不稳高等级公路软土地基处理技术李 壮，高雪磊，张 涵，张 顺，陈罡路（山东省交通规划设计院集团有限公司 高性能桥梁结构交通运输行业重点实验室，山东 济南 250101）收稿日期：2022-09-21作者简介：李壮（1995），男，江苏连云港人，硕士研究生，工程师，研究方向为道路工程。李 壮，高雪磊，张 涵，张 顺，陈罡路：高等级公路软土地基处理技术-52-定，瞬时沉降大、沉降周期长、沉降不均匀等特点，是影响软土路基稳定性的主要因素。2 软土地基沉降量影响因素软土地基沉降量反映出软土对路基稳定性的影响程度，国内外研究表明，影响软土沉降程度的因素主要为软土层自身厚度、软土层含水率、软土层压缩模量、路堤高度等2。其中，软土层厚度、软土层含水率、路堤高度与路基稳定性成负相关，其值越大，路基状态越不稳定。而软土层压缩模量与路基稳定性成正相关，其值越大，路基处于更为稳定状态。因此，在进行软土路基处理过程中，应采取针对性措施，通过相关工程措施减小负相关因素量值、增大正相关因素量值，提高路基施工质量。3 软土地基处治措施3.1 减小软土层厚度当软土层埋置深度较浅时，可采用人工与机械挖除或爆破等手段将软土层进行清除，置换成抗压强度较高、稳定性较好的土质或砂砾等，置换深度根据路基设计对于软土地基的要求，可分为部分置换与整体置换，置换时分层填筑并压实至规定的密实度。考虑到施工成本与难度，换填法一般只适用于软土层深度在地基5m以内，随着换填深度的增加，软土地基的处治成本上升较快3。3.2 降低软土层含水率软土高含水率的特性是造成路基不稳定的主要因素，通过排水法降低软土地基水分可有效提高土质承载力。排水固结法按照工序可分为两个步骤：（1）构建排水系统；（2）设置加压系统。软土自身排水能力差，需在软土层中构建地基排水通道。目前应用较为广泛的是使用袋装砂井、塑料排水板等设施进行纵向排水，排水设施一般按照等边三角形或正方形布设，下端应穿过软土地基，上端高出砂垫层20cm左右；砂垫层铺筑于地表上部，作为水平向排水通道，厚度一般取3050cm，采用中砂或粗砂等颗粒较大、利于透水的材料，含泥量不宜大于5%。为加快软土排水速率，通常采用超载预压或真空预压对路基进行加压，超载预压的土方高度应高于路床顶面2m左右，横向坡脚两侧各宽出1m距离，超载预压时间一般不低于6个月。真空预压法通过塑料薄膜等材料将砂垫层进行封闭，使用真空泵排出薄膜内空气，利用薄膜内外的压力差挤出路基内水分。软土内水分在压力系统作用下向外渗透，通过排水通道排出路基，达到增强路基稳定性的作用。排水固结法处理软土地基周期较长，一般不适用工期较短的工程项目。但此方法综合处理费用较低，处理效果较好，处理深度可达到1830m，在工期不紧张的工况中推荐使用。3.3 减小路基填土高度此方法为设计阶段应着重考虑的要点，通过调整路线软土地基段的纵断面设计，降低路基填土高度，减少软土地基上部的恒载，可有效改善软土地基段的不均匀沉降问题，对于软土性质较好、埋藏深度较大的路段，可减少处治措施甚至不需处治，从而节省工期与特殊地基处理费用。3.4 提高软土层的压缩模量3.4.1 抛石挤淤通过向软土层中投入体积较大的块石、片石等石料，强行挤出并替换软土地基中承载能力较差的土质，石块在重力作用下逐渐下沉，相互嵌挤，提高软土层的承载能力。抛石挤淤施工简便、快捷，适用于鱼塘、河流等淤泥质地基处理。此类地基含水量较大，机械设备难以进场，其他处理方式施工困难，最适宜采用抛石挤淤方式进行处治。3.4.2 强夯强夯主要是利用重型机械对软土地基进行锤击，将重力势能转化为动能，对不良地质进行挤密，减小土质孔隙率，加强地基的固结程度，以提高地基承载力，减少工后沉降与变形。强夯施工前，应对场地整平处治，强夯至少两次，首次夯点位置排列形状为正方形，第二次夯点位置位于此方形的中心点，两次夯击间隔时间由超静水压力的消散速度来确定。在强夯法施工过程中，若出现夯实面倾斜状况，应及时采用砂砾垫平，防止出现夯锤歪斜等不良状况。强夯法施工快捷，处治成本较低，压实度高，适用于埋置深度58m的软土地基处理。但此方法施工噪音较高，对周围地基稳定性影响较大，施工时应避开居民区、电力塔等区域。3.4.3 深层搅拌法深层搅拌法是通过机械将水泥、石灰等固化剂送入软土地基内，与软土拌和反应，进而提高地基的整体性与承载能力。目前，深层搅拌法处治措施按照固化剂的干湿状态分为浆喷桩与粉喷桩。粉喷桩工艺流程是将干燥固化剂直接打入地基，相比浆喷桩省去水泥浆制备流程，工序简便，造价较低；（下转第63页）2023 年第 4 期山东交通科技-63-表 1 不同索力测试方法优缺点对比分析名称原理优点缺点适用场景千斤顶法标定的液压与索力之间的关系简单、直观精度一般在建结构工效低、费用高既有结构（反拉法）压力传感器法索的应力应变关系精度高、可实时监测寿命短、费用高在建/已安装传感器结构三点弯曲法三点弯曲 原理简单、便携、快速误差较大、索体变形柔性细索频率法振动弦理论操作简单、速度快、费用低、可实时监测精度一般，短索影响大各种场景磁通量法磁导率与索力之间的对应关系精度高、可实时监控、发展潜力大理论体系不成熟在建结构实施难度大既有结构参考文献：1 孙晓红,张劲泉,李承昌,等.桥梁拉索与吊索M.北京:人民交通出版社股份有限公司,2013.2 邱文亮,吴广润.悬索桥吊索断裂动力响应分析的有限元模拟方法研究J.湖南大学学报（自然科学版）,2021,48（11）:22-30.3 孙恒飞,王曈,沐波,等.基于频率法的吊杆索力测试及影响因素研究J.内蒙古公路与运输,2022（3）:5-8.4 沈百忠,周雪峰,赵明朝,等.拱桥吊杆更换施工中的索力监测J.交通标准化,2013（24）:1-4.5 郑锐,刘礼华,吴建峰,等.高温暴露对索力监测用胶接植入光纤光栅传感器的测试性能影响研究J.传感技术学报,2019,32（11）:1634-1639.6 刘小锋,冯志敏,胡海刚,等.基于磁通量法索力测量模型参数的调适研究J.传感技术学报,2021,34（7）:926-931.7 付丹,郭红仙,程晓辉,等.预应力锚索工作应力的检测方法拉脱法的检测机制和试验研究J.岩土力学,2012,33（8）:2247-2252.8 罗斌,唐树名,程晓辉,等.锚下预应力反拉检测技术J.公路交通技术,2012（1）:12-14.9 袁博.斜拉索索力测试影响因素分析及模型修正方法研究D.西安:长安大学,2012.10 郭明渊,陈志华,刘红波,等.拉索索力测试技术与抗弯刚度研究进展J.空间结构,2016,22（3）:34-43.11 张祥,吴金志,柳明亮.预应力拉索索力测试技术及应用C.北京:工业建筑杂志社,2017:107-110.12 郭明渊,陈志华,刘红波,等.拉索索力测试技术与抗弯刚度研究进展J.空间结构,2016,22（3）:34-43.13 晏班夫,陈泽楚,朱子纲.基于非接触摄影测量的拉索索力测试J.湖南大学学报（自然科学版）,2015,42（11）:105-110.14 曾滨,许庆,徐曼.预应力拉索激光非接触式动力检测与分析方法研究J.建筑结构学报,2022,43（10）:50-59.15 黄智德,谢谟文,杜岩,等.激光测振仪在斜拉索索力检测中的应用研究J.公路,2018,63（5）:109-113.16 尤广华.磁通传感器在索力检测中的应用研究D.重庆:重庆交通大学,2012.（上接第52页）浆喷桩工艺流程是先将固化剂拌和为流动状态，再压入地层，固化剂反应更为充分，单桩承载力较粉喷桩高，并且在固化剂拌和过程中可添加多种改性剂，如早强剂、防冻剂等，有效改善桩体耐久性与稳定性。粉喷桩适用于含水率较高的软土地基处治，施工简便，费用较低，其固化剂为干燥状态，当含水率18%时不宜使用，此时固化剂反应效率降低明显，钻孔难度增加。浆喷桩应用范围较广，不受含水率限制，但相对工序复杂，费用较高。4 结语从软土地基特性入手，深层次剖析软土对道路工程的影响方式，找出影响软土地基不均匀沉降的主要因素，针对不同地质情况提出处治措施，并详细阐述每种处治措施的施工要点及适用范围，为今后高等级公路软土地基处治提供针对性的借鉴与参考。参考文献：1 中华人民共和国交通运输部.公路路基设计规范:JTG D302015S.北京:人民交通出版社股份有限公司,2015.2 李月光,聂敏.高速公路软土地基沉降影响因素敏感性灰色关联分析J.系统工程理论与实践,2010,30（5）:956-960.3 陈刚.公路施工中软土地基处理技术分析及应用J.建材与装饰,2020,615（18）:253,255.