高速公路软土地基处治措施探析

牛小玲

（山西交通职业技术学院， 山西 太原 030031）

1 概述

近年来，随着我国经济的发展，大大促进了公路交通事业的发展，很多省市大力开展高速公路建设工作。在高速公路穿越池塘、河谷等地区时，软土地基的处治是其中的一个重要的施工项目。结合湿软地基的特点，采取相应的方法进行处治。常用的湿软地基处治方法有超挖回填法、排水固结法、抛石挤淤法等，应根据实际情况选择加固措施。对于软土地基的加固方法，目前已经进行了大量的研究，并已逐步形成了一套系统的加固方案。然而，在实际施工过程中，工程地基情况复杂多变，地基沉降变形大，为了保证地基稳定，还受到工程投资、建设工期等因素的影响，必须结合工程实际合理选择处治方法。

2 软基的相关特点以及其产生的危害

软土地基承载力比较低，不能满足公路路基施工要求，尤其是进行路堤填方施工很容易产生严重的沉降。地基沉降往往会造成其上部构造物的严重变形，最终出现严重的质量问题。软土地基最主要的危害是地基沉降比较大或者是沉降不均匀，造成路面结构出现沉陷，进而影响道路通行能力和行车安全。另外，软土地基的滑移，会造成路基路面结构出现整体滑动变形，导致整体结构破坏。软土地基含水量大、压缩性强、易产生沉降变形，通过分析确定软土地基主要具有以下工程特点：

2.1 压缩性强

软土内部含水量高、孔隙大，可压缩性强。在外界荷载的作用下，将软土内部的水分和空气排出，会产生较大的变形，进而导致产生不均匀沉降，造成地基上部构造物破坏。

2.2 强度低

软土地基强度低，在外部压力和干扰的作用下，软土结构很容易出现破坏。在软土地基受到压力和震动时，很容易出现滑坡、沉降、塌陷等破坏形式，这也说明软土地基的强度较低。

2.3 容易产生不均匀沉降

软土均匀性较差，在外界荷载作用下容易产生不均匀沉降。由于软土地基形成环境的独特性，土质均匀性较差，在土基和车辆荷载的综合作用下很容易产生不均匀变形。施工前必须制定施工方案进行处治，否则会出现不均匀沉降，造成路基路面结构破坏。

2.4 含水量高，透水性差

结合试验检测结果，软土地基含水量较高，且透水性较差。与其他不同类型的土壤结构相比，软土渗水速度远低于其他土体。含水量高容易造成冻胀翻浆，影响路基路面结构的稳定性。施工前必须采取措施进行排水，提高地基的稳定性。

3 软土地基常用处理方法

3.1 换填法

换填法是将软土地基部分或全部挖除，然后再换填透水性较好的材料。这种方法施工工艺简单，容易操作，质量也容易保证，通常换填厚度在1～2 m。换填法施工主要以机械施工为主，人工为辅，采用机械设备将软土地基全部挖除，并回填强度高、承载力强、稳定好的填料，碾压密实后在进行上部构造物的施工。

通常，采用换填法处治的软土地基深度不超过3 m，换填厚度过大会增加工程造价，影响经济性。常用的换填材料有碎石、二灰土、砂砾材料等，这些材料不仅仅自身强度高、稳定性好，对周边土体的影响也较小。进行换填施工前要制定科学合理的施工方案，综合考虑路基截面形状、工程地质条件、承载力要求、材料供应和施工人员的技术水平等因素。另外，还需要注意保证换填的厚度和宽度，以防止在车辆荷载作用下产生剪切破坏，保证土体结构稳定。压实质量是软土地基换填施工控制的关键，不仅要做好机械设备的选配和组合，还要建立试验段确定压实施工参数。另外，在施工过程中必须做好压实质量检验，确保压实质量合格。

3.2 排水固结法

在公路软土地基处治中，排水固结法是最常用的方法之一。这种处治方法的原理是在软土地基处治之前，采用砂袋、塑料排水管等措施设置的排水通道，排出地基内部的多余水分。软土地基内部多余的孔隙水被排出，可提高土体的密实度，降低土体的孔隙比，进而达到提高土体强度的作用。这种方法广泛应用在淤泥质或者粘土性质的软土地基中，排水效果较好。

也可采用竖向排水体，排出软土地基内部的水分提高地基承载力。在排水固结施工中，可以采用加载的方式（如真空预压法、砂井预压法等）提高排水速度。采用排水固结法，可以逐步排出地基内部多余的水分，使土体慢慢固结，达到提高土体强度的目的。排水固结施工中，软土地基会出现不同程度的沉降，这是由于水分排出造成的。另外，水平铺设砂垫层配合排水固结法进行施工，可以提高软基处治效果。

3.3 密实法

3.3.1 强夯法

强夯法是比较常用的一种软土地基处治方法，将大型夯锤提高到一定高度后以自由落体的方式夯击地基，利用冲击力排出软土地基内部的孔隙水、使土体密实，加速固结，提高地基承载力。强夯法施工前应制定方案，确定落锤高度、夯击能量和夯击遍数等施工参数，做好夯点布置。强夯法适用于饱和度较低的粉粘土，处治深度为6m～8 m。强夯法所使用的的机械设备简单，施工效率高，施工工期短，对施工工艺要求不高，节约原材料。然而，强夯法对施工现场的周边环境要求较严格，还会污染周边环境。因此，在选择强夯法处治软土地基前，必须综合考虑各方面因素。

3.3.2 抛石挤淤法

抛石挤淤法是在软土地基内部抛填一定数量和规格的片石，并借助外力的作用将软土地基内部的淤泥挤出，最终以片石代替淤泥，达到提高软土地基的目的。这种方法适用于液性指数较高的土体，与置换方式不同，抛石挤淤法是使用片石置换淤泥，改变了路基地基的结构，是一种安全、有效的处理方法。抛石挤淤法施工的关键是抛石速度，速度越快，可以排除越多的淤泥。对山区高速公路，路基开挖下来的片石可以直接抛填到软土地基，节约了原材料。为了防止处治后的软土地基碾压过程中出现“弹簧”现象，应在其上部摊铺一层30 cm左右的砂砾石垫层。

3.4 复合式地基法

复合式地基法是通过在软土地基中设置构造物，构造物与软土形成一个复合式的地基结构，共同承受外部荷载，达到提高地基承载能力和强度。常用的复合式地基形式有碎石桩、水泥搅拌桩和CFG桩。

3.4.1 碎石桩

碎石桩加固是通过碎石替换湿软地基的松散或粘性土体，形成具有一定强度的稳定桩体，提高地基土抗滑和抗剪性能，进而达到提高软土地基承载力的目的。碎石桩对软土地基的加固作用主要包括以下三个方面：第一方面是通过碎石置换软土地基提高地基土的强度；第二方面是在碎石桩形成过程中对其周边土体进行挤密，进而增加桩体周围土体的强度；第三方面是通过挤压，提高地基土体的排水速度，提高土体固结的速度。

3.4.2 水泥搅拌桩

水泥搅拌桩是按照一定比例拌制水泥浆液，并按照一定的压力将水泥浆压入地基土中，搅拌均匀后形成一个稳定的，具有一定强度的桩体，与天然地基成为一个整体，进而达到提高地基承载力的目的。水泥搅拌桩适用于地基土含水量高、渗透性差的地基，处治深度最高可以达到15m。这种处理方法对周边环境影响较小，可充分利用地基土，可有效提高地基强度。但其施工费用较高，会增加工程造价，且质量控制难度较大。

3.4.3 CFG桩

CFG 桩是按照比例将碎石、水泥、砂等材料拌制均匀，并将其与地基土充分拌和形成桩体，提高地基承载力的一种加固方法。CFG 桩适用于砂土、粉黏土地基的处理，最大加固深度可以达到25m。这种方法施工速度快，桩体强度高，可提高明显地基承载力，也便于进行质量控制，但会增加工程造价。

3.5 化学加固法

化学加固法是利用化学浆液注入软土中，并借助压实的方法将松散的土体固结为一个整体，这种方法适用于粉土、砂土、粘性土及人工杂填土的软土地基。常用的化学加固法有单液硅化法或碱液法，通过浆液与软土中的化学物质反应，生成稳定的胶结体。

4 软土地基处治施工重点

4.1 合理制定软基处治方案

在软土地基施工之前，结合施工现场的实际情况制定软基处治方案，并分析期可行性。编制专项施工方案，对机械设备和施工人员进行合理调配，原材料尽量就地取材，节约成本。

4.2 做好施工组织

为了保证工程顺利按期完成，施工过程中对人员、机械设备和各施工工序做好施工组织。尽量缩短各施工工序之间的衔接时间，提高施工效率。做好人员、机械设备的调配，保证各项工作的顺利开展。施工准备阶段做好原材料的配比设计、实地勘探、清表整平和测量放样工作，在施工过程中做好质量控制和检查验收工作，保证工程质量。

4.3 优化排水系统

排水系统的设置对软土地基处理十分关键，有效的排水可以加速软土地基固结，提高地基土的强度和承载能力，提高软土地基加固效果。在软土地基处理过程中，应重视对排水系统的优化设计，保证排水效果。软土地基处治排水系统可采用竖向排水通道和横向排水通道相结合的方式，首先在软土地基内部设置竖向排水通道，然后在软土地基顶部铺设砂垫层形成横向排水通道，加快排水速度。为了加速软土地基排水固结，通常采用加压的方式。最常见的加压方式是堆载，通过在软土地基施加一定的竖向压力，加速水的排除，进而提高软土固结速度。加压与排水系统相结合的方式是软土地基排水的常用方法，但必须做好施工组织，严格按照施工顺序和施工要求施工。

4.4 做好地基沉降处理

软土地基的处治效果一般采用沉降观测的方式进行检验，当地基沉降量连续两个月低于5mm时，即认为地基沉降变形已趋于稳定，可以进行卸载。然而，施工中由于受到各类外界因素的影响，也会造成路基出现沉降，必须对地基进行进一步处理。常用的沉降处治方法有以下两种：

（1）石灰土处治技术。按照一定比例将石灰和优质土拌和均匀，回填后进行碾压。石灰土会产生一系列的物理和化学反应，起到减少地基土内部的水分、提高地基土强度、加速地基土固结的作用。石灰土可以是地基土快速板结，提高地基土的强度和承载能力。提高了地基土的整体稳定性，也提高了抵抗沉降变形的能力。

（2）选用轻质路基填料。高速公路的设计标高的是一定的，通常不会采用降低路基标高的方法来降低路基土自重，可优先轻质路基填料。地基上部的很大一部分来自其上部路基的自重，采用轻质路基填料可以减轻地基土自重，进而降低地基上部的荷载。轻质路基填料密度小，可有效降低作用在地基上部的有效压力，进而减少或避免地基沉降，常用的路基填料有粉煤灰、EPS 超轻质填料等。在降低路基土自重的前提下，还要提高软土沉降变形稳定的速度，保证路基土的抗剪强度。另外，采用轻质可减少土方用量，节约施工成本。

5 结语

软土地基含水量高、可压缩性高、承载力低，处治不当会造成路基路面结构出现不均匀沉降，进而导致结构破坏。在高速公路施工过程中，应结合施工现场工程地质、施工环境等因素，合理选择软土地基处治方法。文章分析了软土地基的危害和工程特点，全面阐述换填法、排水固结法、密实法、复合地基法、化学加固法等处治方法，分析了加固原理、适用范围和施工重点。合理选择处治方法可有效提高软土路基固结速度，最终达到提高地基承载力，防止地基不均匀沉降的目的。