湿软土质下公路路基施工技术分析

何振炬

（广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530000）

0 引言

在公路路基施工中，经常会遇到不同类型的地质结构，如湿土、软土及湿软土等，在这些地质环境下进行路基施工，需要采取很多施工措施，而且这些施工措施不相同，如排水、补强等。随着我国公路施工技术的不断完善，现阶段已具备在特殊地质环境中施工的能力，各项工程参数和指标已达到国际标准。公路湿软土路基施工技术较复杂，要综合考虑工艺、人员、设备、成本等因素，包括排水阶段对周边环境的影响及施工安全等。深入研究湿软土质结构下的公路路基施工技术，能够提高公路工程的质量和使用年限，对行车安全性和舒适度具有重要意义［1］。

1 湿软土质结构概述

施工环境的土质受到地下水或地表水的侵蚀，使得地基长期处于潮湿或过湿状态，但地基本身具有一定的结构强度，这种情况下的施工环境可归结为湿土环境。软土地质结构是指饱和的软黏土，但不包括饱和的砂性土和液化土，按照成因可分为海洋沿岸、湖畔及河滩沉积；按照物理特性可分为软黏性土、淤泥质土和淤泥、泥炭、杂填土、高压缩土等。软土地基自身强度较差，通常需要采取补强等措施。湿软土兼有湿土和软土的特征，长期处于湿润的环境中，但自身的结构强度不足，需要同时采取排水和补强措施。

在湿软土质环境下的公路路基施工中，如果不事先对土质结构进行加固处理，则后续一系列常规的施工操作将不再适用，这是因为在此种环境下，土质结构具有较低的强度和较小的承载力，虽然相关的力学、物理学等定律依然适用，但是工程施工中的各类公式需要经过复杂的换算才能符合湿软土质条件下的计算要求。以折算系数为例，不同的土质环境下折算系数不同，与土质中含水量、孔隙比等很多因素有关，因此折算与换算过程非常容易出现差错，相关数据的错误将给工程施工造成严重影响，包括材料使用量和时间控制等方面。因此，在路基施工前，对这类湿软土质结构进行加固处理尤为必要，而加固的目的就是为了控制地基沉降，提高结构的稳定性，这也是公路路基施工中的重点和难点。一方面，通过监测设备对路基的沉降情况进行连续监测，监测过程应在较为理想的施工环境下进行，避免在雨天等环境进行监测。监测应选用精度较高的仪器，在监测之前应查看仪器的质检情况，施工现场的监理人员负责监测过程的协调工作。另一方面，当路基不再发生沉降后，可取样进行结构强度和稳定性的测试，通过试验来综合判定路基施工质量是否能够满足施工的标准要求［2］。

2 湿软路基常用处理方法

通常，浅层及深层的处理范围很难界定，根据工程经验，地面以下大概5 m深度范围内可视作浅层，这种深度的人工地基应用由建筑物的荷载值大小决定，同时与地基土的具体力学特性有关。相比深层地基处理，浅层地基在处理过程中需要的工艺技术和设备较简单，消耗的施工材料更少。

2.1 浅层处理方法

2.1.1 换填法

换填法又称作换土法，是指将路基区域范围内的软土清除，取而代之的是稳定性较好的土、石等材料，将这类土、石回填后再进行压实或夯实的过程。换填施工的难点在于实际开挖深度和压实效果的控制，某种意义上来讲，二者是相辅相成的，最终目的都是为了控制路基的沉降量。

解决措施：公路路基施工中，通常采用开挖换填天然砂砾的方法，将影响路基稳定的软土或淤泥用挖掘机清除，使用天然砂砾换置，实际的开挖换填深度应控制在2 m以内，使用分层回填、分层压实和分层压实度检测的方法，进而提高地基的承载力、抗形变和稳定性等工程指标，换填过程中应充分考虑天然砂砾中碎石的含量、粒径和级配参数，认真做好试验检测工作，避免压实效果不佳而引起沉降。换填法的作用是根据土中附加应力的分布情况，使垫层承担较大的荷载，而软土层则承受较小的荷载，达到持力层具有较高承载能力的目的，在一定程度上加速了软土层排水固结的速度，弱化了膨胀土的形变趋势，并减少了沉降量。

2.1.2 抛石挤淤法

抛石挤淤法是指用片石投入软土使淤泥挤出的方法。该方法在施工过程中不用挖淤、抽水，施工工艺简单易用，能够使片石在软土中沉底，在表面无硬块、厚度很薄的稀疏软土（软土层厚度小于3 m）中使用较多，填料的属性、抛填的顺序及回填过程是该施工方法的难点。

解决措施：此种工法在填料过程中应使用弱风化石料进行挤淤，粒径尺寸小于30 cm的石料含量应控制在20%以内，在软土层相对较为平坦时，应沿路中线向前方抛填，并逐渐向路两侧扩展，当片石从软土面抛出后，可使用粒径较小的石块进行填塞、垫平，随后使用重型机械进行碾压，并于其上方铺设反滤层，最后回填土石方，回填施工过程应分层填筑、分层碾压。

2.1.3 砂垫层法

砂垫层法属于一种常用的软土路基处理方法，通过砂（碎石）垫层将地基的持力层软土直接置换，施工过程中挖出基底一定深度的软土，使用砂、碎石或其他硬度较大的材料分层填筑，然后进行夯实、振密。砂垫层法因施工技术简单易用而得到了广泛的使用，在多数软土路基施工中为首选。砂垫层法对提高路基持力层的荷载能力具有明显的效果，并可减少路基沉降，在加速软土层的排水固结能力方面也具有一定作用，可提高地基的强度和稳定性，防止地基土受到塑性破坏，砂垫层厚度的控制是该工法的难点所在。

解决措施：砂垫层厚度通常控制在0.5～1.0 m，垫层太厚会给施工带来不便，垫层太薄则施工效果较差。砂料中应以粗砂为主且级配良好，粗砂颗粒不均匀系数应小于5，含泥量应控制在5%以内。该工法可就地取材，施工便利、成本较低，适用于淤泥质土、素填土、杂填土及湿陷性黄土的浅层地基处理，此外也适用于类似土质结构的暗沟、暗塘等地基处理。

2.1.4 土工合成材料垫层法

工合成材料垫层法多用于路基底部软土地基施工，铺设的土工合成材料加筋后形成复合式土体结构，起到排水、反滤、隔离、加固和补强等作用，该工法可提高路基结构的整体稳定性并减少路基沉降。该工法的施工难点是土工格栅部分，特别是格栅的规格、位置及搭接宽度等参数应重点关注。

解决措施：在土工合成材料垫层法施工中，当进行土工格栅铺设时，应将格栅拉紧，禁止发生褶皱，用钢钉将格栅固定在底面上，将土工格栅强度较高的位置垂直于路基的轴线方向，且相邻两组格栅搭接宽度应为20 cm，使用φ0.9 mm的钢筋将搭接处绑扎牢固。应保证铺设土工格栅材料的地面平整无杂物，禁止使用施工机械碾压土工格栅，完成土工格栅的铺设后应及时进行填筑，以防止长时间的阳光暴晒或雨水浸泡［3］。

2.2 深层处理方法

2.2.1 排水固结（预压）法

排水固结法施工的目的：①减少结构体地基沉降，使地基沉降在预压阶段基本结束，最终使结构体在正常使用过程中不再发生沉降。②加速地基土抗剪强度的变化，提高结构体地基强度和稳定性。③在一定程度上消除欠固结软弱地基中负摩阻力，也可减少工后地基沉降范围。而土体结构中的孔隙水一般较难彻底排出，该工法的施工难点在于砂井及排水垫层的设置。

解决措施：根据排水固结的原理，在地基土内部设置砂井进行竖向排水，铺设排水垫层，使用建筑物自重分级加载，或在建筑物施工前先行预压以排出土体结构中的孔隙水，分层固结使地基发生下沉，待地基稳固后其强度可达到工程标准要求。排水固结法比较适用于淤泥质土、冲填土和黏性土的路基施工处理中。

2.2.2 粉喷桩法

粉喷桩施工法属于深层地基加固方法的一种，也称为加固土桩法，该工法在饱和软黏土地基的加固中被广泛使用，属于一种新型的深层搅拌法。粉喷桩法施工使用专用的机械设备，施工过程包括桩位放样、钻机就位、桩基检测、机体调整、钻进预定深度、打开喷粉孔、提钻喷水泥、达到标高停止喷粉、复喷等［4］。该工法的施工难点在于固化剂原料的选用和搭配，以及完成软土凝结后结构强度的验证。

解决措施：使用水泥、石灰等原料作为固化剂的主要成分，由特定的拌和设备将软土和固化剂进行搅拌，软土和固化剂在混合搅拌过程中会发生一系列的物化反应，软土在经此过程后发生凝结，凝结后的软土具有足够的整体性、水稳性和结构强度，能够满足路基施工的要求。

3 工程案例应用与分析

3.1 工程概况

以广西崇左市某段公路工程为例，该施工区湿软土路基共计10段，总长度为1 256 m，其中挖淤泥和软土共106 842 m3，抛石挤淤量为 925 614 m3，回填砂岩及透水性砂岩量为 115 436 m3，处理面积为 61 564.3 m2，工程中对湿软土路基处理是重点工作内容，这对保证路基的施工质量和工期具有重要意义。将ZKL5+580～ZKL5+600和ZKL7+400～ZKL7+540段表土清除，使路基置于岩体上，实际换填深度为2 m，同时清除ZKL7+940～ ZKL8+036段表土，使路基置于岩体上，实际换填深度为3 m，其余路段的换填深度为1.5 m，抛石挤淤深度为2 m。

3.2 存在的问题

该施工段中湿软土路基范围较大，地质构造较复杂，在进行路基处理时存在诸多不确定性，包括很多风险因素及环保因素，因此应选择合适的湿软土路基处理方法。经地质勘测发现，该施工区域水系发育，临近农田和池塘，不宜使用排水固结法进行湿软土路基的处理，否则会给附近的环境带来污染。如果使用水泵进行疏排水，需要进行远距离输送，会增加额外的施工成本且效果不理想。此外，湿软土质环境下进行路基处理经常会发生不均匀沉降现象，施工后路基含水量、孔隙比、结构强度等指标很难达到要求，这些因素给该区域的路基施工带来了一定的困难。

3.3 解决对策

为保证该土质情况下路基具有较好的结构强度，本施工案例中使用抛石挤淤的方法处理施工区的软基。首先进行表层淤泥和软土的开挖工作，换填开挖应从纵向的施工便道其中的一侧开始，开挖时应保证机械设备在已填实的便道上行进，配合一定数量的自卸车，边挖边进行收运，在指定位置集中存放弃土。施工现场应配有专职监理人员来协调设备及施工进度，当挖到设计标高时，通知监理等相关技术人员进行验槽，工程参数符合设计标准后用挖掘机或推土机进行平整、碾压，然后使用小石块填塞、垫平，最后使用压路机碾压密实。当软土地质呈流动状时，填筑过程应沿路基中心线以三角形的方式向前投放片石，并逐渐向两侧区域扩展。当软土地层的横坡坡度超过1∶10时，应从高处逐渐向低处进行填筑，并于低处的坡脚外适当宽度范围内同时进行片石抛填，抛填片石后再填充垫层，采取逐步推进的方式进行。

沿湿软路基的纵向每隔100～160 m设置断面监测点，保证至少有3个断面监测点，在填挖分界处增设稳固的监测点。用于位移监测的边桩可设置在公路两侧，坡脚位置最佳，也可设置在坡脚外4 m处，在滑裂或失稳度较大位置应增加监测点，一般情况下应在坡脚外布设位移边桩，具体范围在3～9 m，数量为3～4个，同时位移边桩应确保安全、可靠。断面边桩应以同一轴线为设置原则，并不定期对作业基本面进行校核，桩基面需有稳妥的保护措施，地面位移监测设备的测角精度为2″，测距的精度误差为±5 mm，湿软路基横向上的位移监测重点位置是公路采空区或土质条件较差的路段。

在进行沉降情况监测前，应在路基的中心、路肩及坡脚的基底处预先埋设沉降板，以实现对这些位置高程变化的准确监测，进而对湿软路基的具体沉降情况有所掌握，可通过水平位移标点桩或校核基点桩的方式进行监测，测量精度要求为1 mm/km，应事先做好标点边桩的埋设工作，对相关数据及时监测并做好记录，为湿软路基的处理和施工提供数据支持。此外，应充分利用其他工程设备对路基的沉降情况进行有效监测，如分层沉降仪、地表沉降板等，这些专用监测仪器能够较好地反映路基的沉降速率，保证路基施工的顺利进行［5］。

3.4 施工质量评估

本工程案例中使用了抛石挤淤法进行湿软路基施工，使施工区域内淤泥发生整体剪切破坏，两侧淤泥向上翻涌并逐渐隆起，在淤泥中形成连续滑动面，使得土石填筑体能够挤开淤泥而不断下沉到一定深度。可见，土石填筑体及重型施工车辆的压力，使填筑体和淤泥达到新的平衡状态，待此平衡状态静置一段时间后，对该施工段的地基强度等工程指标进行检测可知，由少量淤泥及填筑体构成的新的地基结构，其含水量较低、孔隙比较小、结构强度较高，符合湿软土质结构路基施工后的各项标准。本案例的成功应用，证明了抛石挤淤法在湿软土质情况下提高路基整体结构强度的可行性。

4 结束语

抛石挤淤法的实质是向流塑状、高湿软度的淤泥质土中集中抛填土石料，通过填筑体自重或施工机械的压力，将淤泥挤出基底并由填筑体占据，以达到置换湿软土的目的，并以此增强地基的荷载能力。本文深入研究了湿软土质结构下公路路基施工技术，特别是在淤泥土质情况下的换填开挖、运输和抛石挤淤等工作，对减小路基沉降、提高路基整体结构的稳定性具有重要作用。