摘要 為有效保證高速公路工程的建設(shè)施工質(zhì)量，文章首先簡(jiǎn)單分析了路基軟土地基的物理特性，然后闡述了排水固結(jié)法、淺層換填法、強(qiáng)夯法和復(fù)合地基法等軟土地基處理方法并分析其適用性，最后以肇明高速公路為例分析了軟土地基的不同處理方法，以期為高速公路的軟土地基處理提供借鑒。

關(guān)鍵詞 高速公路；軟土地基；地基處理

中圖分類號(hào) TU451.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）24-0106-03

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，高速公路作為連接城市、拉近距離、構(gòu)建經(jīng)濟(jì)圈的重要紐帶也處于快速建設(shè)期，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)高速公路里程從2005年的4.1萬公里增至2022年的17.7萬公里，年復(fù)合增長(zhǎng)率9%[1]。由于我國(guó)不同地區(qū)的地質(zhì)條件差異性非常明顯，在高速公路工程施工過程中存在較多的軟土地基[2]。高速公路中的軟土地基處理不當(dāng)會(huì)直接影響整個(gè)工程項(xiàng)目的施工建設(shè)質(zhì)量，不僅會(huì)大幅降低路基的整體穩(wěn)定性，還會(huì)引起路面沉降。

因此，高速公路建設(shè)中應(yīng)對(duì)軟土地基處理充分重視，有效地做好軟土地基的相關(guān)勘察工作，提出針對(duì)性措施加以解決，從而保障高速公路工程的建設(shè)質(zhì)量。

1 軟土地基的工程特性

軟土地基的定義是指天然含水率高、強(qiáng)度低、孔隙比大、壓縮量較高、不均勻及靈敏度高的軟弱土層，多數(shù)含有一定的有機(jī)物質(zhì)，這些特性使得軟土地基在高速公路建設(shè)中成為一項(xiàng)需要特別關(guān)注的工程難題。軟土地基的幾個(gè)主要工程特性如下：

1.1 低強(qiáng)度與高壓縮性

軟土主要由黏土顆粒和水分組成，顆粒之間的聯(lián)結(jié)力較弱，因此其強(qiáng)度相對(duì)較低。同時(shí)，由于軟土中的水分含量高，使得土體在受外力作用時(shí)容易產(chǎn)生壓縮變形，即高壓縮性，這種特性將導(dǎo)致高速公路在軟土地基上的穩(wěn)定性降低，甚至可能出現(xiàn)地基沉降等問題。

1.2 高含水率

軟土中水分含量較高是其強(qiáng)度低、壓縮性高的重要原因。高含水率使得軟土在受外力作用時(shí)容易發(fā)生液化，進(jìn)一步降低其承載能力。此外，其還使得軟土的透水性較差，難以通過排水降低土體的含水量，增加了處理難度。

1.3 不均勻性

由于軟土的形成過程受多種因素的影響，如地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、生物作用等，使得軟土在空間分布上具有明顯的不均勻性。這種不均勻性將導(dǎo)致高速公路在軟土地基上的沉降不均勻，出現(xiàn)局部沉降過大或過小的情況，嚴(yán)重影響路面的平整度和使用性能。

1.4 靈敏度高

外部環(huán)境如溫度、濕度、荷載等的變化都會(huì)對(duì)軟土的性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。這種敏感性增加了高速公路地基處理的難度和復(fù)雜性。

針對(duì)軟土地基的上述特性，高速公路工程中應(yīng)綜合考慮地基的土質(zhì)、荷載條件、環(huán)境因素及工程的具體要求，選擇合適的處理方法。這些方法均基于土力學(xué)的基本原理，并旨在滿足承載力、穩(wěn)定性、施工便捷、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保要求。

2 軟土地基處理的常用方法

在長(zhǎng)期的高速公路的建設(shè)過程中，總結(jié)出適用于工程的快速、便捷、經(jīng)濟(jì)的處理方法：排水固結(jié)法、淺層換填法、強(qiáng)夯法和復(fù)合地基法等。

2.1 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法指的是軟基在額外載荷的功效下，慢排出孔隙水，減少孔隙比，造成固結(jié)變形。同時(shí)，伴隨土體超靜孔隙水壓力的消退，土的有效應(yīng)力提升，地基抗剪強(qiáng)度相對(duì)提升，提前完成沉降或提升沉降速率。此法特別適用于處理飽和軟土地基，這是因?yàn)樗軌蛴行Ы档偷鼗某两盗?，并提高地基的承載力。

鄧安華等[3]采用“降水+堆載+強(qiáng)夯”的靜動(dòng)態(tài)排水固結(jié)法加固吹填海相泥沙形成的軟土地基，研究了施工過程中各層地基沉降、水位和孔隙水壓力、土體位移變化情況，發(fā)現(xiàn)靜動(dòng)力排水估計(jì)法能夠顯著提高吹填軟土地基的承載特性。

潘岳林等[4]以湖南省益陽市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)團(tuán)圓南路道路工程為例，通過FLAC3D數(shù)值計(jì)算，得到軟土地基在堆載預(yù)壓結(jié)合塑料排水板作用下的響應(yīng)情況，以及預(yù)壓荷載施加后超靜孔隙水壓力的消散規(guī)律，揭示了軟土路基在堆載預(yù)壓結(jié)合塑料排水板作用下的孔隙水壓力、固結(jié)沉降分布特征，獲得了軟土路基土體中孔隙水壓力、各層總沉降、各層的分層沉降等隨深度方向的變化規(guī)律。

電滲排水固結(jié)法是一種特殊的地基處理方法，它利用電滲原理加速土體中水分的排出，進(jìn)而促進(jìn)土體的固結(jié)和強(qiáng)度的提高。這種方法特別適用于處理細(xì)粒土（如黏土、淤泥等）地基。張恒等[5]采用自制的電滲試驗(yàn)裝置，對(duì)廣州南沙區(qū)淤泥黏土進(jìn)行室內(nèi)電滲試驗(yàn)，探究了陽極添加氯化鈣溶液對(duì)電滲加固軟土效果的影響，發(fā)現(xiàn)氯化鈣可以最大提升12%的土體電滲加固效果。

排水固結(jié)法的優(yōu)點(diǎn)如下：能夠顯著減小孔隙比，增加有效強(qiáng)度；加速地基的固結(jié)，縮短預(yù)壓工程的預(yù)壓期，提前完成沉降；加速地基土抗剪強(qiáng)度的增強(qiáng)，提高地基承載力的速率，保證地基的穩(wěn)定性。

2.2 淺層換填法

淺層換填法是指將地基中的軟弱土層挖除，并回填強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性較好的材料，如砂礫、碎石等，從而提高地基的承載能力。

符仁建等[6]以濱海地區(qū)南通理工學(xué)院校園工程局部軟土地基處理為例，利用有限元軟件Abaqus對(duì)換填前后的地基破壞形態(tài)及地基承載力進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)局部軟土地基的承載力較小，容易發(fā)生滑移破壞，而經(jīng)過換填加固后的地基可以將基底壓力傳遞到周圍性能較好的土體中，地基承載力較高，不容易發(fā)生滑移破壞。

李金成等[7]采用分層總和法及FLAC3D有限元差分法對(duì)換填前后的軟土地基進(jìn)行了沉降計(jì)算及分析，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)圍堰換填法能夠有效解決軟土地基施工困難和路基施工后沉降過大的問題。

韋秋杰等[8]基于有限元軟件ANSYS研究了未加筋未換填、加筋未換填和加筋換填等三種工況下軟土路基的水平位移及豎向位移，研究結(jié)果表明，換填法和加筋法相結(jié)合的處理方式可以顯著提高地基承載力，有效抑制沉降值。

淺層換填法的應(yīng)用范圍廣泛，原理簡(jiǎn)單，適用于軟土層較薄且下方有較好持力層的情況，是一種效果顯著、可靠性高的地基處理方法。

2.3 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是利用設(shè)備提升重錘至高空，讓其從高處自由落下，由此產(chǎn)生巨大沖擊能，提升地基土體承載能力，改善土體的力學(xué)性能。

韓文喜等[9]總結(jié)了使用強(qiáng)夯法處理飽和土地基時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系，以及孔隙水壓力的變化趨勢(shì)。

鄭穎人等[10]把強(qiáng)夯法處理飽和細(xì)粒土的加固過程劃分為轉(zhuǎn)化夯擊能、土體的液化、土體的壓密及土體的固化等四個(gè)階段，還基于過程信息歸納總結(jié)出飽和細(xì)粒土強(qiáng)夯法的施工工藝流程。

白冰等[11]結(jié)合強(qiáng)夯法加固鐵路飽和松軟土地基的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究強(qiáng)夯過程中地層孔隙水壓力的增長(zhǎng)和消散規(guī)律、孔隙水壓力的空間分布特征、地表位移和地層深處沉降的變化規(guī)律，以及加固后的地基承載力，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)夯法加固飽和松軟土地基可行，加固后的地基承載力特征值可達(dá)240 kPa。

強(qiáng)夯法加固地基的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在加固效果、經(jīng)濟(jì)效益、施工便捷性和適用范圍廣等方面。但對(duì)于飽和軟土地基，加強(qiáng)地基的排水措施是強(qiáng)夯法加固成功的關(guān)鍵[11]。

2.4 復(fù)合地基法

復(fù)合地基技術(shù)可以滿足大面積及大厚度的軟土地基處理要求，是我國(guó)軟土地基處理的主要手段，分為剛性樁、柔性樁、組合樁的復(fù)合地基等。

2.4.1 剛性樁復(fù)合地基

剛性樁復(fù)合地基加固靠樁土協(xié)同，抗彎承載力強(qiáng)，主承豎向荷載。鄒永強(qiáng)等[12]分析工作性狀，強(qiáng)調(diào)成果應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)效益，建議改進(jìn)試驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集及研究成果規(guī)整，推動(dòng)理論完善，彌補(bǔ)研究滯后。高鈺等[13]用有限元軟件建模，發(fā)現(xiàn)不均地層下剛性樁易致路堤沉降差異，增橫梁可提升水平穩(wěn)定性。周沛棟[14]基于分析及試驗(yàn)，對(duì)比有無褥墊層時(shí)樁土作用，無墊層時(shí)荷載初由樁承，后樁土共擔(dān)；設(shè)墊層則荷載分擔(dān)機(jī)制變，樁分擔(dān)隨荷載增而增。

2.4.2 柔性樁復(fù)合地基

柔性樁復(fù)合地基加固靠置換，柔韌可彎，抗水平剪切力。萬悅等[15]優(yōu)化參數(shù)，提升工程應(yīng)用效率。趙明華等[16]研究碎石樁復(fù)合地基變形機(jī)理，得控制方程，析樁土應(yīng)力比及沉降，發(fā)現(xiàn)增大模量比、減置換率提應(yīng)力比，荷載水平影響鼓脹變形。陳盛原等[17]簡(jiǎn)化樁側(cè)摩阻力，據(jù)樁長(zhǎng)關(guān)系，結(jié)合界面應(yīng)力變形協(xié)調(diào)，用單位元法推沉降公式，分層總和法算下臥層沉降。復(fù)合地基中樁土相互作用復(fù)雜關(guān)鍵，影響承載穩(wěn)定。樁側(cè)負(fù)摩阻力拖拽樁體，軸力中性面處最大。

2.4.3 組合樁復(fù)合地基

組合樁承載變形性能佳，剛性樁可減緩柔性樁變形，適用于復(fù)雜地質(zhì)。李繼魁等[18]結(jié)合工程實(shí)例，驗(yàn)證CFG樁與碎石樁組合加固軟土地基方法可行。呂擎峰等[19]提出變剛度組合樁，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與數(shù)值模擬顯示，其具柔性樁變形協(xié)調(diào)與端承優(yōu)勢(shì)，沉降控制優(yōu)于水泥土擠密樁。王凱等[20]通過重載鐵路軟土路基監(jiān)測(cè)，研究不同部位沉降與地層壓縮量變化，采用“3D-FEM”對(duì)比分析長(zhǎng)短組合樁加固機(jī)理，發(fā)現(xiàn)地基沉降隨時(shí)間推移增但速率減，深度增加沉降減但衰減梯度增，長(zhǎng)短組合樁復(fù)合地基沉降小于天然地基。

3 工程實(shí)例

肇明高速公路區(qū)域由低山、丘陵及山間谷底構(gòu)成，地表水網(wǎng)發(fā)達(dá)，城鎮(zhèn)、農(nóng)田密布。沿線存在軟弱土，厚度1.0～3.0 m，主要為淤泥、淤泥質(zhì)土，部分地區(qū)厚度不均，約8～10 m，具有高孔隙比、壓縮性大等特點(diǎn)。

賓亨南互通LK0+530-LK0-720為山澗低洼地帶，路基兩側(cè)易積水，地下水豐富，地基承載力不能滿足要求，屬軟土地基，面積為4 950 m2，厚度為3 m，現(xiàn)場(chǎng)采用換填法進(jìn)行了處理：并分層填筑石渣并夯實(shí)。為減少高路堤的不均勻沉降和工后沉降變形，該段路基除采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓外，對(duì)于長(zhǎng)度大于100 m的路段，每填高

2.0 m后再用30 KJ的三邊形沖擊式壓路機(jī)（沖擊碾壓20遍為一次），下路堤壓實(shí)度由93%提高至94%，而上路堤壓實(shí)度則由94%提高至95%，CBR值大于4%。

劉屋樞紐M、N匝道路基段，軟土地基面積大，采用素混凝土樁復(fù)合地基處理，并建立有限元模型分析，發(fā)現(xiàn)樁端嵌入持力層深度越大，復(fù)合地基沉降量越小。

4 結(jié)語

軟土地基具有強(qiáng)度低、可壓縮性高、含水率高、靈敏度高和不均勻性等特性，若處理不當(dāng)會(huì)直接影響整個(gè)工程項(xiàng)目的施工建設(shè)質(zhì)量，不僅會(huì)大幅降低路基的整體穩(wěn)定性，還會(huì)引起路面沉降。選擇合適的軟土地基處治方法對(duì)于確保高速公路的長(zhǎng)期使用性能和安全性至關(guān)重要。該文分析了軟土地基的工程特性，闡述了排水固結(jié)法、淺層換填法、強(qiáng)夯法及復(fù)合地基法等處治方法，根據(jù)國(guó)內(nèi)其他學(xué)者的研究成果分析了不同方法的適用性。

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