公路工程中软土路基换填施工技术研究

金延飞 石林煜

甘肃省交通科学研究院集团有限公司 甘肃 兰州 730100

随着社会的发展和经济的快速增长，公路交通在人们的生活中扮演着至关重要的角色。而在公路工程中，软土路基作为常见的地基类型，其施工质量和稳定性对公路的安全运营具有重要影响。然而，软土路基施工中存在着诸多问题和挑战，如承载能力低、易于变形和不稳定等[1]，给工程带来了许多隐患。因此，研究软土路基换填施工技术具有重要的时代背景和深远的研究意义。通过深入研究软土路基的危害和特征，探索有效的施工技术，可以提高软土路基的承载能力和稳定性，这将为公路工程的可持续发展和安全运营提供重要的支持，也具有重要的理论和实践意义。

1 软土路基的危害和特征

1.1 软土路基的危害

软土路基在公路工程中具有许多危害特征。首先，软土路基的承载能力较低，由于其土层结构疏松、孔隙度高以及土粒间接触面积小，导致其无法承受较大的荷载。这使得软土路基容易发生变形和沉降，给公路的使用带来了极大的不稳定性和安全隐患。其次，软土路基的水分含量较高，这会造成土体的液化和流动性增加，进一步降低了其承载能力[2]。再次，软土路基还具有较大的压缩性，即在外界荷载的作用下，土体容易发生较大的沉降和形变。这种压缩性的特征使得软土路基对荷载的响应较为敏感，需要特殊的处理和加固措施。最后，由于软土的抗剪强度较低，易于发生滑坡和坍塌现象，给施工和使用过程带来了严重的安全隐患。由此可见，软土路基的危害主要表现为承载能力低、易于产生变形和沉降、易于发生滑坡等特征，这些问题对公路工程的安全和可靠运行造成了严重威胁。因此，在软土路基的施工中，需要采取合理的换填施工技术来克服这些问题，提高路基的稳定性和承载能力。

1.2 软土路基的特征

例如，甘肃湿陷性黄土是位于甘肃地区的特殊黄土地质，其形成与地质历史和气候条件有关。在地质演化过程中，甘肃地区曾经历了多次地壳抬升和沉降，形成了黄土层的堆积。而湿润的气候条件会导致黄土中的黏土颗粒吸湿膨胀，进而引起土壤的沉陷和收缩。湿陷性黄土是软土的一种特殊情况，其颗粒结构疏松，土体内部存在较多的空隙和孔隙。这使得软土路基的承载能力相对较低，容易产生变形和沉降，给公路的使用带来不利影响[3]。其次，软土路基的水分含量较高，常处于饱和状态或过饱和状态。高含水量会导致土体的粘聚力降低，剪切强度减小，使得软土更易于流动和变形。此外，软土路基的压缩性较大，即在施加荷载或应力时，容易发生较大的体积变化。这种压缩性使得软土路基在施工和使用过程中存在较大的沉降和变形风险。综上所述，软土路基的特征决定了它的较弱承载能力和易变形性，为确保公路的安全和稳定运行，需要采取有效的措施对软土路基进行处理和加固。

2 软土路基施工的现存问题

2.1 缺少对施工选址的科学考量

在软土路基的施工过程中，缺少对施工选址的科学考量是一个现存的问题。软土地区的地质条件复杂，土壤承载能力低，容易产生沉降和变形，因此在选址过程中需要进行综合的地质勘察和工程地质评价。然而，目前在软土路基施工前的选址工作中，往往缺乏科学的考虑，过于依赖经验或简单的观察，导致选址不准确、不合理。这种情况下，施工过程中可能会遇到更加复杂的地质问题，如土层变化大、地下水位高等，增加了施工的难度和风险。

2.2 施工活动中面临滑坡问题

软土的不稳定性使得路基在施工过程中容易发生滑坡现象，给施工活动带来严重的困扰和安全隐患[4]。滑坡是指土体在受到外力作用或自身重力影响下，在一定条件下发生的大规模土体失稳和滑动现象。软土具有较高的含水量和较低的抗剪强度，其内部结构较松散，土粒间的摩擦力较小，容易发生滑动。在软土路基施工中，如果不采取有效的措施来防止和处理滑坡问题，可能导致严重的工程事故和质量问题。滑坡不仅会造成施工进度延误和成本增加，还可能引发土体坍塌、路基沉降以及周边环境的破坏，给道路使用和人员安全带来严重影响。

2.3 施工前培训尚且不够到位

培训机构和教育资源有限，难以满足软土路基施工的需求。由于软土路基的特殊性，需要具备专业的知识和技能才能进行有效的施工，但目前缺乏系统完善的培训机构和教育资源，导致施工人员在施工前对软土路基的了解和掌握有限。其次，培训内容和方法相对单一[5]，难以满足不同施工环境的需求。软土路基的施工具有一定的地域差异和变化，不同地区的软土路基施工面临的问题和挑战也不尽相同。然而，目前的培训内容和方法相对单一，难以针对性地满足不同地区的需求，影响了施工人员的专业素养和能力提升。此外，培训与实践结合不够紧密，缺乏实际操作和经验的积累。软土路基施工需要在实际工程中不断摸索和实践，但目前培训与实践之间的衔接不够紧密，缺乏实际操作的机会，限制了施工人员对软土路基施工技术的掌握和运用。

3 公路工程中软土路基换填施工技术

3.1 排水固结处理法

软土路基通常具有高含水量和较低的承载能力，容易发生沉降和变形等问题。为了解决这些问题，排水固结处理法被广泛采用。在施工中，首先需要进行排水处理。通过设置排水系统，包括排水沟、排水管道等，将软土中的过剩水分排出，降低土壤的含水量。排水处理能有效减少软土的孔隙水压，提高土体的排水能力，从而减少沉降和变形的风险[6]。接下来是固结处理。固结处理旨在提高软土的工程性质，增加土体的密实度和强度。常用的固结方法包括振动加固、预压加固和化学固化等。振动加固通过利用振动机械对软土施加振动力，促使土颗粒重新排列并增加土体的密实度。预压加固则是利用预压装置施加一定的压力，使软土在施工前达到一定的固结状态，减少施工后的沉降和变形。化学固化是通过添加化学药剂，使软土颗粒间发生化学反应，形成固结体，提高土体的强度和稳定性。排水固结处理法在软土路基施工中具有重要的作用。通过合理的排水和固结处理，可以改善软土的工程性质，提高其承载能力和稳定性，减少沉降和变形的风险。然而，施工过程中需要根据实际情况选择合适的排水和固结方法，并严格控制施工质量，以确保施工效果的可靠性。未来的研究还需要进一步深入探讨排水固结处理法的优化和改进，以应对不同软土路基施工环境和要求，为公路工程的可持续发展提供支持。

3.2 强夯法

强夯法是较为常用的软土路基换填施工技术，通过利用重型夯击设备对软土进行强力夯实，以增加土体的密实度，提高路基的稳定性和承载能力。该方法主要通过夯击设备的重力作用和夯击频率，使夯实能量传递到软土中，促使土体颗粒重新排列并形成较为密实的结构[7]。在强夯法施工中，首先需要选择合适的夯击设备，包括夯锤和夯板等工具。夯击设备的重量和夯击频率需要根据软土的特性和工程要求进行合理配置。然后，夯锤通过自由下落或机械方式对软土进行夯实，夯板的作用是将夯击力均匀传递到土体中。夯击过程中，夯锤会重复地在同一点进行夯击，通过挤压、抖动和摩擦力等作用，使软土颗粒间形成更紧密的结构，提高土体的密实度和抗压强度。强夯法的优点在于施工速度快、成本较低，并且能够显著改善软土路基的工程性质。通过强力夯实，软土的空隙率减小，土体的排水性能和稳定性得到提高，从而增加了路基的承载能力和抗沉降能力。此外，强夯法还能改善软土的水分条件，减少土体的液塑性，降低土体的变形性。

3.3 清淤施工法

在软土路基施工过程中，软土中常常含有大量的淤泥和杂质，这些物质会增加软土的含水量，使其工程性质变差，稳定性降低。因此，通过清除软土中的淤泥和杂质，可以减少软土的含水量，从而提高软土的工程性质和稳定性。清淤施工法的实施主要包括以下几个步骤：首先，对软土路基进行勘测和分析，确定淤泥和杂质的分布情况和含量；然后，采用合适的清淤工艺和设备，对软土路基进行清除淤泥的作业；清淤作业可以采用机械清淤、人工清淤或者二者结合的方式进行，根据实际情况选择最合适的方法；清淤完成后，还可以进行土壤改良和固结处理，以进一步提高软土的工程性质[8]。清淤施工法的优点在于可以减少软土的含水量，降低软土的液态指数，从而提高软土的稳定性和承载能力。清淤后的软土路基具有较好的工程性质，能够满足公路工程的要求，提高路基的使用寿命和安全性。此外，清淤施工法操作简便、施工周期短，能够有效地改善软土路基的性质，减少施工风险。首先，清淤过程中需要注意对周边环境和水体的保护，避免对生态环境造成不良影响。其次，清淤后的软土需要及时进行土壤改良和固结处理，以提高其工程性质和稳定性。最后，清淤施工法在一些特殊地质条件下可能存在一定的难度和风险，需要根据实际情况进行综合考虑和方案设计。

3.4 加固土桩法

加固土桩法是一种常用的软土路基换填施工技术，通过在软土路基中安装土桩来增加路基的承载能力和稳定性。该方法利用土桩的抗剪强度和抗压强度，提高软土的整体力学性能，使其能够满足公路工程的要求。在加固土桩法中，首先需要选择适当的土桩类型和布置方案。常见的土桩类型包括灌注桩、钻孔灌注桩和挤密桩等，选择合适的土桩类型需要考虑软土的性质、承载要求和施工条件等因素。然后，根据设计要求和桩基间距，确定土桩的布置方案，合理分布土桩，形成均匀的加固体系。施工过程中，土桩通常通过打孔、注浆或灌注的方式安装到软土中。在软土路基中安装土桩时，需要注意施工工艺和技术要求，确保土桩与软土的良好连接和嵌固效果。同时，根据具体情况，可以采用预制桩或现场浇筑桩等方法，灵活选择施工方式。加固土桩法的优点是施工相对简便快捷，且适用于不同类型和厚度的软土路基。通过增加土桩的数量和间距，可以有效提高路基的承载能力和稳定性，减少变形和沉降。此外，加固土桩法还具有较好的经济效益，相对于其他施工技术，成本较低且施工周期短。但是需要予以重点关注的是，加固土桩法在实际应用中也存在部分问题和挑战，如施工难度大、土桩与软土之间的相互作用等。因此，在实际工程中，应根据具体情况综合考虑各种因素，选择合适的加固土桩方案，并结合其他施工技术进行综合应用，以达到最佳的加固效果。

3.5 孔内深层加固法

孔内深层加固法是一种常用的软土路基换填施工技术，通过在软土路基中钻孔并注入加固材料，以提高土体的强度和稳定性，从而达到加固效果。该方法在软土路基施工中具有广泛的应用前景。具有提高承载能力和稳定性的优势。在实际应用中，需要充分考虑地质条件和施工要求，合理选择加固材料和施工参数，并加强对施工过程的监控和管理，以确保施工质量和效果。首先，根据设计要求和地质条件，在软土路基中选取合适的位置和间距进行钻孔。其次，通过专业的钻孔设备进行孔洞的钻探，确保孔洞的质量和稳定性。接下来，根据具体情况选择合适的加固材料，如水泥浆、土工合成材料等。将加固材料注入孔洞中，并在注入过程中适时抽取钻杆，以保证加固材料充分填充孔洞，并与周围土体紧密结合。最后，对填充后的孔洞进行固结养护，使加固材料充分固化并与周围土体形成稳定的整体。孔内深层加固法的优点在于能够有效提高软土路基的承载能力和稳定性。通过注入加固材料，可以增加软土的内摩擦角和抗剪强度，提高土体的整体强度，从而减少路基变形和沉降的风险。此外，该方法施工相对简便，对现场交通和周围环境的干扰较小，具有较好的经济性和施工效率。然而，孔内深层加固法在实际应用中仍面临一些挑战和限制。首先，加固材料的选择需要考虑与软土的相容性和稳定性，以确保加固效果的可靠性。其次，施工过程需要对孔洞的位置、间距和注入方式进行科学合理的设计，以充分发挥加固效果。此外，施工过程中需要严格控制注入材料的流量和压力，避免对周围环境和地下水造成不良影响。

4 结束语

综上所述，软土路基在公路工程中的施工具有一定的复杂性和挑战性，需要采取科学有效的换填施工技术来解决问题。本文对软土路基的危害和特征进行了分析，总结了现存的施工问题，并介绍了公路工程中常用的软土路基换填施工技术。这些技术的应用可以提高软土路基的稳定性和承载能力，为公路的安全运行提供保障。然而，对于软土路基施工技术的研究还有待进一步深入，未来需要更多的实践和探索，以不断改进和完善施工方法，为公路工程的发展做出贡献，以此为基础，有效地衔接当前时代发展进程，此举意义非凡。