公路工程施工中軟土地基處理技術

趙鵬

（棗莊市交通運輸事業服務中心，山東棗莊 277800）

1 公路工程的重要性

公路工程作為現代交通運輸網絡的核心組成部分，對社會發展和文化交流有重要影響，不僅能夠促進城市與城市、城市與鄉村、鄉村與鄉村之間的聯系，而且能推動商品和資源流動，促進經濟發展。此外，公路能夠為緊急救援、災難響應和其他關鍵服務提供必不可少的通道。因此，確保公路工程的質量和持久性至關重要。

2 軟土地基的基本特性

由于軟土具有較高的水分含量和較低的剪切強度，使其展現出特殊的物理和力學性質，這些特性會使其在承受交通荷載時存在不穩定或過度沉降的風險。此外，軟土還存在季節性變化、固結長時間及高壓縮性等特點。

2.1 軟土的定義和分類

軟土是一種特殊的土壤類型，其特征是水分含量高和剪切強度低，在未固結或半固結狀態下較為“柔軟”。從土壤力學的角度，軟土通常被定義為具有特定液限和塑性指數的土壤?；趤碓春托纬蛇^程，軟土可以進一步分為有機軟土、沼澤土、淤泥質軟土和粉砂質軟土等。每種軟土都有其獨特的性質，因此在公路工程施工中，正確識別和分類軟土至關重要[1]。

2.2 軟土地基的物理和力學性質

從物理性質的角度看，軟土具有較高的孔隙率和較低的密度，導致其在受到荷載時容易產生較大的變形和沉降。從力學性質上看，軟土的剪切強度低、壓縮模量小且通常伴隨高壓縮性。其特殊的應力—應變行為往往導致非線性土壤響應。此外，軟土的滲透性通常很低，這意味著水分排放速度較慢，從而導致固結過程較長。

2.3 軟土地基風險

因獨特的物理和力學性質，軟土地基會給公路工程施工帶來一系列風險。

第一，高壓縮性可能導致長時間和大幅度的沉降，可能會導致公路、橋梁等基礎設施產生結構損傷。

第二，軟土地基的低強度和高變形性可能導致土壤失穩，進一步引發滑坡和側向位移[2]。

第三，軟土在季節性濕度變化下可能發生體積膨脹或收縮，會進一步增加結構的不穩定性。

為有效處理這些風險隱患，在公路工程施工中必須對軟土地基進行適當的處理和加固。

3 常用的軟土地基處理技術

3.1 填筑技術

填筑法是一種傳統的軟土地基處理技術，通常以其他適當材料替換部分軟土，以增強地基承載力。此外，重載壓實是一種特殊的填筑方法，通常需要在軟土地基上進行預壓處理，通過施加預壓載荷，使土壤固結，以提高地基的承載力和穩定性。

3.2 垂直排水處理技術

基于軟土的低滲透性，可以采用垂直排水方法進行處理，如預壓加排水帶。將排水帶垂直布置于軟土中，作為排水渠道，促進多余的水分從土中迅速排出，從而加速土壤固結[3]。該技術的主要優勢是能顯著縮短固結時間，提高土壤強度。

3.3 地下固結技術

地下固結是一種增強地基穩定性的技術，包括深度振動和噴射灌漿等技術。深度振動是通過振動棒的振動作用，將土壤變得更加密實，從而改善土壤的力學性質。噴射灌漿則是通過向土壤中注入固化劑，改善土壤的性質，提高其強度并降低其滲透性。

3.4 深層攪拌技術

深層攪拌是通過攪拌機混合土壤和固化劑，以改善土壤性質的工程性質的技術。該技術能夠提高土壤的強度和減少其壓縮性。此外，可以結合土工合成材料，如土工紡織物和土工格柵，將之作為加固層或隔離層，增強地基強度，進一步提高穩定性。

在公路工程軟土地基處理中，可以根據具體的地質條件和工程需求，單獨使用或組合使用上述方法，提高公路工程的穩定性和持久性。

4 創新的軟土地基處理技術

4.1 生物固結技術

生物固結技術是一種綠色可持續的軟土地基處理方法。該技術利用特定的微生物（如細菌）在適當的營養和環境條件下產生的代謝產物，如碳酸鈣，與土壤中的顆粒結合，從而提高土壤的結構和強度。

相比于傳統的化學固結技術，生物固結技術具有成本低、環境影響低和持久性好等優勢。

首先，生物固結技術的成本較低。微生物的生長和代謝過程不需要昂貴的化學試劑，其自然生成的代謝產物可以與土壤中的顆粒結合，形成穩定的固結體。因此，相較于依賴于化學固結技術，生物固結技術的成本更低。

其次，生物固結技術對環境的影響較小。微生物在固結過程中通過代謝作用產生的碳酸鈣是一種天然、無害的物質，與土壤和周圍環境相容性較好。相比之下，化學固結技術可能會產生有害的廢棄物，對環境造成污染。

最后，生物固結技術的效果相對持久。由于生物固結劑是微生物自然生成的，與土壤中的顆粒結合緊密，所以其固結效果比較穩定和持久。而傳統的化學固結技術可能受時間和環境的影響，固結效果會逐漸減弱。

4.2 納米技術在軟土地基處理中的應用

納米材料，如納米黏土、納米硅顆粒和多壁納米碳管，具有獨特的物理和化學性質，在改善土壤性質方面有巨大潛力[4]。

例如，納米材料能夠提高土壤的黏結力、降低滲透性和提高抗剪強度，可為地基處理提供更高效、持久的解決方案。

4.3 環境友好型軟土地基處理材料

隨著全球對環境保護問題關注度的日益提高，環境友好型地基處理材料的研發和應用越來越受到關注，這類材料的研發和應用有助于降低施工過程對環境的負面影響，實現公路工程的可持續發展。這類材料主要來源于可再生資源，如再生聚合物、生物基材料等，既可以降低對環境的負面影響，又具備與傳統材料相當的性能，能夠有效提高地基的性能和穩定性。

以再生聚合物為例，其是一種環境友好型地基處理材料，通常由廢舊塑料、橡膠等再生材料制成，具有良好的強度和耐久性。再生聚合物可以用于地基填充、加固和修補，能夠有效降低軟土地基處理對自然資源的依賴，并減少廢棄物的產生。

4.4 智能監控和實時反饋系統

在當前數字化和自動化趨勢下，智能監控和實時反饋系統為軟土地基處理帶來了新突破。通過部署地下傳感器和物聯網技術，工程師可以實時監測土壤的各種參數，如水分、密度和溫度，并通過先進的算法分析這些數據，進而得出關于地基狀態和風險隱患的相關信息[5]。此外，機器學習和人工智能技術也正被應用于軟土地基處理，能夠實現更高效、準確的預測與控制。

5 軟土地基處理效果評估

5.1 地基穩定性評估

穩定性是評估軟土地基處理效果的首要標準，包括對土壤抗剪強度、固結度和承載力的測試，可通過三軸壓縮試驗和場地試驗（例如標準負荷板試驗）獲得相關數據。

此外，地基的變形情況，特別是沉降和側向位移，也是穩定性評估的重要指標。對軟土地基處理前后的相關指標進行對比分析能夠有效評估地基的穩定性。

5.2 環境影響評估

環境影響評估包括評估材料的生命周期碳排放、對地下水的潛在污染，以及對生態系統的長期影響。生態毒性試驗和生命周期評估（LCA）是兩種常用的評估方法。特別是對于綠色、環境友好型技術，應進行詳細的環境影響評估，以驗證其環境效益。

5.3 經濟效益評估

經濟效益評估包括初期投資成本，以及后期的維護和監測成本。此外，經濟效益評估還應考慮處理效果不佳導致的損失，如重建或補救措施的費用?？傮w而言，成功的軟土地基處理方案在經濟上應該是可行的，且能降低后期的公路養護成本。

5.4 實例分析

為更準確地評估某軟土地基處理技術的效果，需要進行實例分析。比如，某種處理方法在特定的地質和氣候條件下可能表現優異，但在其他條件下可能無法達到預期效果。通過對不同項目的深入剖析，可以識別出哪些技術更適用于哪些情況，從而為相關項目提供參考。實例分析還有助于了解新技術在實際應用中的效果及可能存在的問題，從而為軟土地基處理領域的進一步研究和改進提供方向。

總的來說，對軟土地基處理技術的應用效果進行全面、系統的評估是確保項目成功實施和可持續發展的關鍵，需要綜合運用地基工程、環境科學和經濟學等多學科知識，以便在軟土地基處理中選擇最佳解決方案。

6 案例研究

6.1 國內案例

我國某南方城市在擴建公路網絡時，遇到了嚴重的軟土地基挑戰。為確保公路的穩定性，工程師采用了深層攪拌與土工合成材料相結合的方法。通過深層攪拌法對軟土地基進行了初步處理，提高其強度和穩定性。使用土工布和土工格柵等土工合成材料進行加固，成功解決了軟土地基問題，且成本在預算范圍內，為同類項目提供了有益參考。

6.2 國外案例

荷蘭大部分地區位于海平面以下，長期面臨軟土地基的挑戰。在其阿姆斯特丹Schiphol 機場擴建項目中，工程師采用了垂直排水處理與重載壓實相結合的方法。通過垂直插入排水板，快速排放土壤中的水分，并通過重載壓實加速土壤固結過程，不僅提高了土壤的承載力，還縮短了施工周期。

7 未來趨勢與挑戰

7.1 新技術的研發與應用

隨著科技的持續進步，軟土地基處理技術也在不斷推陳出新，新材料、新技術不斷涌現，能夠進一步提高軟土地基處理效率和效果。例如，納米技術、生物技術和智能傳感技術可能為軟土地基處理帶來革命性變化。

然而，新技術的研發和應用也伴隨著經濟性、環境影響和長期穩定性等方面的挑戰，因此在未來的研究中需要致力克服上述挑戰。

7.2 與其他交通工程的整合

隨著城市化進程的加速，軟土地基處理不再是一個獨立的領域，而是需要與其他交通工程有效結合整合。例如，在規劃一個新的高速公路項目時，工程師需要考慮如何穿越軟土地基區域，同時確保與軌道交通項目有效銜接，這就需要從宏觀和微觀的角度進行規劃和設計。此外，需要交叉研究軟土地基處理技術與其他交通工程技術，以滿足日益復雜的工程需求。

7.3 面對氣候變化的挑戰

全球氣候變化導致的極端天氣事件，如暴雨、洪水和海平面上升，可能對已處理或未處理的軟土地基產生不良影響。例如，頻繁的降雨可能導致地下水位上升，影響土壤的物理和力學性質，增加地基的不穩定風險。為此，未來在軟土地基處理中需要考慮氣候變化因素，進一步優化技術方案，確保地基長期穩定、安全。

8 結語

綜上所述，軟土地基處理效果不僅關乎地基的穩定性，還涉及對環境和經濟的影響。因此，除了要針對性地進行軟土地基處理，還應進行全面的效果評估。在全球氣候變化和技術革新背景下，軟土地基處理領域將面臨許多新的趨勢和挑戰，因此需要持續進行研究和創新，以更有效地應對這些挑戰，提高軟土地基處理效果，為公路工程質量提供保障。