高速公路拓宽工程软土地基处理方案的设计和施工技术

前言： 软土地基的处理技术中高速公路拓宽工程中十分重要的一个环节，因为高速公路的软土地基会导致高孔隙水压力，具有很强的可压缩性，承载能力差，在道路的长时间运行中，容易产生工后沉降，导致路面出现不均匀变形，这种状况直接关乎道路结构的使用性能，并且有可能给行车安全带来隐患。所以，针对软土地基的这些特殊属性，如何结合当地土质的实际情况，挑选处理方式解决土壤的软化问题，便成为高速公路拓宽工程能不能顺利推进的关键焦点。

1.项目介绍

某条公路上拓宽工程长度约为 32.56km 。途中的地形地貌复杂，每一年的雨量大约为 900 毫米，空气的湿度也很大，达到 80% 以上。经过勘测人员在这儿的勘探，地表土质是软弱的泥土，厚度大概 4⋅12m 。原先计划的道路宽度只有双车道，路基宽 25.5m ，因为要承受交通流量加大带来的压力，要在现有道路上各加 8.25m 宽。

该项目的路基拓宽施工部分，采用分层填筑的施工方法，将整个填筑工艺分成四个阶段，每个阶段的施工周期维持在30 天，路基底部设有砂垫层结构，可大幅加强地基的承载水平，优化结构的稳定性[1]。

2. 高速公路拓宽工程中软土地基处理方案设计

2.1CFG 桩方案设计

水泥粉煤灰碎石桩，简称CFG 桩，是软土地基加固时常用到的复合地基处理技术，它的承载能力稳定，而且可以有效控制沉降变形，施工工艺也比较成熟，本项目的 CFG 桩的设计采用正方形网格布局，单桩直径是 40cm，桩间距为 2m ，要改善桩顶的承载性能，桩帽选用钢筋混凝土建设。为保证桩基和下部持力层形成稳定的连接结构，施工人员需将CFG 桩的桩端一定深入到地层中，且深度不能少于 1m 。

2.2 粉喷桩设计

粉喷桩，简称DJM 桩，是利用高压空气，把固化剂和原地基土强制搅拌混合，以达到地基加固目的的一种地基处理方法。本方案采用正方形桩，桩径 50cm ，桩间距 1.5m ，共 12 根桩，桩端进入持力层 0.5m 以上。粉喷桩加固机理是利用水泥和软土进行物理化学反应，生成一定强度的水泥-土固结体，起到加固作用[2]。

2.3 碎石桩设计

碎石桩是利用振动或者冲击把碎石材料打入软土地基中所创建起来的一种竖向增强体。本工程当中，选用等边三角形排布的桩体，桩径为 50cm，桩距定为 2m ，总共布置9 根桩，桩端的嵌入深度至少达到 0.5m ，促使桩体达到端承效果。碎石桩的加固机理包含三个层面：第一，碎石材料的置换作用可以提升地基整体的刚性，第二，施工期间产生的挤密现象有益于改良周边土质的密实程度，第三，桩体自身形成的竖向排水通道，加快软土地基的排水进程，并最终完成固结。

3. 高速公路拓宽工程中软土地基处理的有限元模型分析

本研究要借助 PLAXIS 有限元分析软件对高速公路拓宽路基工程展开深入的数值模拟研究，PLAXIS 是目前业界普遍认可的一种岩土工程有限元分析工具，它具有很强的模拟复杂土体力学行为的能力，尤其擅长对软土地基处理进行仿真分析。

在创建模拟模型时，必须把项目的地质状况，设计参数，新旧路基以及地基土体之间的相互影响特性等都需要考虑到，根据现场勘探得到的数据和设计文档来确定模型的几何形状及其边界条件，这样才能体现真实情况。为使计算结果更加准确可靠，研究中采用15 节点三角形高阶单元进行网格划分，最终形成由 369 个单元和 387 个节点组成的完整有限元计算模型[3]。

在边界条件的设置上，考虑到工程在实际应用过程中可能存在的约束情况，研究者可模型底部施加固定约束，侧面施加水平向约束，使模型的模拟过程能真实的反应工程的约束条件。荷载条件严格按照拓宽路基设计标准执行，荷载的施加准确无误，保证模拟的工况与实际工程环境保持一致。采用数值模拟的方法来突破传统经验方法的限制，通过参数变化的分析，得到软土地基在不同处理方案下的力学响应规律。

4. 高速公路拓宽工程中软土地基处理技术

4.1 水平位移

现代高速公路拓宽工程建设上，软土地基的表现不同，但都会在不同程度给整个施工推进带来阻碍。要解决这个难题，就需要结合工程实际情况，从多种地基处理技术中挑选出适宜本项目建设的加固方式加以应用。

本项目监测数据初步结果显示，经过地基处理后，路基顶面水平位移量显著减小，新路基表面水平位移用CFG 桩处理的最多减少 2.7mm ，用粉喷桩处理的减少量更多，为 3.5mm ，用碎石桩处理的减少量最少，为 1.4m m。

在新旧路基衔接处，不同地基处理方法的控制效果也有所不同。从监测数据可以看出，在该区域中，CFG 桩的处理法可以将水平位移控制在减少1.8 毫m，粉喷桩的控制效果为减少2.4 毫m，碎石桩的控制效果最弱，为减少 1.3 毫 m。三种地基加固技术均可以在一定程度上控制路基的水平变形，但是从效果来看，粉喷桩的控制效果最为明显，其次为CFG 桩，碎石桩的控制效果虽然较弱，但是也具有一定的实用性。 更深入的研究显示，粉喷桩在控制新路基表面水平位移的效果是最佳的，它相比CFG 桩减少 0.8 毫 m 的位移，与碎石桩相比减少 2.1 毫 m，碎石桩对位移控制的效果虽然比较差，但还是有在某些地质条件下的实施可能性，可以满足基本的工程设计要求。

4.2 路基沉降

高速公路改扩建工程当中，路基沉降的数值变化既会影响路面的平整程度，又直接关系到道路的使用寿命。为此研究提出三种处理方式，即CFG 桩复合地基，粉体喷射搅拌桩以及碎石桩

现场实际观测得到的数据结果显示，经过CFG 桩加固后的最大沉降值为 25.3 毫 m，比未加固地基的沉降基准值低 7.5 毫 m，粉喷桩处理时的最大沉降量为 23.6 毫 m，比未处理地基的沉降量高 9.2 毫 m，经过碎石桩处理后，最大沉降值仍然为 29.0 毫 m ，比未处理地基的沉降量低 3.9 毫 ρ_m 。在控制新建路基沉降上，粉喷桩的工作效果最好，CFG 桩复合地基次之，碎石桩处理的效果相对较差。

4.3 地基沉降

地基沉降问题会直接影响道路结构的稳定状况。若不能妥善控制这个问题，必将会引发安全隐患和使用效率低下的情况发生。结合软土地基的特性，此次研究选取三种典型地基处理技术展开比较分析，这三种技术分别是水泥粉煤灰碎石桩，也就是CFG 桩，深层水泥搅拌桩或者叫粉喷桩，还有传统的碎石桩方案。

在 CFG 桩处理的区段当中，得到的地表最大沉降量比基准值小 13.7毫 m，经过粉喷桩处理的区间表现出更佳的沉降控制效果，最大沉降量的缩减达到16.2 毫m，碎石桩处理的效果比较有限，仅做到9.1 毫 m 的沉降削减。

本项目的新旧路基衔接薄弱部位的分析结果显示，CFG 桩处理的结合处，最大沉降量减少 7.3 毫 m ，粉喷桩处理的区域达到 8.7 毫 m 的沉降改善，而碎石桩方案的改善程度只有4.2 毫 m 。

结语： 本项研究为了进一步深入认识 CFG 桩，水泥粉喷桩以及碎石桩在软土地基的处理效果上的表现，利用一个真实案例，将三者处理方式分别应用在对应的部位。最终研究成果表明，含有较为厚实的软弱土层的地基处理中采用水泥粉喷桩技术的应用效果更加的明显。

参考文献：

[1]万峰,李飞,代亚飞,等.沿海软土地区公路拓宽工程路基沉降规律及地基加固研究[J/OL].路基工程,1-7.

[2]刘永东.高速公路拓宽工程软土地基处理方案的设计和施工技术[J].工程建设与设计,2025,(05):166-168.

[3]詹永祥,秦朗,柳刚,等.成南高速公路软土地基高路堤拓宽工程差异沉降及控制标准研究[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2024,37(03):82-90.