摘要：在高速公路工程建設(shè)中，砂土液化是一種較為常見的不良路基類型，會帶來嚴重的危害。如果沒有對砂土液化區(qū)域進行精準(zhǔn)預(yù)測與處理，一旦發(fā)生地震問題會帶來災(zāi)難性破壞?；诖耍治隽说鼗巴烈夯瘷C理（包括形成機理、類型），進而提出了沖擊碾壓技術(shù)、振動沉管擠密碎石樁技術(shù)、強夯施工技術(shù)等地基砂土液化常見的處理方法，并結(jié)合某工程案例探究路基砂土液化的施工方案（包括項目概況介紹、施工準(zhǔn)備、施工工藝、注意事項4個方面）。結(jié)果表明：砂土液化處理手段能夠有效提高高速公路路基的穩(wěn)定性，降低砂土液化的風(fēng)險，為保障高速公路的安全與暢通提供了重要的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：高速公路砂土路基液化沉降地震

LiquefactionTreatmentofSandySoilonHighwaySubgrade

LIXinWANGWeiming

HeilongjiangInstituteofTechnology，HarbinCity，HeilongjiangPr6e7fd6e6a007608b900d8dc83b180eb65ed469d90d3035053ecea5ef713ef3daovince，150000China

Abstract：Intheconstructionofhighwayengineering，sandliquefactionisacommontypeofpoorroadbed，whichcancauseseriousharm.Ifthereisnoprecisepredictionandprocessingoftheliquefactionareaofsand，onceanearthquakeoccurs，itwillbringcatastrophicdamage.Basedonthis，thisarticleanalyzestheliquefactionmechanismoffoundationsand（includingtheformationmechanismandtypes），F(xiàn)urthermore，commontreatmentmethodsforliquefactionoffoundationsandsoilareproposed，includingImpactRollingtechnology，VibrationSinkingTubeCompactionGravelPiletechnology，andDynamicCompactionconstructiontechnology.Combinedwithacertainengineeringcase，theconstructionplanforliquefactionofsubgradesandsoilisexplored，includingprojectoverviewintroduction，constructionpreparation，constructiontechnology，andprecautions.Theresultsindicatethatsandliquefactiontreatmentmethodscaneffectivelyimprovethestabilityofhighwaysubgrade，reducetheriskofsandliquefaction，andprovideimportanttechnicalsupportforensuringthesafetyandsmoothnessofhighways.

KeyWords：Highway;Sandysoil;Subgrade;Liquefaction;Settlement;Earthquake

隨著我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，近年來新建高速公路工程數(shù)量也逐漸增多。由于多數(shù)高速公路建設(shè)在野外，可能會靠近山體與河流，因此會遇到多種地基情況。其中，砂土液化是一種典型的不良路基形式，具有處理難度大、危害性大等特點，如果沒有采取有效的強化措施，受到地震等外界作用的影響，會導(dǎo)致道路塌方、沉降、開裂、墩柱破壞等風(fēng)險，因此必須要做好路基砂土液化處理工作。目前，針對砂土液化處理的方法主要有沖擊碾壓法、振動沉管擠密碎石樁法、強夯法，具體使用哪種工藝，應(yīng)根據(jù)工程實際特點和需求進行科學(xué)選擇，以降低路基砂土液化的負面影響。

1高速公路路基砂土液化的機理

砂土液化作為地震作用所引發(fā)的一類自然災(zāi)害形式，可誘發(fā)噴水冒砂、滑移、坍塌、地面?zhèn)纫啤⒊两?、塌陷等各類風(fēng)險事故，對地基造成嚴重的破壞。作為土動力學(xué)研究的重要內(nèi)容，將砂土液化定義為飽和砂土在振動荷載作用力下導(dǎo)致抗剪強度喪失，從而失去結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的現(xiàn)象[1]。

飽和砂土液化可以分為多種類型，包括循環(huán)活動性、流滑、砂沸。循環(huán)活動性是指砂土在循環(huán)剪切當(dāng)中，砂土?xí)诩裘?、剪縮狀態(tài)下反復(fù)切換，導(dǎo)致空隙水壓力作用力在提升、降低狀態(tài)反復(fù)切換，產(chǎn)生間歇性液化、限制性流動現(xiàn)象。流滑是指在循環(huán)剪切力或單向剪切力的作用下，砂土結(jié)構(gòu)體積只需產(chǎn)生剪縮現(xiàn)象，持續(xù)增加孔隙內(nèi)部水壓，快速降低土層結(jié)構(gòu)抗剪強度，增加了砂土整體的流動性。

2高速公路路基砂土液化處理的主流技術(shù)

2.1沖擊碾壓

沖擊碾壓法作為一種常見的路基砂土液化處理工藝，通過采用雙滾輪（非圓形）滾動產(chǎn)生沖擊力以及揉搓作用，改變振動壓實的頻率和振幅，將之前的高頻率轉(zhuǎn)為低頻率、低振幅轉(zhuǎn)為高振幅，從而強化對路基土方的壓實作用。相比傳統(tǒng)的振動壓路機，新型的三邊沖擊壓路機沖擊功能要強10倍，配合大馬力牽引拖拉機可實現(xiàn)速度12～15km/h的壓實速率，沖擊頻率可到2次/s，通過周期性對液化砂土進行沖擊，所產(chǎn)生的沖擊波逐漸傳遞到地層下方，模擬地震波傳播特性，隨著碾壓次數(shù)增加，其壓實深度也隨之增加，保證深層填料的密實度，起到路基土壤強化的作用[2]。如25KJ-T3三邊沖擊壓路機的沖擊土層深度為2.5m，最低深度為1.5m，由于沖擊性較強，對砂土含水量要求較低，即便土層含水率不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，依然可以保證較好的壓實度。該技術(shù)施工效率高，特別是對于工期較緊的工程，使用沖擊碾壓法對路床進行補壓可有效提升該區(qū)域的基礎(chǔ)荷載性能，抗早期破壞能力得到明顯提升。在具體施工中，需要著重考慮沖擊碾壓次數(shù)，實際沖擊影響深度，有效壓實厚度，通常要求壓實度達到90%以上，個別重點區(qū)域要求壓實度達到95%以上。

2.2振動沉管擠密碎石樁

該方法是采用振動式打樁機設(shè)備，通過振動沉管以及反插施工，最終形成非常密實的碎石樁柱體，樁體和周圍土體起到相互擠密作用，工程組成以碎石樁為承載主體的復(fù)合地基結(jié)構(gòu)。碎石樁的強度要遠高于周圍土體強度，再加上周圍土體對其擠密作用，讓整個復(fù)合地基結(jié)構(gòu)具備更小的壓縮性、更高的強度，從而達到砂土液化地基強化作用。在砂土液化地基中，采用擠密碎石樁工藝可有效提升路基整體承載性能、降低變形量、強化抗液化性能。該項工藝的強化機理為：

2.2.1擠密作用

成樁期間，由于土層中多出了樁體空間，因此樁體會對周圍土壤產(chǎn)生橫向擠壓，樁管內(nèi)的碎石加壓樁管周圍砂層，減小樁管周圍砂土層的孔隙率，提高砂土層結(jié)構(gòu)的密實度。

2.2.2排水降壓作用

在碎石樁成樁期間，主要采用返濾性較好的粗顆粒材料，如粗砂、礫石、卵石等，因此碎石樁的透水性非常好，可以讓整個樁體成為豎向降水排水通道，從而避免超孔隙水壓力提升問題，避免樁體周圍砂土液化，加速地基土壤排水固結(jié)效率。

2.2.3砂基預(yù)震效應(yīng)

在成孔作業(yè)、成樁作業(yè)當(dāng)中，會產(chǎn)生強烈振動反應(yīng)，讓填入料、地基土壤擠密期間得到持續(xù)預(yù)震作用，有助于提升砂土層的整體抗液化能力。其中，復(fù)合土層可起到墊層的作用，快速擴散荷載力度，讓荷載保持均勻分布，提升路基整體的荷載性能，避免產(chǎn)生不均勻沉降問題[3]。

2.2.4地基土置換作用

由于在路基施工區(qū)域設(shè)置多個碎石樁，這些碎石樁取代了同體積的液化砂土，也就是對路基局部土壤進行了置換，形成復(fù)合地基形式，讓地基的整體性能得到進一步提升。

2.3強夯法

強夯法也被稱為動力固結(jié)法，是軟基強化中較為傳統(tǒng)的工藝。強夯法是指利用巨錘從一定高度下自由落體，憑借自身的大重量沖擊土層產(chǎn)生沖擊波，土壤受到較大沖擊應(yīng)力時會瞬時產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，壓縮了沖擊區(qū)域土層孔隙，讓土體局部液化，夯實點周圍因承受不住巨大沖擊而產(chǎn)生裂隙，作為土層結(jié)構(gòu)的排水通道，將土層內(nèi)的水、氣體從裂隙中排出。

（1）在單位夯實沖擊力達到2000kN·m時，在無特殊影響條件的情況下，砂土有效夯實加固深度約在6～7m之間，而黏性土、粉土的有效夯實加固深度在5～6m之間。

（2）單點夯實次數(shù)應(yīng)根據(jù)前期夯實試驗得出的夯實次數(shù)、夯沉量曲線關(guān)系確定最終次數(shù)。如果單點夯實沖擊力不足2000kN·m時，最后2次夯實的夯沉量應(yīng)控制在50mm以內(nèi)。夯實區(qū)域周邊不應(yīng)存在較大隆起或夯實坑過深等情況。

（3）在2次夯實中間應(yīng)停留一段時間間隔，具體要根據(jù)超靜孔隙水壓力消散時間而確定。如果沒有精準(zhǔn)的實測資料作為支撐，可根據(jù)土層滲透系數(shù)確定。如果是黏土地基，由于滲透性差，夯實間隔應(yīng)在3min以上。對于滲透性較好的地基可采用連續(xù)夯擊法[4]。

3高速公路路基砂土液化施工方案

3.1工程概況

某高速公路為雙向四車道，路基寬度為28.5m，結(jié)合前期工程勘察材料得知，區(qū)域內(nèi)存在13.2km嚴重砂土液化段以及11.9km中度砂土液化段，為了保證高速公路工程整體施工質(zhì)量，避免后期出現(xiàn)沉降、開裂等問題，經(jīng)設(shè)計單位反復(fù)論證以及征求監(jiān)理工程師和業(yè)主建議，最終決定采用擠密碎石樁施工方案進行處理。并對設(shè)置試驗路段開展試驗，確定最終的施工參數(shù)。

3.2施工準(zhǔn)備

對施工現(xiàn)場的雜草、石塊、樹干枝條等清理，施工區(qū)域整理成中四周稍低、中間稍高的地形條件，起到地表水排放作用，在樁體標(biāo)定區(qū)域鋪設(shè)40cm碎石避免樁基傾斜，完成施工后將其清除干凈。按照設(shè)計圖紙布設(shè)孔位，由于碎石樁規(guī)格較大，對每根樁體的主孔位進行測量難度很大，施工中在場地外橫縱方向設(shè)置基線，從而測出樁體的間距和排距，繪制碎石樁平面圖，標(biāo)注樁體間距，并測量放線標(biāo)定、標(biāo)號即可。完成標(biāo)定工作后，準(zhǔn)備設(shè)備進場，如振動沉管樁機等。本工程碎石樁材料規(guī)格在1～5cm之間，具有良好的級配，碎石材料含泥量經(jīng)檢測在3%以內(nèi)。

53a40c169aa6b8c0637fe2388cb669f13.3施工工藝

在施工中，應(yīng)先將樁機準(zhǔn)備就位，對管樁垂直度進行一次校正，標(biāo)注樁體長度。開啟振動沉管樁機，讓管樁一邊振動一邊下沉，直到下沉到設(shè)計標(biāo)高為止。之后，將樁管稍稍提升，打開樁尖，關(guān)閉振動沉管樁機，按照總方數(shù)的50%標(biāo)準(zhǔn)灌料。進行拔管作業(yè)，一邊振動一邊拔管，每次拔管長度達到1m時，停止繼續(xù)拔管，持續(xù)保持振動1min，在樁管內(nèi)碎石投完后進行反復(fù)多次的反插作業(yè)。進行第二次投料，投料量為剩下的50%。啟動拔管，一邊振動一邊拔管，同樣是每上拔1m停止繼續(xù)拔管，并持續(xù)保持振動1min，直至樁管全部拔出為止，將管樁提升高于地面，關(guān)閉振動沉管樁機，并按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)向孔內(nèi)補充填料。啟動反插設(shè)備，對孔口持續(xù)加壓，直到前機架被抬起為止，即完成一根碎石樁施工作業(yè)[5]。采用跳樁法按照上述流程反復(fù)作業(yè)即可。

3.4注意事項

（1）在拔管施工階段，不宜過快拔管，且拔管期間不再持振、反插。結(jié)合以往工作經(jīng)驗，通常將拔管速率控制在1.3m/s左右為宜。

（2）在整個振動施工中，會對樁體周圍土壤造成擾動或擠密作用，對于機密性好的土層，振動可讓上層土層下沉，提高下層土層的密度，地面下沉。擠密性較差的土層會在橫向應(yīng)力作用下屈服向地面隆起，并且樁距越小其隆起高度越高，嚴重會導(dǎo)致成樁斷裂、縮頸等問題。

（3）樁體施工順序確定?？梢苑譃檫B續(xù)打樁、跳樁兩種方式，其中，連續(xù)打樁是指從首根樁體連續(xù)打至最后一根樁體；跳樁是指橫向跳躍式打樁，如打第一排樁、第三排樁、第五排樁等。由于連續(xù)打樁方法會導(dǎo)致相鄰樁體土層被擠壓，而跳樁法可減少這一現(xiàn)象，因此本文工程采用的是跳樁法。如果打樁區(qū)域土質(zhì)較硬，在已經(jīng)成樁區(qū)域中間部位補打新樁時，可能存在沉管深度難以達標(biāo)問題。因此，要根據(jù)施工場地土質(zhì)情況確定樁體間隔。滿堂布樁法不宜采用四周向中心的順利流程，這會限制土層向外部擠壓產(chǎn)生較大中心隆起，因此應(yīng)采用一側(cè)向另一側(cè)打樁的順序施工[6]。

（4）碎石樁深度應(yīng)穿越砂土液化層并插入持力層50cm以上深度。

（5）如果施工期間出現(xiàn)土層異常情況，如沉樁速度過快等，立即停止施工并上報監(jiān)理工程師，找出異常情況產(chǎn)生的原因，并及時進行處理。

4結(jié)語

綜上所述，為了保障高速公路工程建設(shè)質(zhì)量，必須確保路基綜合性能達標(biāo)。針對砂土液化地基情況，必須要結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況，合理選擇加固處理工藝。在施工中，嚴格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，同時加強現(xiàn)場質(zhì)量管理和技術(shù)指導(dǎo)工作，嚴控每一道施工工序，做到及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，保證路基工程順利完工。

參考文獻

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[6] 任偉.建元高速公路二標(biāo)段土石混合高填路基的壓實過程控制及沉降變形研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2020.