高速公路軟弱地基換填墊層處理技術(shù)

石經(jīng)緯

（河北遷曹高速公路開發(fā)有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

軟土地基的穩(wěn)定性是修筑高速公路的關(guān)鍵性技術(shù)，我國許多學(xué)者對高速公路軟弱地基的處理技術(shù)展開了大量的研究，目前已經(jīng)形成了一套成熟、系統(tǒng)的施工技術(shù)，常見的高速公路軟弱地基處理技術(shù)有換填墊層法、加筋法等。而換填墊層法具有施工速度快、施工方法簡單且工程造價低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于高速公路軟弱地基的處理中去，因此本文以沿海高速公路曹妃甸支線為背景，對高速公路路基段處的工程地質(zhì)情況進(jìn)行研究，由于高速公路路基段多為軟弱地基，優(yōu)先考慮換填墊層法處理，然后對換填墊層法的作用機(jī)理及施工要點進(jìn)行研究，并對換填墊層施工后的路基段進(jìn)行質(zhì)量檢測，分析換填后路基的沉降值，為相關(guān)工程提供一定的參考。

1 工程概況

本項目高速公路位于河北省唐山市曹妃甸區(qū)，是連接沿海高速公路和曹妃甸港口的重要通道，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為雙向六車道，主線設(shè)計時速120km/h，路基寬度為33.5，汽車荷載等級為一級。

高速公路所在地區(qū)總體地勢北高南低，上部地面平坦，局部存在魚塘，復(fù)雜的地貌條件對施工不利，全程橋梁較多，施工成本高。所處地區(qū)為渤海灣中心地帶，雨量大，降雨給工程建設(shè)帶來明顯影響。

另外，路線調(diào)查區(qū)域內(nèi)地層較復(fù)雜，由上到下依次為：第四系殘坡積層黏土、亞黏土、碎石土和塊石土、四系沖洪積層淤泥質(zhì)黏土、白堊系下統(tǒng)景星組下段、侏羅系上統(tǒng)壩注路、泥盆系下統(tǒng)臘壘組。地下水類型主要為基巖裂隙水，河水流量受季節(jié)性變化影響較大，主要由大氣降水補(bǔ)給。

2 換填墊層技術(shù)在高速公路軟弱地基中的應(yīng)用

2.1 換填墊層處理高速公路軟基的作用機(jī)理

換填墊層法是通過將基礎(chǔ)底面以下部分軟弱土層挖除，然后換填力學(xué)強(qiáng)度好的材料，如砂土、碎石等然后對換填材料進(jìn)行分層填筑，層層夯實的施工方法，稱為換填墊層法。

換填墊層法的作用機(jī)理主要包括3個方面：

（1）當(dāng)?shù)鼗械募羟衅茐牧ρ刂v向發(fā)展時，由于換填材料的強(qiáng)度高，可以明顯提高高速公路地基的承載力，避免地基破壞。

（2）軟土地基淺層部分的應(yīng)力較大，若以密實墊層代替淺層軟土層，可以大幅減少地基的大部分沉降量。

（3）由于墊層的地基應(yīng)力擴(kuò)散作用，作用在下臥土層上的壓力也會變小，也相應(yīng)減少下臥土層的沉降量。

2.2 換填墊層法的設(shè)計步驟

（1）確定換填墊層的承載力：首先根據(jù)經(jīng)驗，初步確定基礎(chǔ)深度及換填厚度，然后根據(jù)公式1確定換填墊層的承載力。

（2）換填墊層自身的承載力特征值：施工時嚴(yán)禁對側(cè)向約束進(jìn)行擾動，在墊層以下鋪設(shè)200m的土工墊層，以防止軟弱土層表面局部破壞。

（3）根據(jù)經(jīng)驗，選取墊層寬度和厚度相同，并根據(jù)當(dāng)?shù)胤牌麻_挖經(jīng)驗確定頂寬。

2.3 換填墊層法的施工過程及質(zhì)量檢測

2.3.1 施工技術(shù)要點

換填墊層法的主要施工流程有：施工準(zhǔn)備、施工測量、材料檢驗、基坑驗收及填料的攤鋪碾壓等。

（1）施工圖紙是換填墊層施工的主要依據(jù)，施工前應(yīng)認(rèn)真分析施工圖紙，確定施工范圍，然后對施工現(xiàn)場的積水進(jìn)行抽干處理，并修筑排水溝，以降低積水對換填墊層施工的影響。確定挖換范圍、深度，沿著路基縱向進(jìn)行開挖，并將開挖的軟土堆放到棄土場，避免出現(xiàn)在路基周邊大范圍棄土堆積。

（2）開挖：在進(jìn)行路基開挖時，應(yīng)按照分段開挖施工，分段長度約為15～20m，現(xiàn)場安排專人對施工作業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)，施工原則為先低后高，分層開挖，并利用大型推土機(jī)進(jìn)行整平。局部位置處的平整度不好的地方還需進(jìn)行補(bǔ)壓，以保證平整度符合要求。

（3）填筑：開挖完成后進(jìn)行換填墊層，在完成第一段第一層的攤鋪后，利用振動壓路機(jī)對路面進(jìn)行碾壓，遵循先弱振后強(qiáng)振的方式碾壓，以保證壓實度符合要求。第一層作業(yè)完成后，開始進(jìn)行下一層填筑作業(yè)，按照之前施工方式，直至填筑高度與地面標(biāo)高保持一致為止。

為保證施工整體質(zhì)量，需注意以下兩點事項：

（1）墊層厚度應(yīng)適中。第一層厚度控制在15～20cm左右，然后利用液壓振動機(jī)進(jìn)行夯實，在施工時應(yīng)注意墊層底面應(yīng)等高，砂石墊層級配要均勻。

（2）每層的虛鋪厚度控制在20～30cm，并且控制好墊層材料的含水量，含水量控制在最優(yōu)含水量的8%左右。

2.3.2 路基沉降檢測

在路基施工過程中，需要對路基進(jìn)行沉降及變形監(jiān)測，在進(jìn)行路基沉降監(jiān)測點選擇時應(yīng)注意以下原則：

（1）需要保證觀測點處地形方便觀測者監(jiān)測，設(shè)在監(jiān)測數(shù)據(jù)容易反饋的部位；

（2）監(jiān)測點斷面的縱向間距保持在100～200m范圍左右，重點監(jiān)測部位應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測斷面，如橋頭路段及路基搭接部位；

（3）對于靠近河流、湖畔的路基段，由于該路段的穩(wěn)定性較差，除需要進(jìn)行沉降監(jiān)測外，還需要對路基內(nèi)部土體的水平位移進(jìn)行重點監(jiān)測；

（4）根據(jù)工程地質(zhì)報告中的路基周邊地質(zhì)情況，針對設(shè)計適當(dāng)增加測點數(shù)量。

考慮到本次監(jiān)測路段路基地質(zhì)條件較差，監(jiān)測斷面間距選擇100m，每個監(jiān)測斷面設(shè)置3個觀測點，分別在路基中心及兩側(cè)土路肩邊緣處。斷面K42+100沉降監(jiān)測點處的沉降值如圖1所示。

圖1 K42+100沉降監(jiān)測點沉降值

由圖1可知，在高速公路軟弱地基開挖過程中，在開挖前期，由于開挖破壞了高速公路地基原有的應(yīng)力平衡，應(yīng)力得到釋放，地基的沉降值變化幅度較大，另外在外界荷載的作用下，軟弱地基必然產(chǎn)生較大的沉降，然后軟弱地基進(jìn)入再次固結(jié)狀態(tài)。另外，從沉降變化曲線可以看出，地基沉降量在前60d內(nèi)變化量比較大，然后沉降量趨于平緩，這是由于路基開挖到設(shè)計線以后，開始進(jìn)行換填，換填材料的力學(xué)特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原有地基材料，因此路基沉降開始趨于緩慢，且在進(jìn)行換填時，增鋪了土工格柵，可以有效分散傳遞上部荷載，減小了路基的不均勻沉降，提高了路基的整體穩(wěn)定性。路基中心及兩側(cè)土路肩邊緣處的最終沉降量均小于25cm，符合《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TD31—02—2013）容許工后沉降量。

3 結(jié)論

本文以沿海高速公路曹妃甸支線為工程實例，首先對高速公路的工程地質(zhì)情況進(jìn)行研究，由于高速公路路基段多為軟弱地基，需要進(jìn)行換填處理，以保證路基的穩(wěn)定性。本文對換填墊層法的作用機(jī)理及施工要點進(jìn)行研究，并對換填墊層施工后的路基段進(jìn)行質(zhì)量檢測，分析換填后路基的沉降值，得到以下結(jié)論：

（1）開挖初期，由于應(yīng)力得到釋放，地基的沉降值變化幅度較大，在外界荷載作用下，高速公路路基的沉降值總體較大。

（2）換填墊層施工后，路基沉降值開始趨于穩(wěn)定，通過增設(shè)土工格柵，路基的不均勻性沉降也較小，路基中心及兩側(cè)土路肩邊緣處的最終沉降量均小于25cm，符合《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TD31—02—2013）容許工后沉降量。