海外高速公路項(xiàng)目中的軟土地基換填處理技術(shù)

路雅雄

（中國港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100000）

0 引言

近幾年，公路工程領(lǐng)域正面臨著來自海外市場(chǎng)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。對(duì)此，國內(nèi)企業(yè)必須不斷提高海外公路工程的施工水平，才能確保海外公路工程質(zhì)量。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于喀麥隆共和國西南部沿海地帶，是克里比地區(qū)重要的交通要道，該高速公路設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h，主線全長38.5km，連接線4.5km。其中PK0—PK2+600為雙向4車道，PK2+600至終點(diǎn)為雙向6車道、預(yù)留2車道；全線共設(shè)橋梁總長690m/10座；設(shè)互通式立交3處，分離式立交4處，主線收費(fèi)站1處，匝道收費(fèi)站1處。項(xiàng)目所處位置由原始森林覆蓋，存在大量的沼澤區(qū)域。

2 軟土地基的不利影響

由于軟土地基的特性，為高速公路項(xiàng)目的建設(shè)形成了極大的阻礙，要想將軟土地基對(duì)整體項(xiàng)目的不良影響降到最低，就必須嚴(yán)格治理軟土地基項(xiàng)目存在的問題。在高速公路軟土地基作業(yè)中，主要存在以下幾方面的問題。

（1）因?yàn)檐浲粱鶎油寥篮氏鄬?duì)高，當(dāng)軟土基層含水率達(dá)到70%時(shí)，地基下方就會(huì)出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，導(dǎo)致軟土層有較多淤泥，直接影響了項(xiàng)目建設(shè)的速度。

（2）因?yàn)檐浲粱鶎雍侍?，削弱了外面水的滲透能力，這嚴(yán)重影響了地基的固結(jié)進(jìn)度及地基的穩(wěn)定性[1]。同時(shí)，因?yàn)檐浕芯邆湓S多有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)堵塞了管道中的水，致使難以排泄，形成了大范圍的軟土，進(jìn)而造成地基下降的問題。

（3）由于軟基很容易被壓縮，這一特性會(huì)造成地基下沉及產(chǎn)生漏洞，從而造成地基塌陷，若不盡早處理，會(huì)給公路項(xiàng)目造成嚴(yán)重的安全問題，致使公路質(zhì)量下降。

3 軟土地基換填處理的工程特點(diǎn)

工程項(xiàng)目中治理軟土地基一般采取清淤換填施工技術(shù)，如果持力層太軟，不能對(duì)上方進(jìn)行有效支撐，應(yīng)選擇清淤換填的方法加固地基，起到強(qiáng)化地基承載力的作用。清淤換填施工技術(shù)不僅可以提高軟基的荷載力，而且保證了整體項(xiàng)目的施工質(zhì)量，同時(shí)該技術(shù)費(fèi)用低，所以，該技術(shù)在大部分項(xiàng)目建設(shè)過程中被廣泛應(yīng)用。

清淤換填技術(shù)是通過高強(qiáng)度的地基材料（如片石、卵石、素土、粗砂等），把原始軟基中的軟土及淤泥等進(jìn)行換置，因?yàn)樵熊浕鶎映休d力差，所以換填后不僅能夠提高整體地基的承載力，也保障了此段地基達(dá)到了項(xiàng)目承載力設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)[2]。在公路項(xiàng)目建設(shè)中，換填的材料相對(duì)較多，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際狀況選取合適、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的材料開展換填施工，保證施工質(zhì)量與效益。本項(xiàng)目因周邊有開采石場(chǎng)，故采用片石進(jìn)行換填。

4 清淤換填質(zhì)量對(duì)路基沉降特性的影響

4.1 前期測(cè)量

清淤換填施工前期測(cè)量工作的重點(diǎn)是復(fù)測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)施工方案對(duì)附合導(dǎo)線、縱斷面土進(jìn)行查驗(yàn)和復(fù)測(cè)，若有需求可適量增加一定的水準(zhǔn)點(diǎn)，并完成施工范圍及中樁、邊樁的測(cè)量放樣。

4.2 觸探試驗(yàn)

在開始清淤換填施工前應(yīng)進(jìn)行觸探試驗(yàn)，確定軟土路基的大概范圍和深度。根據(jù)本工程實(shí)際情況，選擇荷蘭觸探儀作為試驗(yàn)設(shè)備，以貫入20cm所需要的錘擊數(shù)量作為路基性質(zhì)判斷的依據(jù)，如果錘擊數(shù)量小于12錘，就可以確定該路基性質(zhì)為軟土路基。若遭遇斷面，應(yīng)根據(jù)斷面的實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整接觸點(diǎn)的數(shù)量，每一斷面上布設(shè)5個(gè)觸探點(diǎn)。

4.3 清淤換填施工過程

在結(jié)束清淤施工后，施工人員應(yīng)選擇典型的觸探點(diǎn)作為檢測(cè)對(duì)象，進(jìn)行復(fù)測(cè)，如果在清淤換填施工后還檢測(cè)出軟土層或地基中的含水量無法滿足施工要求，就應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行清淤作業(yè)，直至地基承載力和含水率達(dá)到要求。在確定地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)入下一道施工工序，開始?jí)簩?shí)作業(yè)。開展壓實(shí)作業(yè)時(shí)，施工人員應(yīng)密切關(guān)注地基土體的含水量，若含水量較高，可適當(dāng)調(diào)整壓實(shí)方式，采取靜壓或非振動(dòng)壓實(shí)的方式，避免出現(xiàn)彈簧土。清淤結(jié)束后，應(yīng)對(duì)路基的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，若存在不合理之處應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處治。根據(jù)施工的實(shí)際情況選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)高、牢固性極好的材料，按照填筑材料的類型確定施工工序，同時(shí)在鋪填和壓實(shí)最后一層土?xí)r應(yīng)形成雙向橫坡，保證排水效果。清淤換填施工完成后，應(yīng)檢測(cè)路基標(biāo)高，并對(duì)整個(gè)施工質(zhì)量作出評(píng)價(jià)。

4.4 清淤換填的質(zhì)量控制

4.4.1 清淤機(jī)械控制

軟土路基清淤工作主要采用機(jī)械施工，大范圍的軟土直接采用濕地推土機(jī)進(jìn)行作業(yè)，而小范圍或較為特殊的軟土則采用小型挖掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)。在實(shí)施清淤施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)備參數(shù)的控制，濕地推土機(jī)壓力宜控制為0.029MPa，挖掘機(jī)鏟土采用反鏟形式，臂長控制在3m左右，鏟土容量為0.75m3。

4.4.2 壓實(shí)機(jī)械控制

壓實(shí)作業(yè)采用小型氣夯機(jī)，這一類型的壓實(shí)設(shè)備具有機(jī)械能小和易操作的特點(diǎn)。在開展基底壓實(shí)作業(yè)時(shí)，初次碾壓作業(yè)采用靜壓或非振動(dòng)的壓實(shí)方式，而針對(duì)粗粒填料的部分則應(yīng)采取振動(dòng)壓實(shí)的方式，但振動(dòng)壓實(shí)的頻率和速度不宜過快，振動(dòng)頻率應(yīng)保持在25~35Hz，振幅控制在1.6~2mm。

4.4.3 施工參數(shù)

（1）換填范圍。在開展換填施工前，應(yīng)先確定換填的范圍，由測(cè)量人員完成換填邊線測(cè)量放樣工作，路基換填范圍應(yīng)適量超出路基邊線，超出寬度不低于50cm。

（2）主要施工工藝。加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)劃和管理，遵循開挖和換填分段交錯(cuò)施工原則，分段長度為50m，以此保證換填施工的效率和減少場(chǎng)內(nèi)施工便道的數(shù)量。該工程換填施工采用進(jìn)占法，嚴(yán)格按照施工要求開展作業(yè)，由20t的自卸汽車將土料轉(zhuǎn)運(yùn)到施工位置，并安排推土機(jī)和壓路機(jī)完成攤鋪壓實(shí)作業(yè)，土料松鋪厚度為35cm，壓路機(jī)采用20t鋼輪壓路機(jī)，先分別靜壓、弱壓1次，再強(qiáng)振動(dòng)碾壓4次，最后靜壓1次。

（3）施工方式和施工材料的選擇?？紤]到清淤換填施工方式較為簡(jiǎn)單，在實(shí)際的換填施工中應(yīng)根據(jù)回填路基填料類型加強(qiáng)質(zhì)量控制。根據(jù)填料的類型該工程的回填路基可分為含石量為70%的填石路基、土石混合路基和填土路基，不同路基基底的性質(zhì)存在一定的差異，因而在進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)時(shí)應(yīng)密切關(guān)注施工質(zhì)量，確保每一道施工工序均與技術(shù)條款規(guī)定相符合。

應(yīng)根據(jù)具體的軟土情況選擇路基填料，如果是基底含水率較高的地下水浸潤區(qū)域，應(yīng)選擇穩(wěn)定性和滲透能力較高的填料，如連續(xù)級(jí)配砂礫料、級(jí)配碎石；如果是常年位于地下水環(huán)境中的軟土路基，應(yīng)采用水穩(wěn)性能良好的粗粒土，并加強(qiáng)松鋪厚度的控制，宜保持在30cm。完成清淤換填施工后，應(yīng)對(duì)土體的變形和沉降情況進(jìn)行檢測(cè)，可適當(dāng)開放行車，分析行車荷載下的土體固結(jié)變形情況。

5 路基換填施工技術(shù)

5.1 排水

治理軟基前，應(yīng)進(jìn)行表層排水處理，本項(xiàng)目采取的排水方式是：在處理軟基層的面積內(nèi)挖掘橫縱向排水渠。只有將表面水排泄出去才方便挖掘土壤。

5.2 清理和挖掘

施工前，清理干凈表面的軟土及淤泥等，接著對(duì)底部進(jìn)行平整處理。若軟土底部的高差波動(dòng)偏大，將底部修理成階梯或緩坡的形狀。通常情況下，軟土底部的挖掘?qū)挾葢?yīng)控制在路堤寬度和邊坡寬度的范圍內(nèi)，同時(shí)至少比路基轉(zhuǎn)角寬50cm。為保證施工質(zhì)量，應(yīng)在挖掘到設(shè)計(jì)深度后開展軟土地基承載力試驗(yàn)，對(duì)地基承載力和含水率進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)確定地基承載力符合施工要求，即可進(jìn)入下一道施工工序，而如果地基承載力不滿足施工要求，則要及時(shí)與設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位溝通，調(diào)整施工方案。針對(duì)不能進(jìn)行換填的材料應(yīng)盡早處理，同時(shí)排水溝挖至合適深度。假如選擇天然排水溝的形式，由于排水難度系數(shù)偏大，可以選擇集中強(qiáng)制排水的形式，此種做法能夠防止基坑被水浸泡。若基層在溝谷位置且具備相應(yīng)的坡度時(shí)，在施工前必須將所有水排泄，全方位清理表面的軟土，后續(xù)展開基底的整理工作，變成反向傾斜的臺(tái)階。壓路機(jī)碾壓施工時(shí)，安裝的平臺(tái)寬度要大于壓路機(jī)寬度。在微型機(jī)器夯實(shí)的過程中，設(shè)置平臺(tái)應(yīng)控制在2m以上。換填作業(yè)之前，安裝圍堰并泵送保護(hù)，同時(shí)保證軟土被完全清除。

回填過程中不得混合軟土或水，否則在碾壓操作工程中會(huì)產(chǎn)生“彈簧”效應(yīng)。當(dāng)軟土被清除后，測(cè)量和驗(yàn)收基礎(chǔ)橫截面，通常情況下，每間距20m處選取某一切面進(jìn)行勘測(cè)。待軟基去除后，通常每間隔20m處選擇一個(gè)點(diǎn)，有必要測(cè)試基礎(chǔ)的承載力。

5.3 基底檢驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，承重層的承載力應(yīng)控制在150kPa以上。在本項(xiàng)目中，選擇輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)進(jìn)行承重層的承載力測(cè)試。挖掘至距離設(shè)計(jì)標(biāo)高30cm時(shí)，施工人員應(yīng)選擇荷蘭觸探儀，檢測(cè)基底承載力，若檢測(cè)發(fā)現(xiàn)基底承載力與施工要求一致，則可以機(jī)械開挖為主，輔助人工完成剩余土體的掘進(jìn)工作，如果檢測(cè)發(fā)現(xiàn)基底承載力無法滿足設(shè)計(jì)要求，則應(yīng)檢查問題原因并及時(shí)上報(bào)，優(yōu)化施工方案?；浊宄Y(jié)束后，考慮測(cè)量底座的標(biāo)高，通常每間距10m進(jìn)行一次勘測(cè)。驗(yàn)收達(dá)標(biāo)后便可進(jìn)行后續(xù)施工。

5.4 碾壓填筑

本項(xiàng)目采取逐層回填，各層的松鋪厚度不超過30cm。碾壓作業(yè)的具體步驟為：

（1）清潔和承載力檢測(cè)。在碾壓填筑施工前應(yīng)清潔找平基底，同時(shí)還要測(cè)試基底的承載能力。

（2）封底。若檢測(cè)發(fā)現(xiàn)基底的承載力滿足設(shè)計(jì)要求，即可采用填充材料進(jìn)行封底，封底厚度宜控制在30~50cm。

（3）碾壓。檢測(cè)基底壓實(shí)度，基底壓實(shí)度在設(shè)計(jì)要求85%以上時(shí)才能開始完成換填層首層的填筑碾壓作業(yè)。

5.5 砂礫料換填

（1）片石換填。①材料要求：片石的中心厚度≥15cm，最大粒徑要求＜40cm。飽水極限抗壓強(qiáng)度≥30MPa；②施工方式：選擇用自卸汽車將砌筑片石運(yùn)輸?shù)轿?，劃分換填施工的區(qū)域，按照每10m為一單位，人工擺放片石完成換填施工。在換填施工前，技術(shù)人員應(yīng)做好技術(shù)交底，采用樣品模擬片石建筑，分層砌筑，先完成第一層片石層的砌筑，第一層達(dá)標(biāo)后再接著完成第二層片石的砌筑，注意每一層片石的厚度不得超出40cm，同時(shí)分層間的縫隙應(yīng)填充小粒徑石渣，但填充石渣的比重應(yīng)保持在片石砌筑體質(zhì)量的10%以內(nèi)。

（2）在軟基處理段片石層上部分層填筑1.7m的砂礫料，要求每層填筑厚度≤40cm。砂礫石填筑采用石灰方，初步控制攤鋪厚度。初平采用推土機(jī)，精平采用平地機(jī)。采用20t振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。

（3）回收運(yùn)輸。本項(xiàng)目填方材料通過自卸汽車進(jìn)行運(yùn)輸，運(yùn)輸過程中保持施工便道暢通。材料的運(yùn)輸應(yīng)滿足連續(xù)施工的要求。在路基填筑施工之前，首先將各層填充材料整理平整，從路基中心線向兩側(cè)設(shè)置2%的橫坡，接著進(jìn)行碾壓施工。填筑之前，在路基上劃出方格。本項(xiàng)目路基作業(yè)采取水平逐層進(jìn)行施工、一次性整幅回填的方法，通常各層的填筑厚度控制在30cm。

（4）攤鋪、整平、碾壓。投料時(shí)，嚴(yán)格根據(jù)繪制的格柵進(jìn)行填筑，采用推土機(jī)推平填料為主，人工換填為輔的施工方式，推土機(jī)對(duì)填料進(jìn)行初平，接著再用平地機(jī)實(shí)施找平，確?；娴钠秸萚3]。填料整平處理時(shí)，應(yīng)保證符合2%橫坡的要求。結(jié)束整平施工后，應(yīng)先恢復(fù)測(cè)試點(diǎn)，并測(cè)量每一測(cè)試點(diǎn)的高程，如實(shí)記錄，計(jì)算其對(duì)應(yīng)的松鋪厚度。最后通過振動(dòng)壓力實(shí)行碾壓作業(yè)。

直線段的碾壓作業(yè)按照從兩側(cè)向中間滾壓順序，而弧形斷面位置則要遵循由內(nèi)而外的滾壓順序。碾壓作業(yè)共分為第一階段、第二階段、第三階段，每一碾壓施工階段所采取的碾壓方式和碾壓速度有所不同，具體要求可參照表1。碾壓作業(yè)應(yīng)遵循“先低后高、先慢后快”的碾壓原則，并重視對(duì)碾壓速度和走線的控制，確保輪跡之間的重疊寬度基本保持在40~50cm。

表1 每個(gè)階段的碾壓方式和碾壓速度要求

6 結(jié)語

本文結(jié)合海外公路工程實(shí)例，分析了換填土施工項(xiàng)目的特征，探討了軟基處理中的清淤換填施工技術(shù)，以提升治理軟基的技術(shù)水平，確保公路的安全運(yùn)行，可為同類工程項(xiàng)目提供參考。