公路軟弱路基水土聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)的應(yīng)用研究

王 偉，崔 峰

（1. 中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102；2. 北京恒華偉業(yè)科技股份有限公司，北京 100010）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通量日益增加，現(xiàn)有公路無法滿足人們的交通需求，急需對現(xiàn)有路網(wǎng)進(jìn)行升級改造[1-4]。在公路改擴(kuò)建項目中新舊路基銜接處（尤其是軟弱路基路段），天然地基欠固結(jié)，地基沉降量較大，易造成新舊路基銜接不良，形成路基沉降差，這嚴(yán)重影響了未來道路運(yùn)營的安全性和舒適性[5-6]。當(dāng)前，針對公路工程軟弱路基的施工方法很多，其中土方堆載預(yù)壓是最常用的方法。該方法主要是通過土方堆載的方式對路基施加外部荷載，從而使土體固結(jié)速度增大，提高整體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。但是，這種方式所需土方量較大，施工結(jié)束后需要外運(yùn)土方，會增加施工成本，而且會產(chǎn)生揚(yáng)塵等影響環(huán)境的物質(zhì)。

依托新疆某高速公路改擴(kuò)建工程項目，結(jié)合設(shè)計及現(xiàn)場情況，吸取其他地區(qū)關(guān)于軟土處理的成功經(jīng)驗，對現(xiàn)場施工情況進(jìn)行設(shè)計，采用水土聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)處理軟弱路基段拼寬路基，并結(jié)合施工期監(jiān)測情況對路基處理效果進(jìn)行檢驗，以期為似改公路工程項目軟弱路基拼寬的設(shè)計及施工提供參考。

1 工程概況

項目為天山北坡經(jīng)濟(jì)帶主通道，為疆內(nèi)東西運(yùn)輸?shù)拇髣用}之一，此處交通量較大，施工期需保證車輛正常通行?，F(xiàn)狀舊路為一級公路，2019 年10 月交工通車，路基寬度為24.5 m，設(shè)計時速為80 km/h，路基路面處于服役初年。針對軟弱路基，采用換填砂礫+強(qiáng)夯法進(jìn)行處理，路基仍處于工后沉降期，現(xiàn)運(yùn)營狀況良好。本改擴(kuò)建項目路基寬度為26.5 m，設(shè)計時速為120 km/h。

項目區(qū)位于準(zhǔn)格爾盆地南緣，地處天山北麓，展布在頭屯河、三屯河等流域下游的沖積細(xì)土平原區(qū)，所處地形平坦。根據(jù)地勘資料，沿線軟土主要位于古河道及部分地下水埋藏較淺的路段，地層以粉質(zhì)黏土為主，局部夾有粉土，軟（弱）土層天然含水量高，多為軟塑（局部為流塑）狀態(tài)，土層厚度約18.5～22.5 m，覆蓋層厚度約為1.0～3.0 m，軟土地基承載力為80～110 kPa，標(biāo)貫擊數(shù)為3～7 擊。物理力學(xué)試驗結(jié)果顯示，軟（弱）土層孔隙比e0為0.54～0.74，塑性指數(shù)Ip為5.7～7.4，最大干密度ρd為1.58～1.75 g/m3。由此可知，沿線軟(弱)土多屬于過濕土。

2 水土聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)

處理公路工程軟弱路基時采用水土聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)。利用土方和水袋實(shí)現(xiàn)對軟弱路基的堆載預(yù)壓。水的來源一般是就近取水。軟弱路基經(jīng)過堆載預(yù)壓處理后，路基內(nèi)部水分受到超靜壓力被擠壓，路基土體體積減小，相應(yīng)的土體密實(shí)度增大，整體的承載性能及強(qiáng)度增加。通過水袋和土方的作用，公路軟弱路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到大幅提升，降低了后期公路運(yùn)營階段路基被破壞的可能性。

水土聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)處理深度不大，一般為小于4.0 m 的軟土路段，所需土方工程量較大，堆載周期較長，一般大于6 個月，但其造價低，施工方案相對簡單，適用于工期要求不緊張、造價較低的填方路基。在利用水土聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行施工的同時，需要處理好新舊路基的銜接，防止施工過程中產(chǎn)生差異沉降。

此外，對于施工質(zhì)量的急性把控需嚴(yán)格。本施工段軟（弱）土分布于頭屯河至三屯河古河道段，粉質(zhì)黏土軟弱層厚度達(dá)到15.0 m，全段采用對稱拼寬，路基填高0.8～2.8 m。舊路針對原地表采用了強(qiáng)夯處理，本次勘測期間未見明顯的變形和沉降。鑒于本段軟土層較厚、根治成本高昂，綜合考慮舊路治理方案和通車年限，以及拼寬后路基全斷面工作的協(xié)同性，不宜采用剛度差異較大的處理方案。水土聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)處治方案如下。

首先，對舊路拼寬范圍基底采用沖擊壓實(shí)處理，三邊形沖擊式壓路機(jī)壓實(shí)功不低于30 kJ，并適當(dāng)增加壓實(shí)遍數(shù)。同時，為提高拼寬處路基的整體性和穩(wěn)定性，對原有路基進(jìn)行超挖，采用半超挖半超填的拼接方案，保證路基最小寬度為3.0 m。這既有利于機(jī)械化施工，又提供了堆載預(yù)壓工作區(qū)。接著，按1∶1.5 的坡率對土路肩寬度（75 cm）范圍內(nèi)既有路基進(jìn)行超挖（拼寬寬度不足3 m 的情況），之后在所形成坡面自下而上逐級開挖臺階，而拼寬寬度達(dá)到3 m時直接在既有坡面上開挖，開挖1 級及時填筑1 級，臺階寬度應(yīng)不小于1 m，并設(shè)置內(nèi)傾3%的斜坡。然后，在路床頂面及底面、路基基底及路基內(nèi)部部分臺階頂面（填高間隔不大于1.5 m）進(jìn)行沖擊碾壓補(bǔ)強(qiáng)。沖擊壓實(shí)層壓實(shí)完成后，鋪設(shè)1 層鋼塑土工格柵。拼寬寬度不足4 m 時土工格柵由舊路臺階內(nèi)緣通鋪至拓寬路基邊坡外緣。格柵長度最長5 m。最后，拼接范圍應(yīng)加強(qiáng)軟弱土處理，基底回填及地面線以上路堤的填料均采用砂礫、礫類土等材料。路基填筑方案如圖1所示。

圖1 路基填筑方案Fig.1 Subgrade filling plan

為加速施工期地基的沉降和固結(jié)，控制工后沉降及其與舊路的沉降差，處理完該段地基后采用堆載預(yù)壓，預(yù)壓高度和周期根據(jù)相關(guān)計算及本項目的建設(shè)周期確定。

根據(jù)路基填料與路面結(jié)構(gòu)重度換算，運(yùn)營期路基頂面壓力為22.4 kPa，換算高度為1.12 m（自路基頂面起算），綜合施工條件及道路保通需求，本項目超載預(yù)壓堆載高度設(shè)為1.92 m（自路基頂面起算），路基加載的設(shè)計數(shù)值如圖2所示。

圖2 路基加載的設(shè)計數(shù)值Fig.2 Subgrade loading design numerical diagram

在路側(cè)設(shè)置寬為1 m 的護(hù)坡道，采用沿線清表土、其他挖除棄方進(jìn)行填筑。對護(hù)坡道范圍和主線拼寬部分同步進(jìn)行超載預(yù)壓。設(shè)置沉降和位移觀測點(diǎn)，在施工期進(jìn)行監(jiān)測，并將該段設(shè)定為運(yùn)營期重點(diǎn)監(jiān)測路段，必要時進(jìn)行針對性養(yǎng)護(hù)處治，同時在該路段起終點(diǎn)設(shè)置軟基沉降段相關(guān)標(biāo)志，提醒司乘人員注意行車安全。

3 水土聯(lián)合堆載預(yù)壓技術(shù)的效果分析

在路面設(shè)計使用年限（15 a）內(nèi)，路基所發(fā)生的殘余沉降為工后沉降。對于一般路段，允許工后沉降≤30 cm；涵洞、通道與路基毗鄰處的工后沉降≤20 cm；橋臺與路基毗鄰處、舊路拼寬段的工后沉降≤10 cm。地基總沉降計算方法為經(jīng)驗系數(shù)法；主固結(jié)沉降計算方法為e-p曲線法；穩(wěn)定計算方法為總應(yīng)力法(瑞典條分法)。

進(jìn)行地基沉降量計算時，采用分層總和法，并采用沉降系數(shù)對其進(jìn)行修正。路面竣工時，地基沉降量為4.3 cm；路面竣工后，基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降量為1.5 cm；基準(zhǔn)期結(jié)束時，地基沉降量為5.8 cm；最終地基總沉降量為1.5 cm；拼寬處沉降差為1.8 cm[7]，滿足規(guī)范要求。

進(jìn)行路基穩(wěn)定性計算時，采用總應(yīng)力法，采用土的固結(jié)快剪或快剪指標(biāo)進(jìn)行計算，穩(wěn)定安全系數(shù)選取為大于1.20，當(dāng)考慮地震作用時穩(wěn)定安全系數(shù)選取為大于1.15[8]，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)上述計算，采用水土聯(lián)合堆載預(yù)壓法后軟弱路基的穩(wěn)定性得到了保證，在減少施工成本的同時，確保了公路工程的施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

針對改擴(kuò)建項目軟弱路基段路基拼寬處理所產(chǎn)生的不均勻沉降進(jìn)行分析，結(jié)合項目特點(diǎn)進(jìn)行論證比選，選擇適合工程特點(diǎn)的路基拼接方案，強(qiáng)調(diào)新舊路基剛度相適應(yīng)、變形相協(xié)調(diào)，為新疆地區(qū)類似高速公路改擴(kuò)建項目的設(shè)計提供了一定的參考。