軟基砂石墊層換填法在公路施工中的應(yīng)用研究

劉立寧

摘要：軟基砂石墊層換填法具有提高地基承載力、減少不均勻沉降等優(yōu)點(diǎn)，適用于處理大面積的軟土地基。然而實(shí)際應(yīng)用中仍存在施工質(zhì)量控制、材料選擇、墊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面問(wèn)題?；诖?，對(duì)軟基砂石墊層換填法的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，包括施工工藝、技術(shù)參數(shù)、應(yīng)用范圍等方面。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，提出相應(yīng)的解決方案和研究建議。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：砂石墊層換填法在此次施工中，其沉降結(jié)果均小于施工允許最大沉降量，表明該方法可以增加地基的承載能力，減少地基沉降，提高公路的穩(wěn)定性和安全性。

關(guān)鍵詞：施工技術(shù)；公路；砂石墊層；換填法

0? ?引言

軟基砂石墊層換填法作為一種有效的軟土地基處理方法，具有提高地基承載力、減少不均勻沉降等優(yōu)點(diǎn)，適用于處理大面積的軟土地基。但其仍存在一些問(wèn)題，亟待研究和解決。然而實(shí)際應(yīng)用中，仍存在施工質(zhì)量控制、材料選擇、墊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題。對(duì)于不同的地質(zhì)條件和工程要求，如何合理選擇和應(yīng)用軟基砂石墊層換填法也是一項(xiàng)重要的研究課題。本文對(duì)軟基砂石墊層換填法的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，包括施工工藝、技術(shù)參數(shù)、應(yīng)用范圍等方面。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，提出相應(yīng)的解決方案和研究建議。同時(shí)，本文將通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等方法，對(duì)軟基砂石墊層換填法的施工工藝和質(zhì)量控制措施進(jìn)行深入探討[1]。

1? ?墊層換填法特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)分析

墊層換填法主要是先去除路面地基軟弱層，再回填粘土，以提高路面地基的承載能力。作為軟弱地基處理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，墊層材料的質(zhì)量對(duì)地基回填效果有很大的影響。建設(shè)單位一定要把好墊層材料的質(zhì)量，保證其使用質(zhì)量[2]。

公路路基在上覆填土的壓力下，沉降變形的過(guò)程較為復(fù)雜，其總變形的表達(dá)公式如下：

S=Sd+Sa+Sn? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Sd表示地基的排水固結(jié)沉降，Sa代表地基的瞬時(shí)沉降，Sn表示地基的次固結(jié)沉降。

瞬時(shí)沉降是指在荷載作用下瞬間產(chǎn)生的路基沉降，非因水分、氣體的排出而導(dǎo)致的沉降。在土壤達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，由于土壤水分和土顆粒自身的變形可以忽略，所以其瞬時(shí)沉降幾乎為零。采用換填法加固公路的軟弱地基，其原因在于換填可大幅提升路面承載力，顯著降低路基沉降。

公路路面受力越大，路基的剪切破壞越深，如果采用高強(qiáng)度的砂土等填料替代軟弱層，可以有效地提高路面的承載力，防止路基失穩(wěn)。此外，軟土地基淺層的應(yīng)力很高，如果用致密的墊層取代淺層軟土，可以大幅度降低路基的沉降。同時(shí)墊層對(duì)路基應(yīng)力具有擴(kuò)散效應(yīng)，減小了對(duì)下層土體的壓力，降低了下層土體的沉降[3]。

2? ?墊層換填法施工要點(diǎn)

首先，使用挖掘機(jī)在施工公路路面的換填區(qū)域開挖一個(gè)倒梯形區(qū)域，換填區(qū)域長(zhǎng)度為20m，下部寬度為5.5m，上部寬度為15.0m，挖到強(qiáng)風(fēng)化巖深度一般為3m左右。然后將配好的風(fēng)化砂石和石渣填到區(qū)域內(nèi)，再用鏟斗機(jī)械分層夯實(shí)。第二天，重新開挖已被換填的其中一段區(qū)域，并按照1：0.8的要求進(jìn)行放坡，挖出后檢查基坑的邊坡是否質(zhì)量良好，是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的要求。

換填的墊層材料可選用中砂、圓砂、粗砂、卵石、砂礫等。材料的顆粒要求均勻良好，不能含有垃圾和植物殘?bào)w等雜物，污泥含量不得大于3%。如果用于排水固結(jié)的墊層中，則其含泥量不得大于2%。若用粉砂作換填材料，既不易壓實(shí)，又不能達(dá)到較高的強(qiáng)度。

為保證填料在填料中的分散均勻，宜采用20%～25%左右的碎石或卵石，最大粒徑不宜超過(guò)6cm。輾壓或錘振作用太大的情況下，最大顆粒直徑不得超過(guò)10cm[4]。

3? ?砂石墊層換填路基支護(hù)與加固要點(diǎn)

3.1? ?砂石墊層換填路基的支護(hù)

3.1.1? ?確定錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

挖除公路路基上層的軟弱土層后，需要對(duì)其進(jìn)行支護(hù)與加固。表1為錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.1.2? ?注漿錨桿支護(hù)的施工要點(diǎn)

按圖紙放孔，孔位偏差不得超過(guò)10cm，使用履帶式鉆機(jī)鉆孔。手工插桿，確保桿身下入角與鉆孔傾斜方向一致。灌漿材料使用純水泥漿，水灰比為0.5，單次灌漿壓力為2MPa，二次灌漿壓力為3MPa。當(dāng)泥漿強(qiáng)度達(dá)65%以上時(shí)，進(jìn)入張拉閉鎖階段[5]。

3.2? ?砂石墊層換填路基的加固

3.2.1? ?路基有效加固深度計(jì)算

以公路路基土為低液限粘土為例，該路基天然含水量為30.0%，呈軟塑性。使用砂石墊層換填法進(jìn)行加固，設(shè)置該路基的承載力不得小于150kPa。在加固過(guò)程中，使用Menard經(jīng)驗(yàn)公式，其路基有效加固的深度的計(jì)算公式如下：

（2）

式中：y表示有效加固的深度，h代表夯實(shí)的落距，m代表夯錘的質(zhì)量，ε代表有效加固深度的折減系數(shù)。

3.2.2? ?加固機(jī)理分析

夯實(shí)后，土體的密實(shí)度提高，土體具有一定的防、隔水性，提高了路基的穩(wěn)定性與強(qiáng)度，有效改善了公路路基的不均勻性。土顆粒在加固過(guò)程中發(fā)生相對(duì)位移，破壞了土壤原有的微結(jié)構(gòu)，阻礙了土壤中鹽分的向上遷移，上部非鹽漬材料的荷載作用，消除了鹽脹的危害[6]。在超過(guò)1m的加固后的路基上（主要受力范圍）形成碎石垂直增強(qiáng)與加固土體的超密路基，起到換填擠密的作用，在1m以內(nèi)（壓縮范圍）形成密實(shí)均勻的人工路基。

3.2.3? ?加固施工要點(diǎn)

根據(jù)預(yù)先擬定的施工方案，采用兩套機(jī)具，分別從路基東側(cè)中間相對(duì)后方向左右分開進(jìn)行換填，直至西側(cè)匯合，每個(gè)區(qū)段的換填量不大于10m，最后采用分層式回填進(jìn)行壓實(shí)，換填后的砂石墊層頂面的壓實(shí)度需要達(dá)到95%。圖1為換填后的路基橫斷面示意圖。

4? ?施工效果分析

4.1? ?確定監(jiān)測(cè)對(duì)象

此次監(jiān)測(cè)以國(guó)道314中的一處公路施工工程為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了深入研究。該公路起點(diǎn)為新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市，終點(diǎn)為新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)紅其拉甫口岸。314國(guó)道的和碩-庫(kù)爾勒段是新疆天山以南的巴音郭楞蒙古自治州，穿過(guò)庫(kù)魯克塔格山脈，最后到達(dá)庫(kù)爾勒，全長(zhǎng)92km。

4.2? ?確定監(jiān)測(cè)方法

為檢驗(yàn)軟基砂石墊層換填法加固路面后公路的沉降變形、穩(wěn)定性是否滿足施工工程的要求，需進(jìn)行填筑期的原位觀測(cè)。該工程使用軟基砂石墊層換填法進(jìn)行施工。本次測(cè)試在4個(gè)項(xiàng)目中選擇一個(gè)較為準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，以證明砂石墊層換填法的有效性。具體包括深層土體側(cè)向變形監(jiān)測(cè)、地表沉降監(jiān)測(cè)、孔隙水壓力監(jiān)測(cè)和土壓力監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)常用儀器與實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜绫?所示。

4.3? ?施工結(jié)果與討論

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備以及工程概況，進(jìn)行地表沉降的測(cè)試。首先，在試驗(yàn)段的左右兩側(cè)分別埋設(shè)沉降板。沉降板由鋼底板，測(cè)桿，護(hù)套三部分構(gòu)成。隨著填土的升高，持續(xù)接高測(cè)管、套管。套管上部應(yīng)該用蓋子密封，以防止填充物掉入管中，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。表3為此次測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)上述測(cè)試結(jié)果可以清晰的看出，砂石墊層換填法在此次施工中，其沉降結(jié)果均小于施工允許最大沉降量，表明該方法可以增加地基的承載（轉(zhuǎn)下頁(yè)）（接上頁(yè)）能力，減少地基沉降，提高公路的穩(wěn)定性和安全性。砂石墊層換填法的應(yīng)用效果受到多種因素的影響，如砂石墊層的材料、級(jí)配、厚度、壓實(shí)度，以及軟土地基的土質(zhì)、含水量、壓縮性等。因此，在公路施工過(guò)程中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的砂石墊層材料和施工工藝，以確保軟基砂石墊層換填法的應(yīng)用效果。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

在公路施工中，軟基砂石墊層換填法是一種重要的處理方法，可以有效解決軟土地基的沉降和穩(wěn)定性問(wèn)題。通過(guò)本次研究，深入了解了軟基砂石墊層換填法的施工技術(shù)、施工流程和質(zhì)量控制等方面的內(nèi)容，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了存在的一些問(wèn)題和不足。這種方法具有操作易于掌握、工期短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于處理大面積的軟土地基。為了確保墊層的施工質(zhì)量，施工中需要嚴(yán)格控制砂石墊層的材料質(zhì)量、級(jí)配、厚度和壓實(shí)度等指標(biāo)量。此外，對(duì)于不同的地質(zhì)條件和工程要求，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和施工，確保施工效果達(dá)到最佳。未來(lái)的公路施工中，應(yīng)進(jìn)一步研究和推廣軟基砂石墊層換填法在公路施工中的應(yīng)用，不斷完善其施工工藝和質(zhì)量控制措施。

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