軟基換填技術(shù)在道路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

趙攀

摘要 公路工程施工過程中，經(jīng)常會遇到千差萬別的特殊地質(zhì)，如何進(jìn)行妥善處理才能保證施工質(zhì)量，一直是值得深思的課題，文章以中西非地區(qū)改擴(kuò)建工程軟質(zhì)地基的處理為例，闡述中西非地區(qū)的軟質(zhì)地基特點及相應(yīng)換填技術(shù)，同時對相關(guān)方面的質(zhì)量控制措施和安全措施進(jìn)行詳述，希望闡述內(nèi)容能夠為中西非地區(qū)的公路施工提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 中西非；軟質(zhì)地基；換填；質(zhì)量；安全

中圖分類號 U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0053-04

0 引言

公路工程地基處理是主體施工的基礎(chǔ)，然而在施工過程中由于各種不良地質(zhì)導(dǎo)致上部主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量問題的案例也屢見不鮮，因此提高地基承載力至關(guān)重要。該文以中西非科特迪瓦西北部區(qū)域軟土地基處理為例，從軟土地基類型、換填材料分析、換填深度和寬度以及施工工藝等方面詳細(xì)闡述了軟土地基處理的方法和原則，目的是以此為例對中西非地區(qū)其他類似工程提供施工參考和依據(jù)，提高公路整體質(zhì)量和穩(wěn)定性。

1 工程概述

項目位于科特迪瓦西北部的Denguélé區(qū)，由兩條主線及三條連接線組成，主線基本沿A7國道、B319省道舊路走向，其中A7國道連接奧迭內(nèi)市與馬里邊境，B319省道連接奧迭內(nèi)與幾內(nèi)亞邊境。

項目所處區(qū)域為蘇丹型熱帶草原氣候，干燥炎熱，5月至10月為雨季，降雨頻繁，沿線主要不良地質(zhì)為淺層軟土，主要分布在沿線河溝或季節(jié)性沼澤內(nèi)。

2 地質(zhì)情況分析

2.1 主要軟土地基類型

工程所在區(qū)域主要基底不良土質(zhì)為黑色腐殖土、白色膨脹土、砂質(zhì)黏土，現(xiàn)列舉具有代表性的地勘土樣情況，如圖1～3所示：

2.2 季節(jié)變化對地質(zhì)情況的影響

項目所在地區(qū)為科特迪瓦國奧迭內(nèi)省，每年4月至6月小雨季，6月至9月大雨季，9月至11月小雨季，11月至次年4月為旱季。旱雨季較為分明，旱季無雨，雨季降雨頻繁，導(dǎo)致旱雨季地基承載力情況受雨水影響變化較大，具體地基承載力情況見表1。

由表1可知，旱季無雨，土壤固結(jié)，故地基承載力較高；雨季降雨頻繁，土壤含水率較高，故地基承載力較差。故旱季施工時，應(yīng)按照雨季施工情況考慮，雨季開挖過程中需要清除的各種不良土質(zhì)，在旱季施工時同樣需要清除，不能僅靠旱季開挖后的地基承載力情況來判斷是否清除不良土質(zhì)。

3 換填材料分析

換填材料選取的關(guān)鍵點，是能夠穩(wěn)固基底。路基施工一般材料主要為土、砂、石等，各種材料密度不同，根據(jù)外形又可分為大顆粒材料和小顆粒材料，需要對各種材料的受力情況進(jìn)行分析，如圖4所示。

圖4中，為了方便觀看效果，對小顆粒材料進(jìn)行了放大，根據(jù)圖中所示，做出以下分析：

（1）底面積對比：小顆粒材料為土或砂，土的粒徑較小，砂的粒徑一般不超過4.75 mm。大顆粒材料為塊石，粒徑一般在300～500 mm。大、小顆粒材料的粒徑比值在63～105，根據(jù)粒徑比值，估算大、小顆粒材料的底面積比值為3 969～11 025[1]。

（2）密度對比：小顆粒材料按照土考慮，密度為

1.8 t/m?左右；小顆粒材料按照砂考慮，密度約為2.4 t/m?；大顆粒材料按照塊石考慮，密度約為2.5 t/m?。

（3）豎向受力對比：豎向受力主要為上方換填材料的重力，故根據(jù)（2）可知，相同換填厚度情況下，大、小顆粒豎向受力按最大比例不大于2。

（4）水平受力對比：水平受力主要為顆粒之間的摩擦力，就單個顆粒而言，小顆粒材料之間嵌擠面積較大，故摩擦力要大于大顆粒之間的嵌擠力，但由于雨季換填時，基底含水量大，小顆粒之間會因為水的潤滑作用，大大降低摩擦力，換言之土遇水變泥，砂遇水軟彈，但大顆粒塊石不會受到水的影響，故對于水平受力來講，大小顆粒沒有優(yōu)劣而言。

（5）綜合受力對比：根據(jù)以上分析，大、小顆粒受力區(qū)別主要為豎向力，兩者豎向力的比值約為2，而底面積的比值約為3 969～11 025，很明顯，大顆粒底部壓強(qiáng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小顆粒。

根據(jù)分析，不難看出大顆粒材料具有更好的承載力，故基底換填應(yīng)優(yōu)選大顆粒材料，但大顆粒材料的缺點也比較明顯，大顆粒材料之間的縫隙較大，容易出現(xiàn)沉降。為了消除大顆粒材料的這個缺點，可選用小顆粒材料進(jìn)行填縫處理，注意小顆粒材料不能選用土，可選用石粉、砂、碎石等，這樣既能滿足提高承載力的要求，又能保證大顆粒材料的縫隙填補(bǔ)密實。

另外考慮小顆粒材料在不受水影響的情況下，具有密實度高、固結(jié)效果好的特點，最佳換填方案應(yīng)為常水位以下選用大顆粒材料換填，常水位以上選用小顆粒材料換填。

4 換填施工方法

4.1 施工工藝流程

換填施工方法工藝流程，如圖5所示。

4.2 原路檢測

施工前，對原路進(jìn)行彎沉檢測，根據(jù)設(shè)計圖紙彎沉要求，對不合格點進(jìn)行處理，可進(jìn)行換填或采用其他補(bǔ)強(qiáng)措施，具體處理方法，需要編制方案，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理批復(fù)后實施[2]。

4.3 施工放樣

根據(jù)設(shè)計圖紙數(shù)據(jù)，進(jìn)行開挖線放樣，經(jīng)監(jiān)理工程師復(fù)核無誤后，進(jìn)行開挖。

4.4 挖除不良土質(zhì)

換填深度根據(jù)實際地質(zhì)情況決定，原則上是將淤泥質(zhì)原狀土全部清除。但對于淤泥質(zhì)厚度較大的區(qū)域，開挖深度可能大于3 m，甚至更大，遇到這種情況，根據(jù)施工經(jīng)驗，換填總深度不宜小于1.5 m。

其次，換填開挖的深度需要考慮基底原狀土承載力，根據(jù)施工經(jīng)驗，高于100 kPa為宜，最低不宜低于60 kPa，若低于60 kPa，應(yīng)繼續(xù)開挖，清除軟弱土。

開挖時，先單點開挖試坑，根據(jù)試坑內(nèi)不良土質(zhì)情況，初步確定開挖深度。開挖過程中，若土質(zhì)情況有變，應(yīng)及時進(jìn)行取樣檢測和基底承載力檢測，確定具體開挖深度。

靠近原路側(cè)，按照設(shè)計要求進(jìn)行臺階開挖，注意保證臺階尺寸和坡度，一般尺寸為寬2 m，高1 m，臺階向內(nèi)傾斜坡度為4%。

4.5 排水

開挖后，基底若存在積水，應(yīng)在外側(cè)開挖集水井，將水引至集水井內(nèi)，采用水泵將水排出，如圖6所示。

4.6 分層回填

（1）先進(jìn)行測量放線，放樣方格網(wǎng)，上料時按照方格網(wǎng)進(jìn)行，控制好層厚。

（2）塊石換填厚度：換填塊石厚度大于50 cm為宜，穩(wěn)定基底效果較佳，但對于基底承載力較好、地下水位較低的區(qū)域可以減小塊石換填的厚度，但不宜小于30 cm。塊石粒徑大小應(yīng)根據(jù)換填的厚度決定，如換填50 cm，塊石粒徑選擇接近50 cm，因為塊石粒徑越大，穩(wěn)定效果越強(qiáng)。對于基底承載力極差的情況，需要換填塊石厚度為1 m左右的，不建議分層回填塊石，最好一次性回填，如此穩(wěn)固效果更好，但一次性回填也存在弊端，即塊石之間的縫隙較大，為消除弊端，可以提前將塊石和細(xì)顆粒材料提前混合好，再進(jìn)行回填[3]。

注意塊石換填過程中，應(yīng)使用挖掘機(jī)對塊石進(jìn)行挑選擺放，較大粒徑塊石優(yōu)先擺放至邊緣，并用挖掘機(jī)對其推擠，保證邊緣穩(wěn)定，避免出現(xiàn)整體換填完成后，由于動載作用，邊部塊石滑移的現(xiàn)象。同時中間部位的塊石也應(yīng)進(jìn)行簡單的擺放，不能出現(xiàn)大塊石上下疊放或塊石之間形狀不契合，出現(xiàn)較大縫隙情況，如圖7所示。

（3）找平層厚度：找平層作用為填補(bǔ)縫隙和平整表面，找平層選用材料宜選用未篩分碎石和石粉或砂，塊石下部由于壓力作用下沉，將底部土體擠出，可以將塊石下部縫隙填補(bǔ)，上部縫隙主要靠找平層填補(bǔ)即可。找平層厚度可以忽略不計，只要達(dá)到找平的效果即可，不必過多填筑。

（4）土或砂的換填厚度：塊石換填高于常水位以后，其上建議換填土，因為土有固結(jié)效果，整體性較好，但如有透水要求的，可以換填砂。換填厚度根據(jù)壓路機(jī)的振動壓實能力決定，不宜大于30 cm，20～25 cm為佳。

4.7 壓實

對于塊石、碎石可采用裝載機(jī)或挖掘機(jī)攤平，對于砂和土可使用平地機(jī)攤平，但必須人工輔助找平。采用光輪壓路機(jī)進(jìn)行壓實，先靜壓，再振壓，塊石、碎石和砂壓實達(dá)到無下沉和軟彈為止，其他材料壓實達(dá)到要求壓實度即可。注意擴(kuò)建路段，拼寬段路基壓實度宜高于原路相同層位壓實度1%～2%，減小沉降影響，增加拼接處強(qiáng)度。

4.8 拼寬路段換填

（1）原路彎沉檢測：對于擴(kuò)建路段，拼寬換填施工前，應(yīng)先進(jìn)行原路彎沉檢測，由于按照該文換填方法施工完成后，彎沉值會有明顯提高，若原路彎沉值較大，會出現(xiàn)一軟一硬情況，導(dǎo)致裂縫形成。原路彎沉值不宜大于100（單位：0.01 mm），否則建議原路進(jìn)行換填。

（2）開挖臺階：對于擴(kuò)建路段，原路基需要開挖臺階，形成過渡段，降低裂縫風(fēng)險。可以按照設(shè)計圖紙方式開挖臺階，若設(shè)計無要求，則設(shè)置高1 m、寬2 m的臺階，臺階頂面向內(nèi)傾斜4%坡度。擴(kuò)建寬度較小的路段，根據(jù)實際情況，可適當(dāng)減小臺階尺寸。

5 結(jié)語

該文通過對材料、地質(zhì)情況、施工方法等的分析，明確軟基換填技術(shù)在改擴(kuò)建工程中的實施辦法。對于復(fù)雜多變的地質(zhì)情況，采用相應(yīng)的換填方案，最終目的是形成穩(wěn)定堅實的基礎(chǔ)，達(dá)到預(yù)期的承載力。基底承載力和基底水位是主要的影響因素，通過塊石換填，形成排水并穩(wěn)固的基底，上層采用小顆粒材料壓實封水，可以保證較好的施工質(zhì)量，實現(xiàn)簡單、高效的軟基處理。

參考文獻(xiàn)

[1]王強(qiáng). 淺談路基軟基換填設(shè)計施工方法[J]. 山西建筑， 2011（15）： 144+216.

[2]陳煙昭. 公路路基施工質(zhì)量控制對策[J]. 黑龍江交通科技， 2011（8）： 134-135.

[3]劉強(qiáng). 高速公路改擴(kuò)建工程關(guān)鍵技術(shù)[J]. 交通世界， 2016（27）： 30-31.