換填與排水固結法在軟弱路基處治中的應用

白 瀟 娟

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

為了適應區域交通運輸需求，在省內眾多工程案例中均可見高等級公路穿越軟弱路基層，由于軟弱路基結構的承載能力、抗變形剛度及荷載穩定性指標較一般的路基土體結構存在較大的缺陷，在軟弱土層上直接修筑高等級公路，在長期車輛荷載及不良環境的耦合作用下，很容易誘發公路路堤結構局部沉降、開裂甚至大面積垮塌等病害，最終威脅公路正常通行條件。因此，在工程施工實踐中，為了提升軟弱路基結構層的承載能力和抗變形剛度，必須采取行之有效的工程處治措施以提升軟弱路基的承載能力，通過改善軟弱路基層的各項力學性能在指標以滿足工程設計及施工需要。文章以省內某高等級公路路基施工項目為例，詳細分析了軟弱路基常見處治技術的基本原理，并針對性提出了相應的處治技術措施，以期提升省內軟弱路基結構的綜合施工能力。

1 軟弱路基常見處治技術原理分析

1.1 土體置換技術

土體置換施工技術是最早提出的一種軟弱路基綜合處治技術，置換法的主要原理是將滿足承載能力要求的土體運輸至處治區域，并用合格路基填筑料換填軟基土層，該技術雖然能夠從根本上改善高等級公路穿越軟基土層標段的承載能力和抗變形剛度，但是，換填處治技術的施工量較大，工程中涉及到巨大的土石方換填和施工作業，工程投資較大，工程經濟性較低。土體置換處治技術中最常見的就是置換土體墊層。根據設計要求，將帶處治標段的軟弱路基土體開挖并清理，當開挖運輸深度達到設計要求后，將滿足承載能力的土體直接換填至對應開挖基坑內，路基回填土常使用承載能力更高的鵝卵石、級配碎石等抗壓、抗剪強度大，抗變形剛度值高且化學性質穩定性的填筑材料。在具體回填施工過程中，為了提升路基層的荷載分散能力，建議分層填筑，并壓實，在工程處治實踐中，常用的分層層數為兩層，經妥善壓實后，最終形成雙層路基結構。經過換填以后，原有的軟弱路基層的荷載分布形式被徹底改變，密實的雙層路基層能夠很好地分散上部傳遞來的集中、分布荷載，極大地控制了路基層的荷載沉降量，解決了軟弱路基承載能力和剛度不足的問題。除了換土墊層施工法外表1還羅列了其他幾種常見的處治技術。

表1 常用土體置換施工技術

1.2 排水固結技術

排水固結處治技術的核心在于借助一定的工程手段以最大程度排盡軟弱路基層中的多余水分，通過降低軟弱路基含水率指標的方式，以間接提高軟弱路基結構的綜合承載能力，通過控制軟弱路基的含水率，加快軟弱路基固結速率，以降低荷載變形量。在高等級公路的軟弱路基處治施工中，常用的排水固結技術為預壓法。在尚未鋪筑路面層和墊層前，先對路基結構層進行壓實，加快軟弱路基土體固結，提升路基土體承載能力，根據壓實荷載類型可以將預壓法細分為真空堆載法、水袋堆載法和過預壓法三種。為了能夠將預壓實荷載作用下滲透的水分快速排出軟弱路基層中，在軟弱路基內設置豎向排水管道，縮短水分排出的實際距離，以加快軟弱路基土體固結速率。除了預壓法以外，表2還統計了其他常用的排水固結處治技術。

表2 常用排水固結施工技術

2 軟基現場處治技術分析——以省內某一級公路路基施工項目為例

本文選定省內某一級公路路基標段施工項目為研究對象，針對項目中的軟基土體具體情況制定不同處治標段的差異化處治方案，依托項目現場工程勘察結果，擬將處治標段劃分為兩個，并分別采用不同的處治技術。

標段1采用小挖深換填施工技術，標段1主要穿越農田灌溉區，由于長期的農田灌溉，對應標段的地下水發育完整，地下徑流豐富，路基軟弱層的天然含水率指標較高，其承載能力和抗變形剛度不滿足一級公路路基設計及施工要求，加之路基土體的壓縮性較強，在車輛荷載的作用下很容易誘發路面不均勻沉降和路堤失穩等嚴重病害。軟基施工圖紙規定，本路段使用換填法施工，回填材料為級配砂石，換填深度為500 mm，并在路基層和土層之間加設防水隔離層，以起到阻隔地下水上滲的目的。分析工程地質勘察資料可知，施工標段內穿越的軟弱路基層區域下地下河流分布復雜，且地下徑流豐富，施工核心地區3 km范圍內有一座大型水庫，施工區域的水環境綜合影響因素復雜，為了安全起見，擬采用更加徹底的全斷面開挖換填施工技術，并在原有的級配碎石回填方案中，增加一層鵝卵石回填層，設置雙層換填路基結構，以最大程度控制后期病害。圖1為換填施工項目現場情況。

標段2的路基深度低于2.5 m，不適合使用換填處治法，經項目現場論證，擬使用拋石擠淤法處治。為了保證處治效果，拋石擠壓置換比例不能低于75%，且路堤結構的拋石擠壓處治寬度應大于路基坡腳周圍至少1 000 mm，拋石完成后應進行妥善的壓實施工，并在壓實后的路基層上繼續加設厚度不小于300 mm的砂石墊層結構，在墊層上繼續加設厚度均勻的土工格室結構，以提升路基層和后續路面層的可靠粘合性能。經拋石擠壓處理后的路基層應高于周邊的水位值，但超高范圍應控制在500 mm以內，路堤邊緣的拋石應相互嵌鎖擠壓，并借助壓實機械可靠壓實，機械壓實完后對于部分欠壓實位置應采用人工找平，單層路基壓實厚度應控制在600 mm以內。圖2為拋石擠壓施工現場情況。

3 結語

由于軟弱路基結構的承載能力、抗變形剛度及荷載穩定性指標較一般的路基土體結構存在較大的缺陷，為了妥善解決軟弱路基本身帶來的公路運行能力缺陷，必須采取行之有效的處治技術改善軟弱路基承載能力和變形剛度。文章以省內某一級公路路基標段施工項目為研究對象，對常用的軟弱路基處治技術進行分類分析，并結合軟弱路基特點提出了針對性的處治方案，經工程實踐論證，處治方案完全有效，可以繼續推廣應用。