換填+拋石擠淤聯合法在江羅高速深層軟基處理的應用

文/羅肇劍

1 前言

山區高速的深層軟基分布具有呈點、帶狀的特點，且山區高速由于地形起伏變化大，填土較高，深層軟基處理不適用排水固結法，一般采用復合地基法，但由于處理工點零散、運輸條件差，復合地基法造價高、施工難度大；換填+拋石擠淤法聯合法通過換填、片石強制置換、擠壓、片石間的嵌固作用在淤泥層形成穩定的持力層確保了路基的整體穩定性，石塊間的縫隙作為軟土排水固結的通道，加快了軟土的固結，換填+拋石擠淤聯合法具有施工簡便、工期短、運輸便利等優點，是山區高速深層軟基處理可選用的方法之一。

江羅高速山區路段點、帶狀的分布了層底深度超過5m 的深層軟基，原設計深層軟基采用了管樁處理，由于處理工點零散、運輸條件差，管樁復合地基法施工難度大，施工過程中優化為采用換填+拋石擠淤聯合法處理深層軟基，取得了良好的工程、經濟效果。

2 工程概況

江羅高速是廣東省高速公路網規劃第四橫線的重要組成部分，主要位于江門鶴山和云浮新興、云安、羅定境內，橫穿粵西中西部地區。沿線地貌單元可分為三大類型：山地丘陵、河谷盆地及溶蝕地貌。其中第十合同段處于山地丘陵地貌，屬粵云霧山脈部分，地形相對起伏大，地勢較為陡峻。根據地質勘察顯示第十合同段K86+900-K87+013、K88+195-K87+270 工點分布了埋深超過5m 的深厚軟基，施工圖設計此兩段深層軟基均采用管樁處理，軟基分布概況見表1。

3 深層軟基處理方案優化

3.1 現場施工條件

由于第十合同段地形起伏大，路基、橋梁、隧道交錯分布，而軟基處理施工處于施工的前期，整個施工標段的縱向施工便道尚未拉通，K86+900-K87+013、K88+195-K87+270 段軟基施工僅能利用既有的機耕道作為施工便道，機耕道彎道多、彎道半徑小，且需橫穿三茂鐵路的涵洞，鐵路涵洞的通行斷面為3m×3m，管樁及管樁施工機械的運輸極為困難。

3.2 深層軟基處理方案優化

結合現場施工條件，經研討，為盡快完成軟基處理施工，加快施工進度，借鑒已有高速公路拋石擠淤處理的成功案例，K86+900-K87+013、K88+195-K87+270段深層軟基處理由管樁優化為換填+拋石擠淤法聯合法處理；由于本段淤泥深厚，拋石擠淤無法處理到淤泥底部，路基填土較高，為保證路基整體穩定性，經計算需將表層淤泥換填3.5m 處理，換填材料采用碎石土，換填底部拋填不小于2m 片石處理，剩余的3.5～5.2m淤泥不做處理[1]。

3.3 換填+拋石擠淤法聯合法的穩定性及沉降計算

選取K86+950、K87+230 斷面按照《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》（JTG/T D31-02-2013 ）推薦的計算方法，進行了穩定性及沉降計算，其中拋石擠淤的影響深度按照3m 考慮，結果見表2。

表2 典型斷面的穩定性及沉降計算

4 換填+拋石擠淤法聯合法施工應用及分析

4.1 施工控制要點

片石要求無側限抗壓強度不小于20MPa，粒徑要求在30～200cm；回填碎石土要求碎石的體積含量不小于50%，回填壓實度要求不小于93%。

施工作業由軟基處理的起點向終點推進，換填開挖3.5m 完成后，馬上拋填片石2m 處理，拋填片石采用挖掘機初壓，待處理區域全部完成開挖及初步拋填片石后，在片石頂面填筑50cm 碎石土，為保證拋石擠淤的處理效果，在50cm 碎石土頂面采用不小于25T 的重型壓路機進行碾壓，碾壓形成的沉降立刻用碎石土回填補平處理，要求重型壓路機相鄰壓實斷面沉降差不大于5mm 作為碾壓終止的控制標準；重型壓路機碾壓達到終止標準后，分層回填碎石土，嚴格控制回填壓實度不小于93%；軟基處理完成后埋深路基監測點，開始正常填筑路基[2]。

4.2 處理效果分析

K86+900-K87+013、K88+195-K87+270 段深層軟基換填+拋石擠淤法聯合法處理完成后在K86+950、K87+230 斷面布置了沉降板及測斜管對處理效果進行監測，如圖1、圖2 所示。

圖1 填土-時間-路中沉降曲線圖

圖2 K87+230 深度-累計側向位移圖

路中沉降觀測數據顯示，路基填筑完成約100 天后路基沉降趨于穩定；實測沉降數據與理論計算值有約100～200mm 的出入，分析原因為K86+950 斷面的淤泥的側向擠出，導致實測沉降大于理論計算沉降，而K87+230 斷面左側有既有魚塘梗、右側有山體的側限作用，導致實測沉降小于理論計算沉降。根據實測的路中沉降數據，采用雙曲線法推算，K86+950 斷面的剩余工后沉降為15mm，K87+230 斷面的剩余工后沉降為28mm，滿足《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）要求的一般路段工后沉降不大于300mm，涵洞路段工后沉降不大于200mm 的要求，軟基處理效果良好。

根據K87+230 斷面的測斜觀測數據顯示，剩余未處理部分的軟基側向位移較大，最大累計位移163mm，路基填筑施工中側向位移速率0.01～4.07mm/d，在剩余部分軟基未處理的情況下，側向位移速率仍滿足《公路路基施工技術規范》（JTG/T3610—2019）側向位移速率不大于5mm/d 要求，路基穩定性良好。

目前江羅高速已建成通車接近4年，K86+900-K87+013、K88+195-K87+270 段深層軟基路段未出現不均勻沉降以及路基、路面開裂病害，該段深層軟基采用換填+拋石擠淤法聯合法處理效果良好。

4.3 造價對比

通過表3 數據對比，換填+拋石擠淤聯合法在造價上優于管樁復合地基法，優化方案取得了良好的經濟效益。

表3 管樁復合地基法與換填+拋石擠淤聯合法造價對比表

5 結語

成功應用了換填+拋石擠淤泥聯合法處理深厚軟基，根據現場實測沉降推算的工后沉降滿足路基設計規范要求，施工過程及工后路基整體穩定，解決了山區高速深層軟基處理采用復合地基法時施工機械、材料運輸困難、施工作業點零散的難題，為類似山區高速深層軟基處理提供了參考。本應用實踐驗證了高填土工況下，懸浮型拋石擠淤的可行性。深層軟基處理所采用的拋石擠淤控制標準：壓路機噸位不小于25T，壓實斷面沉降差不大于5mm，是恰當的，根據施工監測數據推算的工后沉降、施工期側向位移速率均滿足規范要求；本應用未做驗證鉆孔驗證拋石擠淤的影響深度，類似工程可進一步在路面施工完成、工后5年、工后10年、工后15年時期分別布置鉆孔驗證拋石擠淤的影響深度及工后片石在淤泥中的位移發展情況。理論計算可行，嚴格控制拋石擠淤+換填的施工技術標準是換填+拋石擠淤聯合法應用成功的關鍵。