東非地區(qū)沼澤土路基施工處理方法研究
——以烏干達(dá)波特爾堡-希馬公路項(xiàng)目為例

楊 祥

(中國(guó)武夷實(shí)業(yè)股份有限公司 福建福州 350003)

0 引言

沼澤土是軟土的一種，其主要分布在地勢(shì)低洼地區(qū)。沼澤土具有含水量大、孔隙發(fā)達(dá)、壓縮性高、土層復(fù)雜、強(qiáng)度低等特性，常表現(xiàn)為流塑、軟塑狀態(tài)。

烏干達(dá)共和國(guó)地處東非高原，境內(nèi)湖泊眾多、水系發(fā)達(dá)，號(hào)稱(chēng)“高原水庫(kù)”。烏干達(dá)境內(nèi)沼澤多分布于丘陵、湖泊、河谷地帶，廣泛分布的沼澤對(duì)烏干達(dá)境內(nèi)公路路基穩(wěn)定產(chǎn)生不良影響。基此，本文以烏干達(dá)波爾堡-希馬公路項(xiàng)目為工程案例，研究東非地區(qū)沼澤土路基施工處理方法，以期為非洲地區(qū)類(lèi)似項(xiàng)目工程提供借鑒。

1 項(xiàng)目沼澤土分類(lèi)和危害

波特爾堡-希馬公路項(xiàng)目起于波特爾堡終于卡塞塞希馬，全長(zhǎng)55 km根據(jù)圖1所示，位于烏干達(dá)共和國(guó)西部省，魯文佐里山東麓，南近喬治湖。由于公路沿線有開(kāi)闊且縱坡小的地勢(shì)低洼區(qū)，流水搬運(yùn)的物質(zhì)易沉積且排水不暢；再者，烏干達(dá)氣候溫暖濕潤(rùn)利于植物生長(zhǎng)，植物凋敗形成的腐殖質(zhì)在沼澤處形成大量淤泥。該項(xiàng)目沼澤土的分類(lèi)和危害如表1所示。

圖1 烏干達(dá)共和國(guó)境內(nèi)水域分布圖

表1 項(xiàng)目沼澤土分類(lèi)和危害

(1)路基沉降

通過(guò)在項(xiàng)目沼澤土上修筑的公路路基橫斷面觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，原水平路基表面漸漸呈“凹”形：即兩側(cè)沉降值較小，中部沉降值較大情況，導(dǎo)致通車(chē)后的路基寬度變窄。會(huì)降低行車(chē)舒適度，甚至導(dǎo)致交通事故發(fā)生。

(2)路堤滑坡

(3)路面裂縫和翻漿

在排水不暢的沼澤土地段，極易出現(xiàn)“橡皮路”，即水分含量高的路基土在天氣變化和上部車(chē)輛荷載的作用下導(dǎo)致路面不規(guī)則沉降，進(jìn)而引起路面開(kāi)裂。水分沿著裂縫往路面上滲透引起路面翻漿、積水，致使行車(chē)不適。

(4)涵洞拉裂和失效

涵洞是修筑在路堤上用于泄水或通行的，需和路堤一起承受荷載。由于沼澤路基的“凹”形沉降作用在涵洞頂部產(chǎn)生壓力，在涵洞底板處產(chǎn)生拉力常導(dǎo)致涵洞底板拉裂[2]。當(dāng)公路投入使用后，若沼澤路基的沉降值過(guò)大，則易導(dǎo)致涵洞沉入地面被填塞，致使涵洞失去過(guò)人或過(guò)水作用。

(5)擋土墻傾覆

沼澤路基的“凹”形沉降現(xiàn)象，易使路基兩側(cè)擋土墻內(nèi)外兩側(cè)沉降不同步：一般是擋土墻內(nèi)側(cè)沉降值大于外側(cè)沉降值，易導(dǎo)致?lián)跬翂ν鶅?nèi)側(cè)傾覆；且由于公路沿線沼澤土的沉降程度不同，易導(dǎo)致不同路段擋土墻出現(xiàn)錯(cuò)落現(xiàn)象。

等待他從那堆敝舊衣里爬出時(shí)，場(chǎng)坪里只有一個(gè)查驗(yàn)地?cái)偩璧陌簿溥涞恼驹谀抢铩Ｒ驗(yàn)橛^眾只他一人，故顯得他身體特別大，樣子特別樂(lè)。

2 沼澤土常見(jiàn)處理方法

根據(jù)沼澤土的結(jié)構(gòu)特性和工程特點(diǎn)，常見(jiàn)的對(duì)沼澤土的處理方法如表2所示。

表2 沼澤土常見(jiàn)工程處理方法

3 烏干達(dá)波特爾堡-希馬公路項(xiàng)目沼澤土處理方法

3.1 沼澤土處理方法選用

目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成了如表2所示的多種沼澤土處理方法，相關(guān)施工工藝也比較成熟。我國(guó)建筑企業(yè)在非洲承接了大量基礎(chǔ)設(shè)施工程，本來(lái)可以向非洲推廣，但由于國(guó)內(nèi)公路標(biāo)準(zhǔn)地域性很強(qiáng)，而時(shí)常在非洲特有的地貌、氣候、地質(zhì)條件下難免出現(xiàn)“水土不服”。加之，烏干達(dá)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)勘查技術(shù)和公路建設(shè)水平相對(duì)落后，對(duì)沼澤土的處理也相對(duì)粗放，所以不可能照搬套用。

拋石擠淤法施工具有人工、材料、機(jī)械要求低，且造價(jià)低、改造沼澤土承載力效果良好等優(yōu)點(diǎn)，在厚度4 m以?xún)?nèi)的軟塑狀、流塑狀軟土中使用時(shí)不需要強(qiáng)夯，但厚度超過(guò)4 m后需配合爆破或強(qiáng)夯措施。該工程項(xiàng)目的地勘結(jié)果表明，路線內(nèi)沼澤土厚度在2 m左右，且以常年積水的常年性沼澤為主，如圖2所示，考慮其沼澤軟土以下有硬質(zhì)土層且到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平和施工水平落后、施工機(jī)械和材料缺乏，但其石料供給充足。所以，該項(xiàng)目?jī)?yōu)先選擇拋石擠淤法處理沼澤，施工過(guò)程遵循《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F10-2006)和烏干達(dá)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)程。

圖2 項(xiàng)目地質(zhì)剖面圖

3.2 沼澤土處理施工方案

(1)選用拋石擠淤石塊

該工程項(xiàng)目位于魯文佐里山東麓，沿線石料資源豐富且運(yùn)途短。石塊選用未經(jīng)風(fēng)化、抗剪強(qiáng)度高、級(jí)配良好、粒徑均勻、含泥量少于8%的塊石和粒徑為5 mm～45 mm天然級(jí)配、含泥量在5%以?xún)?nèi)的碎石。砂選用潔凈、堅(jiān)硬、級(jí)配良好且含泥量在5%以?xún)?nèi)的中砂和粗砂。

(2)選用拋石擠淤工藝

該工程沼澤土淤泥厚度在2 m左右，不需要配合強(qiáng)夯或爆破處理拋入石塊即可下沉至持力層。因此，在該工程線路上選用常年性沼澤為主，在拋石擠淤前需先清除沼澤表層的植物根系和動(dòng)植物殘骸。拋石順序：使用塔吊、吊車(chē)等機(jī)械將石塊從沼澤中間向兩側(cè)；當(dāng)?shù)鼗鶖嗝鏄?biāo)高差異較大時(shí)，先從較高一側(cè)拋石再往較低一側(cè)擴(kuò)展拋石，并注意較低一側(cè)應(yīng)比較高那側(cè)多拋約3 m寬。拋石粒徑從底層往表層逐漸變小，用重型機(jī)具碾壓高出水面的石塊，碾壓后石塊表面填入粒徑較小的碎石整平，并碾壓至設(shè)計(jì)承載力要求。

拋石達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在石塊表面鋪300 mm～500 mm厚的粗砂或中砂墊層，在砂墊層上包裹鋪墊土工布后再進(jìn)行路堤填筑，如圖3所示。

圖3 拋石擠淤法處理后公路剖面圖

3.3 沼澤土處理施工要點(diǎn)

(1)測(cè)量放樣和試驗(yàn)段修筑

該項(xiàng)目為公路改建工程，烏干達(dá)當(dāng)?shù)毓凡块T(mén)提供了已有公路和周邊地勘圖。基此，在對(duì)沼澤土處理前先進(jìn)行導(dǎo)線復(fù)測(cè)和施工放樣，主要包括拋石路段路基寬度、邊樁、中樁定位。還需修筑拋石和碾壓試驗(yàn)段以確定拋石位置、拋石機(jī)械、拋石順序、碾壓機(jī)械、碾壓遍數(shù)等。

該工程的拋石位置選在沼澤邊緣，以人工拋投為主，特別大的沼澤則搭設(shè)便道和挖掘機(jī)、推土機(jī)輔助。先用挖掘機(jī)均勻分層拋投粒徑50 cm以上的石塊，直至石塊露出水面后，再用推土機(jī)將小粒徑石塊推平嵌縫。碾壓機(jī)械選用推土機(jī)、挖掘機(jī)及壓路機(jī)并輔以人工鋪平，其中推土機(jī)和挖掘機(jī)負(fù)責(zé)拋投過(guò)程來(lái)回碾壓石塊，將淤泥擠開(kāi)、石塊沉入達(dá)到穩(wěn)定；石塊穩(wěn)定后，選用18t級(jí)以上的振動(dòng)式壓路機(jī)碾壓5遍左右，碾壓過(guò)程輔以人工在石塊空隙處鋪入小石塊，直至拋石層表面平整。

(2)拋石擠淤流程

該項(xiàng)目拋石擠淤按圖4流程。堆載預(yù)壓180d目的在于讓拋石擠淤處理后路基充分沉降，達(dá)到穩(wěn)定。

圖4 拋石擠淤流程圖

4 項(xiàng)目沼澤土處理效果

采用拋石擠淤法對(duì)項(xiàng)目沼澤進(jìn)行處理后，需檢驗(yàn)效果以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。該工程根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG E60-2008)，采用現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)檢驗(yàn)處理后的地基承載力，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)堆載試驗(yàn)檢驗(yàn)地基變形情況。

現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)配備油壓千斤頂，按堆載力的1/10均勻分級(jí)加載，使用3套千分表對(duì)路基沉降量進(jìn)行觀測(cè)。檢測(cè)點(diǎn)取1#、2#、3#共3個(gè)。結(jié)果顯示，3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的極限豎向承載力分別為250 kPa、250 kPa、280 kPa，承載力特征值分別為125 kPa、125 kPa、140 kPa均滿(mǎn)足該公路改造工程的設(shè)計(jì)承載力特征值100 kPa的要求。

現(xiàn)場(chǎng)堆載試驗(yàn)[3]：袋裝粗砂堆成高度6 m、平均荷載為120 kPa的堆載物并堆載180 d。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，最大沉降量為200 mm且觀測(cè)后期沉降基本趨于穩(wěn)定，滿(mǎn)足地基設(shè)計(jì)規(guī)范基本要求。

5 東非地區(qū)沼澤土的其他工程處理方法設(shè)想

除了該項(xiàng)目中的常年性沼澤使用拋石擠淤法處置，東非地區(qū)沼澤土也可視情況采用其他處置方法：(1)季節(jié)性沼澤可用換填法處置；(2)池塘、可以施工圍堰的沼澤路段，可抽水清淤后換填；(3)厚度超過(guò)4 m的軟塑狀、流塑狀軟土，可采用拋石擠淤并配合強(qiáng)夯法；(4)高溫高鹽濱海地區(qū)可選用粉噴樁處置，但須特別注意施工參數(shù)確定；(5)項(xiàng)目選址時(shí)，盡可能避開(kāi)深層沼澤，倘若避不開(kāi)深層沼澤時(shí)，可采用排水固結(jié)、擠密樁、水泥攪拌樁等方法處置。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上，公路工程中，沼澤土危害性嚴(yán)重，常見(jiàn)的沼澤土處理方法適用情況各不相同。該公路改造項(xiàng)目路基選擇拋石擠淤的處理方法：(1)拋石擠淤原料就地取材當(dāng)?shù)氐膲K石、碎石、中粗砂；(2)拋石從沼澤中間向兩側(cè)，從高處往低處進(jìn)行；(3)拋石粒徑從底層往表層逐漸變小并輔以鋪設(shè)土工布；(4)現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)極限豎向承載力達(dá)到承載力特征值2倍左右和現(xiàn)場(chǎng)堆載試驗(yàn)最大沉降量為200mm可驗(yàn)證處理后路基承載力和變形符合要求。該處理辦法雖然取得成功，值得推薦，但絕不是東非地區(qū)沼澤地路基公路建設(shè)的唯一方法，東非地區(qū)其他沼澤土路基工程應(yīng)視各自工程具體情況采用自身工程的處置方法。