換填法在市政工程軟土地基處理中的應(yīng)用

楊柳紅

（福建安華發(fā)展有限公司，福建 南平 363005）

0 引言

軟土地區(qū)市政道路因承載力不足極易出現(xiàn)路面不穩(wěn)定、路基不均勻沉降以及水平位移等問題。軟土地基的處理，常用的技術(shù)有換填法、強(qiáng)夯法、化學(xué)加固法、堆載預(yù)壓法等，工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)地形地貌、地層成因類型、巖土性質(zhì)、產(chǎn)狀與分布情況、軟土地基厚度、地下水類型和分布情況、軟土的物理力學(xué)性質(zhì)、材料場地情況以及工程級(jí)別等因素，選擇合適的軟土地基處理方法。換填法具有施工工藝簡單，可就地取材，效果好，速度快，不需要特殊機(jī)械設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，在軟土地基處理中應(yīng)用頻率相對(duì)較高。本文僅對(duì)換填法技術(shù)用于在市政工程軟土地基的處理進(jìn)行分析。

1 市政工程軟土地基的危害

軟土一般指在靜水和緩慢流水環(huán)境中沉積，以黏性土為主并伴有微生物作用的近代沉積物，多分布于江、河、海洋沿岸、內(nèi)陸湖泊、池塘和多雨的洼地，如淤泥和淤泥質(zhì)土、沖填土、泥炭土和沼澤土等，淤泥和淤泥質(zhì)土是軟土中較為主要的類型。軟土地基具有流動(dòng)性強(qiáng)，天然含水量高，孔隙比大，壓縮性高，抗剪強(qiáng)度低，固結(jié)系數(shù)小，固結(jié)時(shí)間長，透水性差，物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)[1]。

相對(duì)于普通地質(zhì)的基礎(chǔ)，未經(jīng)處理的軟土地質(zhì)強(qiáng)度低，若在這類地基上建造多層建筑物，由于荷載偏心或軟土層厚薄不均，分布不一容易引起沉降，沉降量過大可能導(dǎo)致建筑物傾斜，墻體開裂，甚至倒塌，相鄰建筑物過近或相鄰建筑物荷載差異過大也可能會(huì)出現(xiàn)傾斜；軟土含有大量水分，固結(jié)程度很低，并有明顯的觸變性，且軟土地基的欠固結(jié)土或大面積填土產(chǎn)生負(fù)摩擦力引起的沉降會(huì)嚴(yán)重影響路面的平整度，影響道路通行能力和安全性，路基路堤還可能會(huì)隨著軟土地基一起產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象，從而使整個(gè)路面遭受到破壞。

2 換填法在市政工程軟土地基處理中的應(yīng)用

為保障市政工程道路的安全實(shí)施，需對(duì)軟土地基進(jìn)行相應(yīng)的處理。換填法又被稱為置換法，指的是先開挖掉基礎(chǔ)底面以下的軟弱土層，回填強(qiáng)度較高且壓縮性較低的土料、碎石料、灰土料或礦渣土等材料，分層夯實(shí)，形成堅(jiān)硬的墊層基礎(chǔ)，利用墊層的高強(qiáng)度和低壓縮性，以及擴(kuò)散附加應(yīng)力的性能，提高地基承載能力。換填深度一般在3m以內(nèi)，不應(yīng)小于0.5m[2]，若換填的墊層太薄，效果不明顯；若太厚，工期較長，工程造價(jià)高，不經(jīng)濟(jì)。按照材料的不同可以將換填法中的墊層分為砂墊層、碎石墊層、砂卵石墊層等類型。換填法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、雜填土、松散素填土等地基處理。

以福建省漳州市草寮街拓通工程為例對(duì)換填法在市政工程軟土地基處理中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.1 工程概況

草寮街拓通工程為市政工程施工項(xiàng)目，位于福建省漳州市薌城區(qū)，道路全長493.52m，西起元光南路，東至丹霞路。工程紅線寬度為20m，設(shè)計(jì)行車速度為20km/h。其中元光南路至元江路為新建路段，元江路至丹霞路為改建路段。工程為城市支路，施工內(nèi)容包括排水工程、道路工程、交通工程、照明工程、綠化工程等，其中道路路面為瀝青混凝土面層，雨水管道為鋼筋混凝土管，污水管道為HDPE纏繞增強(qiáng)管。

工程所在地靠近九龍江西溪段，沿線地段為沖洪積階地地貌，有大量高含水率淤泥與淤泥質(zhì)黏土，軟土地基分布較為深厚，地勢(shì)低洼，經(jīng)常出現(xiàn)大面積積水的現(xiàn)象，地表常年較為潮濕；施工期間正值漳州多雨頻發(fā)的季節(jié)，同時(shí)周邊小區(qū)密集，人口活動(dòng)頻繁，需要采取各種雨期施工的措施。軟土地基的處理成了該工程的首要任務(wù)。

根據(jù)鉆探揭露的地層情況，該路段地基土自上而下分為人工成因（Qml4）素填土，沖洪積成因（Qal+pl4）粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、細(xì)砂、淤泥質(zhì)黏土和圓礫，殘積成因（Qel）砂質(zhì)黏性土，下伏基巖風(fēng)化層等，這些軟弱土層無法滿足該市政道路的建設(shè)需求，因此需要利用級(jí)配碎石將淤泥與淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行置換（如圖1所示）。

圖1 路基換填碎石平面布置圖

2.2 施工準(zhǔn)備

在進(jìn)行換填施工之前，應(yīng)做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。

（1）材料準(zhǔn)備。例如草寮街工程換填的級(jí)配碎石采用5～40的天然級(jí)配，最大粒徑不大于50cm，含泥量應(yīng)小于5%，針片狀含量小于20%進(jìn)行換填，不得含有草根、樹葉等雜物，中間加鋪兩層土工格柵，土工格柵采用拉伸型雙向聚丙烯（TGSG40-40），每延米縱向抗拉屈服強(qiáng)度不小于40kN。

（2）設(shè)備準(zhǔn)備。不僅需要適合施工工藝的要求，也同時(shí)需要滿足施工進(jìn)度的要求，提高軟土地基處理的機(jī)械化水平，如挖掘機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)、打夯機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等設(shè)備。

2.3 施工要點(diǎn)

（1）工藝流程：檢驗(yàn)材料質(zhì)量-分層鋪筑-灑水-碾壓或夯實(shí)-找平驗(yàn)收。

（2）作業(yè)人員采用排水溝降水的方法，在路基兩側(cè)開挖排水溝，將地下水位降至基礎(chǔ)底面以下500mm，確保施工期間排水通暢，避免基坑受水浸泡。利用挖掘機(jī)等設(shè)備開挖基坑，盡量避免擾動(dòng)基底土，減少對(duì)基底土的破壞，避免其強(qiáng)度的降低。為了避免超挖現(xiàn)象可以通過預(yù)留300～500mm由人工開挖，或者出現(xiàn)了超挖，在標(biāo)高允許的情況下可適當(dāng)調(diào)整碎石墊層的高度。整平過程中，任何車輛不得通行。

（3）換填前，先進(jìn)行驗(yàn)槽工作，確保浮土清除干凈，邊坡穩(wěn)定，待五方簽認(rèn)后方可進(jìn)行下一步的工序。回填應(yīng)及時(shí)，坑底土不易暴露過長時(shí)間或受水浸泡，并防止作業(yè)人員踩踏。

（4）碎石墊層可有效提高地基承載力，避免地基破壞，減少沉降量，加速軟弱土層的排水，避免地基土的塑性破壞，防止凍脹等作用，可見，換填法的主要作用是改善軟土地基的承載力并減少其沉降。這一主要目的通常是通過換填的材料質(zhì)量和墊層的壓實(shí)度來實(shí)現(xiàn)。把填料的級(jí)配、壓實(shí)度作為控制的重點(diǎn)，做好這兩個(gè)方面的雙控工作，是控制墊層施工質(zhì)量的最佳手段。

根據(jù)同一標(biāo)高處軟弱土層的容許承載力計(jì)算厚度，確保碎石墊層底面處土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和小于或等于軟弱土層的容許承載力。若將承載力設(shè)置得過高會(huì)加大墊層的厚度，降低施工合理性。若厚度太小會(huì)影響換填法的施工效果。草寮街工程軟弱土層的容許承載力在60~80kPa之內(nèi)，且壓縮模量為3MPa，所以需要將碎石墊層地基容許承載力設(shè)置為100~200kPa，將碎石墊層的厚度控制在1m之內(nèi)（見圖2）。

圖2 碎石墊層的結(jié)構(gòu)示意圖

（5）采用分層鋪筑的方式進(jìn)行回填作業(yè)，在回填周邊設(shè)標(biāo)高控制樁，利用水準(zhǔn)儀在每層攤鋪后測(cè)量厚度，將每一層控制在150~200mm，不宜超過300mm的厚度，為確保路基邊緣的壓實(shí)度，兩側(cè)各超寬150mm。先用推土機(jī)根據(jù)測(cè)量放樣的標(biāo)記進(jìn)行初步整平，推土機(jī)難以工作的部位，人工進(jìn)行整平。發(fā)現(xiàn)砂窩或石子成堆的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)將砂子或石子挖出，再分別填入級(jí)配好的碎石。整平時(shí)如有局部凹陷，路基兩側(cè)邊線、左右半幅銜接處都需人工進(jìn)行找平。

（6）在換填的級(jí)配碎石中可增設(shè)各種類型的加筋材料，如土工布、土工格柵等，形成復(fù)合墊層，提高結(jié)構(gòu)層的擴(kuò)散應(yīng)力，使壓縮應(yīng)力分布均勻，增強(qiáng)墊層整體性和剛度，減小不均勻沉降，同時(shí)還能約束側(cè)向變形。草寮街拓通工程鋪設(shè)兩層土工格柵，施工時(shí)土工格柵均勻張拉，相鄰兩幅格柵在交界處的搭接用扎絲綁扎，綁扎間距50cm，縱向搭接寬度為15cm，張拉緊后用U型鋼釘定位，間距為1.5cm。鋪設(shè)土工格柵后，應(yīng)及時(shí)攤鋪上層材料，材料不宜直接卸在土工格柵上，卸料的高度不超過1m，避免造成局部承載能力不足。

（7）碾壓前檢測(cè)材料鋪設(shè)后的高程，橫坡及平整度合格后，根據(jù)施工現(xiàn)場的天氣情況，適當(dāng)灑水以保持材料的最佳含水量，及時(shí)進(jìn)行壓實(shí)工序，碾壓順序?yàn)椤跋鹊秃蟾摺⑾容p后重，先靜后動(dòng)，先慢后快”，壓實(shí)應(yīng)連續(xù)作業(yè)。根據(jù)不同的換填材料選擇不同的施工機(jī)械。該工程采用12T壓路機(jī)進(jìn)行分層碾壓密實(shí)，控制碾壓的速度，第一遍碾壓時(shí)需要進(jìn)行1~2次碾壓（不開震動(dòng)），以免擾動(dòng)基底土，第二遍碾壓4~6次（開震動(dòng)），增強(qiáng)壓實(shí)度。邊角或壓路機(jī)難以碾壓到的部位采用打夯機(jī)進(jìn)行夯實(shí)，落距保持在400~500mm，每一夯壓半夯進(jìn)行夯實(shí)，一般不少于3遍，需注意各墊層搭接部位壓實(shí)度的控制。壓路機(jī)進(jìn)行及停車時(shí)應(yīng)錯(cuò)開，間距不小于3m，停車時(shí)應(yīng)停在已經(jīng)碾壓好的路段上，不得急轉(zhuǎn)彎、調(diào)頭等，壓實(shí)度的要求如表1所示。

表1 路基壓實(shí)度（重型標(biāo)準(zhǔn)）

（8）根據(jù)監(jiān)測(cè)要求，利用沿著墊層周邊設(shè)置的標(biāo)高控制樁進(jìn)行沉降度的測(cè)量，每次回填前后利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，記錄原始標(biāo)高和沉降值，沉降差應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。

2.4 質(zhì)量檢驗(yàn)

碾壓成型后除及時(shí)對(duì)壓實(shí)度進(jìn)行檢驗(yàn)外，還需對(duì)平整度、厚度、寬度等項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)（見表2）。

表2 各檢測(cè)項(xiàng)目表

施工過程中的主要材料、路基填料的承載比（CBR）、軟土地基加固后的承載力檢驗(yàn)、路基填筑壓實(shí)度、道路彎沉試驗(yàn)等都是主要的控制要點(diǎn)。

3 結(jié)束語

綜上所述，地基是市政道路工程的基礎(chǔ)，決定了整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量。市政工程地質(zhì)條件不佳，可以通過換填法的應(yīng)用有效改善地基土的變形特性、滲透性，顯著提高地基承載力，工后實(shí)現(xiàn)沉降顯著下降，地下水干擾變小，地基土壓縮性降低等預(yù)期效果。因此，在市政工程軟土地基處理過程中，應(yīng)結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)與軟土的特性，依據(jù)經(jīng)濟(jì)性、有效性原則，選擇適宜的軟土地基處理技術(shù)，充分發(fā)揮軟土地基處理技術(shù)效果，確保市政道路施工作業(yè)的順利開展。