軟基換填技術在道路改擴建工程中的應用

趙攀

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

關鍵詞 中西非；軟質地基；換填；質量；安全

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 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，然而在施工過程中由于各種不良地質導致上部主體結構出現質量問題的案例也屢見不鮮，因此提高地基承載力至關重要。該文以中西非科特迪瓦西北部區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其他類似工程提供施工參考和依據，提高公路整體質量和穩定性。

1 工程概述

項目位于科特迪瓦西北部的Denguélé區，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國道連接奧迭內市與馬里邊境，B319省道連接奧迭內與幾內亞邊境。

項目所處區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，沿線主要不良地質為淺層軟土，主要分布在沿線河溝或季節性沼澤內。

2 地質情況分析

2.1 主要軟土地基類型

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

2.2 季節變化對地質情況的影響

項目所在地區為科特迪瓦國奧迭內省，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，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，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。

3 換填材料分析

換填材料選取的關鍵點，是能夠穩固基底。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，對小顆粒材料進行了放大，根據圖中所示，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（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，大小顆粒沒有優劣而言。

（5）綜合受力對比：根據以上分析，大、小顆粒受力區別主要為豎向力，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，大顆粒底部壓強要遠遠小于小顆粒。

根據分析，不難看出大顆粒材料具有更好的承載力，故基底換填應優選大顆粒材料，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、固結效果好的特點，最佳換填方案應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，對原路進行彎沉檢測，根據設計圖紙彎沉要求，對不合格點進行處理，可進行換填或采用其他補強措施，具體處理方法，需要編制方案，經業主、監理批復后實施[2]。

4.3 施工放樣

根據設計圖紙數據，進行開挖線放樣，經監理工程師復核無誤后，進行開挖。

4.4 挖除不良土質

換填深度根據實際地質情況決定，原則上是將淤泥質原狀土全部清除。但對于淤泥質厚度較大的區域，開挖深度可能大于3 m，甚至更大，遇到這種情況，根據施工經驗，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，根據施工經驗，高于100 kPa為宜，最低不宜低于60 kPa，若低于60 kPa，應繼續開挖，清除軟弱土。

開挖時，先單點開挖試坑，根據試坑內不良土質情況，初步確定開挖深度。開挖過程中，若土質情況有變，應及時進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，按照設計要求進行臺階開挖，注意保證臺階尺寸和坡度，一般尺寸為寬2 m，高1 m，臺階向內傾斜坡度為4%。

4.5 排水

開挖后，基底若存在積水，應在外側開挖集水井，將水引至集水井內，采用水泵將水排出，如圖6所示。

4.6 分層回填

（1）先進行測量放線，放樣方格網，上料時按照方格網進行，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。塊石粒徑大小應根據換填的厚度決定，如換填50 cm，塊石粒徑選擇接近50 cm，因為塊石粒徑越大，穩定效果越強。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顆粒材料提前混合好，再進行回填[3]。

注意塊石換填過程中，應使用挖掘機對塊石進行挑選擺放，較大粒徑塊石優先擺放至邊緣，并用挖掘機對其推擠，保證邊緣穩定，避免出現整體換填完成后，由于動載作用，邊部塊石滑移的現象。同時中間部位的塊石也應進行簡單的擺放，不能出現大塊石上下疊放或塊石之間形狀不契合，出現較大縫隙情況，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，上部縫隙主要靠找平層填補即可。找平層厚度可以忽略不計，只要達到找平的效果即可，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。換填厚度根據壓路機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、碎石可采用裝載機或挖掘機攤平，對于砂和土可使用平地機攤平，但必須人工輔助找平。采用光輪壓路機進行壓實，先靜壓，再振壓，塊石、碎石和砂壓實達到無下沉和軟彈為止，其他材料壓實達到要求壓實度即可。注意擴建路段，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，增加拼接處強度。

4.8 拼寬路段換填

（1）原路彎沉檢測：對于擴建路段，拼寬換填施工前，應先進行原路彎沉檢測，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，會出現一軟一硬情況，導致裂縫形成。原路彎沉值不宜大于100（單位：0.01 mm），否則建議原路進行換填。

（2）開挖臺階：對于擴建路段，原路基需要開挖臺階，形成過渡段，降低裂縫風險?？梢园凑赵O計圖紙方式開挖臺階，若設計無要求，則設置高1 m、寬2 m的臺階，臺階頂面向內傾斜4%坡度。擴建寬度較小的路段，根據實際情況，可適當減小臺階尺寸。

5 結語

該文通過對材料、地質情況、施工方法等的分析，明確軟基換填技術在改擴建工程中的實施辦法。對于復雜多變的地質情況，采用相應的換填方案，最終目的是形成穩定堅實的基礎，達到預期的承載力?；壮休d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量，實現簡單、高效的軟基處理。

參考文獻

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

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

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