高速公路软弱土路基广义换填处理技术研究

李世博

（徐州市公路工程总公司，江苏 徐州 221000）

0 引言

随着我国综合国力的提升，公路建设过程中的环境保护和可持续发展等理念越来越深入人心，如何在保证公路建设安全的同时降低建设成本、减少环境污染，成为工程建设的重中之重。与传统的软基处理技术相比，广义换填技术具有换填材料来源广、影响范围深、施工成本低、换填工期短等优势，可应用于公路软弱路基处理工程中。

本文以京沪高速为工程背景，在传统换填处理技术的基础上，通过现场试验段试验，对广义换填处理技术在实际施工过程中的可行性进行了论证，为相关工程提供一定的参考。

1 工程概况

京沪高速是一条重要的旅游通道，公路全线软弱路基段分布较多，共24段，全长累计5.78km，占全线长度的10%左右。其中软土层主要分布在沟谷、山间洼地及盆地走廊带等，公路全线以丘陵山地为主，局部有浅层软土赋存。软土分布较浅，以淤泥质土和粉质黏土为主，多呈带状或点状分布，埋深多不超过3m，但较深处可达到15m左右，厚度3～7m，具体物理性质如表1所示。

表1 软土物理力学特性指标

2 广义换填处理技术

广义换填处理技术是以传统换填技术为基础，在设计上与规范更一致、在施工操作上与习惯更相符的一种公路软弱地基处理方法，常见的手段有清除填筑、换填+挤淤等。

2.1 广义换填方法形式

考虑到公路路基周边的地形地貌及软弱土的存在形式与类型等因素，广义换填处理手段主要有清除填筑、换填+挤淤及整体换填等方式。

2.1.1 清除填筑

清除填筑对于软弱层厚度在0.5～3.0m之间，且下卧层为砂性粉土或强风化岩，路基两侧不存在如鱼塘、农田或人工形成的软弱土层等约束条件的软弱地基，处理效果较好。软弱层的土性为非沉积性软弱土，存在形式为零星状或者条形状都具有良好的处理效率，清除表面软弱土层后即可利用换填材料进行填筑，具体施工流程为：

（1）利用测量仪器进行测量放样，确定换填范围；

（2）选择合理位置开挖排水沟，清干现场地表水；

（3）开挖软弱土层，将开挖后的软弱土弃至指定弃土场；

（4）开挖到指定位置后，对基地承载力进行检测，满足承载力要求后，分层回填换填材料（强风化土即可），并碾压至设计标高；

（5）质量检验。

2.1.2 整体换填

整体换填的施工流程与清除填筑相似：施工测量放样→排水→挖除淤泥→换填片石和强风化土→分层回填→质量检验。基地承载力满足施工要求后，需要利用片石进行换填，另外为保证换填后路基稳定性，在换填顶面采用铺设砂垫层或晾晒等方法提高软弱土层的承载力，以满足上层填料填筑荷载的要求。

换填+挤淤处理措施和整体换填处理相比，增加了抛石挤淤工序，并且减少了对软弱土层顶面处理的技术，其适用范围为软弱土层厚度小于6m、路基填筑层高度不大于8.0m且路基两侧存在侧向约束的双坡山谷地形锅底状软弱土层，软弱层土体性质为流塑状和软塑状。具体施工流程为：

（1）确定换填范围，清除地表杂填土并抽干地表水；

（2）利用挖机开挖2.0～3.0m，然后利用隧道弃渣挤出淤泥，无需开挖全部软弱下卧层，降低工程造价；

（3）反复碾压加入的块石，并利用振动压路机碾压至表面无明显的轮迹；

（4）上部回填工作，如图3所示。当地下水位较浅时，回填材料可选择透水性较好的碎石、石渣等；无地下水位影响时，回填材料选择强风化岩、碎石即可。

2.2 广义换填方法选择影响因素

2.2.1 路堤断面与软弱土层相对位置

路堤断面与软弱土层相对位置不同，路基侧向土体对软弱地基的约束力大小就不同，选择的广义换填处理方法也不同：层状软弱及零星状土层可采用清除填筑；条状斜坡软弱土层适用整体换填。同时，路堤断面与软弱土层相对位置也是影响路基整体稳定性的主要因素，如对于山凹状地形，当路基主要位于软弱层以上时，路基侧向土体对地基的侧向约束力减小，容易发生路堤滑移。因此，实际施工中应首先确定路堤断面与软弱土层之间的相对位置，以选择合理的广义换填处理方法，确保施工质量。

2.2.2 换填材料

与传统的换填处理技术相比，广义换填处理技术对换填材料的要求较低，扩大了换填材料的来源范围，降低了施工材料的运输成本，且减少了对施工周边环境的影响。在施工开始前，应充分利用该特点，尽量选取开挖弃渣作为换填材料，以降低工程造价，节约资源。

2.2.3 地下水位

广义换填处理技术虽然对换填材料的要求较传统换填技术低，但在进行换填施工时需注意，施工环境需要保证干燥，当路堤施工在地下水位线以下时，非透水材料难以满足施工要求。因此，在利用清除填筑、部分换填等广义换填处理手段进行施工时，需重点考虑换填材料的透水性、水稳定性及地下水位线与路堤范围之间的位置关系，必要时可以采取抽水、降水等措施。

3 试验段处理结果

在进行广义换填处理软土路基的施工过程中，从填筑开始到路面施工结束都需要对路基的沉降与稳定性进行监测。进行监测前，需要选择具有代表性的工点作为试验段，并合理选择观测点，观测点的选择原则为：

（1）观测部位方便人员观测，监测数据容易反馈；

（2）一般部位每隔100～200m设置一个监测面，重点部位如桥头路段应适当增加监测断面，设置2～3个监测断面；

（3）对于临近河流且稳定性差的临空面，还需要进行地基土体的水平位移；

（4）测点的设置不仅要根据设计的要求，同时还应针对施工中掌握的地质、地形等情况增设。

3.1 监测方案

根据试验段路基的断面形式及地形地貌选择不同的广义换填处理技术，并结合路基监测的目的及相关规范，对试验段施工前后路基表面沉降观测与深层水平位移进行观测，监测时的布设示意图如图1所示。

图1 路基断面观测点布置图

选取3个典型试验段断面，分别采用清除填筑、整体换填及换填+挤淤进行软基处理，通过监测手段分析不同软基处理手段下路基的稳定性及工后沉降，不同监测工况如表2所示。

表2 不同工况下监测方案

3.2 监测结果

3.2.1 清除换填监测结果

K52+300断面采取清除换填处理方法，清除换填不同填筑材料后路基中线的沉降曲线如图2所示。

由图2可知：

（1）在换填初期，路基填料突然受到外荷载的作用，发生的沉降量较大，故需要加大观测频率，随着路基碾压的进行，换填材料的密实度逐渐增大，沉降量变化幅度减小，故可适当降低观测频率；

（2）由沉降变化曲线可以看出，换填后路基的沉降值先增加后趋于稳定，且主要沉降量发生在施工后的前100d。随着软土层固结，在外界荷载作用下，路基沉降值变化不明显；

（3）清除换填后路基的最终沉降量为24.2cm，小于相关规范中容许工后沉降量，符合标准。另外，在进行换填时，在软基中铺设了土工格栅，有效地分布了上部路基传递的荷载，提高了路基的整体稳定性，减少了不均匀沉降的发生。

图2 清除换填处理路基中线沉降值

当路基软弱层厚度不大于3m时，可直接采用清除换填，换填材料可因地制宜的选取换填材料，若路堤填筑高度也较低，可直接按照路堤填筑要求填筑。

3.2.2 整体换填监测结果

K71+200断面处路基软弱层厚度大于3m且小于6m，因此采用整体换填的处理方法。表3为采用不同换填材料的情况下，路基整体换填后的沉降值及稳定性结果。

表3 沉降值及稳定性结果

由表3可知：

（1）不同换填材料情况下，路基的沉降值表现与清除换填相似，均为先增加后趋于稳定，换填材料为石渣时，路基中线的累计沉降值为25.1cm；换填材料为碎石时，路基中线的累计沉降值为25.9cm；换填材料为强风化岩时，路基中线的累计沉降值为26.3cm；换填材料为素填土时，路基中线的累计沉降值为27.0cm；

（2）不同换填材料情况下，路基中线累计沉降值的最大差值仅为2.0cm，这是由于不同换填材料的差异沉降主要是由换填材料本身自重不同导致的，对路基工后沉降值影响不大。

（3）不同换填材料情况下，路基的安全系数均大于1，且最大差值为0.03，因换填材料不同给路基稳定性带来的影响可忽略不计。

3.2.3 换填+挤淤监测结果

K52+300断面处路基软弱层厚度略大于6m且为锅底形分布，因此采用换填+挤淤的处理方法，首先清除上部3.0m后软弱土层，3.0m以下采用抛石挤淤处理，比较不同换填材料下，路基中线沉降值与安全系数，如表4所示。

由表4可知：

（1）不同换填材料情况下路基的沉降值和安全性系数均表现为：当换填材料为石渣时，路基沉降值为46.9cm，安全系数为1.254；当换填材料为碎石时，路基沉降值为47.6cm，安全系数为1.261；当换填材料为强风化土时，路基沉降值为48.9cm，安全系数为1.272；当换填材料为素填土时，路基沉降值为50.4cm，安全系数为1.263。不同换填材料下，路基的累计沉降值在50cm左右，最大差异沉降值小于4.0cm；

表4 沉降值及稳定性结果

（2）换填材料的压实度和水稳定性均保持较好，不同换填材料下路基的沉降值差异不大，另外，由于对3.0m以下软弱层只进行了抛石挤淤处理，处理效果不及整体换填技术，故最终沉降值大于工况二；

（3）不同换填材料情况下路基的安全性系数差异很小，故可忽略不计。

4 结语

本文以京沪高速为工程背景，在传统换填处理技术的基础上，对广义换填处理技术的方法及影响因素进行了介绍，并通过现场监测的方式，对不同广义换填手段下不同换填材料对路基沉降的影响进行了研究，以此论证了广义换填处理技术在实际施工过程中的可行性。实践表明，广义换填处理技术具有良好的应用前景。