高速公路路基设计软基的处理技术分析

摘要 为研究软基技术在高速公路路基设计中应用，文章以某高速公路建设工程为研究对象，首先，介绍工程的实际情况，并针对工程地质勘察结果设计了施工方案；其次，结合工程实际情况，对比不同软基处理技术的优点，选择最佳软基处理方式（换填法）；最后，分析换填法施工技术要点。结果表明，换填法在软土路基的处理中效果显著，换填层的承载力、沉降变形均满足设计要求，对于类似工程建设有着十分重要的参考作用。

关键词 高速公路；路基；软土地基；碎石土

中图分类号 U416.1 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）04-0138-03

0 引言

在经济全球化的背景下，我国经济发展的速度也逐渐加快，高速公路作为我国交通运输网的重要组成部分，其建设质量直接影响着我国经济的发展。因此，提升高速公路建设质量具有一定的社会效益与经济效益。目前，我国高速公路工程建设规模不断增大，但是由于建设环境较为恶劣，普遍在山区以及盆地之间，导致高速公路建设难度增加。软土地基作为高速公路建设过程中常见的一种土质，其抗剪强度相对较低，在外界荷载作用下易发生不均匀沉降问题，故软土地基的加固尤为重要。换填技术作为现阶段较为常见的一种地基处理方式，具有耗材少、施工便捷等优势，被广泛应用于浅层软土的处理中^[1]。对于此项技术而言，主要是將路基基础中的软土层挖出，采用具有一定级配的碎石进行分层回填并碾压，确保回填碎石的承载力符合设计要求。有研究指出，换填法可用于长期积水且存在淤泥的路段换填，效果较为显著^[2]。

基于此，该文以某高速公路建设工程为例，对碎石土换填技术在软土地基中的应用进行分析，首先对工程区域的地质条件、水文条件进行分析；其次，结合工程的实际情况，选择合适的地基处理方式，最终确定采用碎石换填技术，并计算换填土的深度与宽度；最后，介绍具体施工流程，并提出相应的质量控制方案，以期为类似工程提供相应的参考。

1 工程概况

某高速公路全长38.8 km，项目区地处四川盆地东部，构造剥蚀丘陵地貌，此外还有少量侵蚀堆积河谷地貌道路沿线为起伏相对较小的耕地与小山丘，道路经过富水区域，地层构造较为简单，地质条件相对较好。地表水主要来源于大气中，水流量相对较小，雨季水位上涨较快^[2]。沿线走廊带为红层地区，地貌上属低山地貌，沟谷发育，沟槽宽缓，谷底或缓坡平台处堆积残坡积粉质黏土。在水田、塘及河堰区域，多常年积水，排水不畅，受地表水浸泡，多呈软塑～流塑状，形成软弱地基土。

2 施工方案设计

对于该工程而言，其工期为三年，道路等级为高速公路，设计速度为120 km/h，路基宽度为34.5 m，路面厚度88 cm，主要技术指标详见表1。

经过现场勘查得知，填土与浅层软土地基承载力较低，难以满足设计要求（≥125 kPa），为有效提升道路的承载力，需对软土层进行处理^[3]。现阶段常用的软土地基处理方式主要分为排水固结法、碎石桩法、换填法等。但是，排水固结法、碎石桩法难以用于该项目的路基处理，故该工程决定采用换填法对软土地基进行处理，换填材料选用粒径为5～60mm重度为16 kN/m³的碎石土。

3 碎石土换填理论计算

3.1 碎石土换填层埋置深度

在开展换填施工的过程中，需确保换填土的厚度与承载力满足施工设计要求，在通常情况下，垫层厚度在0.5～3 m范围内。对于该工程而言，碎石土换填的垫层厚度需满足下卧层强度要求，即：

P_z+P_cz≤f_az（1）

式中，P_z、P_cz、f_az——为垫层底面附加应力值、垫层底面处碎石自重应力值、修正后地基承载力设计值（kPa）。

其中，P_z可通过应力扩图形计算。根据岩土勘察报告，粉质黏土层承载力特征值f_az为93 kPa。由于垫层厚度控制在0.5～3 m范围内，假设碎石垫层压力扩散角θ为30 °，此时换填厚度可表示为：

P_z+P_cz=bL（P?P_c）/[（b+2ztgθ）（L+2ztgθ）]≤93 kPa（2）

通过上述计算得知，在压力扩散角θ为30 °时，z为2.1。因此，换填层厚度定为2.1m时，可确保P_z+f_az≤同一标高处软土层的容许承载力。

3.2 碎石土换填层宽度确定

在开展换填施工的过程中，为确保路基满足设计要求，需对换填层的宽度进行设计，只有确保设计的合理性，才能确保在应力扩散过程中填层材料向两侧挤动。若宽度设计不合理，将会导致基础下沉的概率变大^[4]。针对此种情况，该文通过扩散角法确定换填层的扩散度。在通常情况下，换填层顶面需超出基础底面0.3 m，故在宽度设计过程中，宽度b′需满足基础底面压力扩散要求，即：

b′≥b+2ztgθ （3）

对于该工程而言，路基设计宽度为34.5 m，选用碎石土作为换填材料，不仅具有较强的换填强度，而且还具有较大的变形模量，稳定性相对较高。因此，换填层宽度设计过程中，两侧应路基宽度1.04 cm，因此将换填层宽度确定为34.5 m+1.04 m+1.04 m=36.58 m，换填宽度取37 m。

3.3 换填后地基承载力计算

当换填层厚度处于0～4 m范围之间时，地基承载力的计算需考虑换填土层的自重、路面荷载、车辆荷载^[5]。对于该工程而言，碎石土的重度为16 kN/m³，路面设计厚度为80 cm，重度为17 kN/m³。车辆荷载可通过均匀分布的方式，将其分布在四个轮胎上，轮胎与路面接触面看似一个矩形（如图1所示），每个轮胎与路面接触的面积为0.12 m²。

此时，通过Boussinesq方程计算得：

通过计算得知，在换填层厚度为2.1 m，压力扩散角为30 °的条件下，σz为133 kPa。由此得知，地基承载力满足设计要求^[6]。

3.4 地基变形计算

根据《公路路基设计手册》规定，对地基变形情况进行计算，取P_c∶f_az=1∶2，此时有效压缩层厚度为2.1 m，各土层的沉降值可通过分层总和法计算，结果详见表2。

通过分析表2中的计算结果得知，地基中心点的整体沉降为14.30 mm，符合《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）容许沉降≤0.3 m的要求^[7]。

4 碎石土换填层施工技术

4.1 施工工艺流程

施工流程如图2所示。

土方开挖。对于该工程而言，土方开挖主要通过挖掘机进行，在开挖之前，首先将路基附近的積水排除，然后通过挖掘机将深度为1 m的软土层挖出。

基底清理。在将软土挖出后，将基底中多余杂质清除干净，并对其进行平整和碾压处理。

回填料准备。从施工现场附近开采粒径为5～60 mm的碎石土，并将其运输至施工区域。

分层填筑。采用分层填筑的方式进行填筑，填筑时，每层厚度需控制在20～30 cm范围内。在填筑完成后，采用自重为20 t的振动压路机碾压，在此过程中，需严格控制每层压实度，通常超过95%为宜。

4.2 质量控制措施

（1）在施工前，需在路基周围以及中间增设排水沟，确保施工过程中排水畅通。同时，根据施工现场地形条件，在软基路段增设纵横向排水沟，对于部分排水难度较大的路段，可采用集水坑的方式，将路基中的积水汇集并将其抽出，避免影响施工质量，确保后续路基处理施工顺利开展。

（2）为避免施工时基坑中积水，可采用分段逐步从大小桩号两头同时开挖换填施工的方法，在确保施工正常进行的同时，确保施工质量符合要求。

（3）由于换填土的含水率对施工质量影响较大，在实际施工过程中，需将其含水率控制在合理的范围内，在提升道路换填压实质量的同时，有效提升整体施工质量^[8]。

（4）在分层压实过程中，需确保换填土的含水率处于最优状态。同时，还需严格控制压实厚度与压实度，通常情况，每层压实厚度超过30 cm为宜，压实度超过95%为宜。在填筑压实过程中，需严格控制松铺系数，通常小于30 cm为宜。

5 施工效果

在施工完成后，对施工质量进行检测。通过验收后得知，通过上述施工方法处理软土路基具有显著效果，且换填层的承载力、沉降变形满足《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）要求。

6 结语

为研究高速公路建设工程中的软土地基处理技术，该文以某高速公路待建工程为例，对换填法在软土地基处理中的应用进行了深入分析，并提出相应的施工控制措施。施工效果表明，此种方法可有效改善路基承载力，降低路基沉降变形值，对于提升高速公路施工质量有着十分重要的作用。

参考文献

[1]李晨. 关于软土地区高速公路拓宽项目地基处理的探讨[J]. 科技创新与应用， 2021（31）： 80-83.

[2]耿晓栋. 高速公路工程软土地基处理土工格栅技术[J]. 四川建材， 2021（6）： 144+146.

[3]赵霄. 高速公路工程施工中软土地基处理技术研究[J]. 工程建设与设计， 2021（13）： 208-210.

[4]张昊， 黄绪岭. 高速公路路基设计及软土地基处理研究[J]. 建材发展导向（下）， 2021（3）： 144-145.

[5]楚宇. CFG桩技术在高速公路软土地基处理中的应用[J]. 交通世界， 2023（14）： 55-57.

[6]陈峰. 高速公路软土地基处理对策的相关分析[J]. 价值工程， 2018（16）： 154-156.

[7]朱熙. 探析高速公路路基设计及软土地基处理[J]. 中国公路， 2019（16）： 106-107.

[8]黄华月. 高速公路路基设计及软土地基处理对策分析[J]. 建材发展导向（上）， 2019（1）： 156-157.

收稿日期：2023-12-05

作者简介：卢华诚（1989—），男，本科，工程师，研究方向：道路设计。