换填垫层法在公路软基施工中的应用

吕永涛?王东珂

摘 要：软基是公路中的常见现象，会降低公路的承载力，影响公路整体的质量，给车辆通行带来不便，严重的话会造成较大的经济损失和安全事故。在加固软基的时候，经常使用换填垫层法，能够增强公路结构的稳定性，提高行车的安全性。基于此，本文详细分析了这项施工技术的具体内容，希望能够起到良好的施工效果，以供参考。

关键词：换填垫层;软基处理;应用

换填垫层作为当今公路施工中重要的施工技术，在各种工程公路中得到了广泛的应用，并取得了非常理想的施工效果。这种施工方法主要是将公路软基基础中薄弱的土层进行剔除，然后想起回填土质较强的土层，以此来提高公路基础的承载力。其次，垫层材料是软基处理工程中关键的因素之一，其质量的好坏将会直接影响到土层的回填效果。因此，施工单位必须对垫层材料进行严格的质量把关，确保其使用品质。下面，本文就对换填垫层法在软基处理中的应用进行初探分析，重点阐释了换填垫层法的重要作用，希望能够提高公路工程的质量。

1 软土的定义及其特性

软土一般指天然含水量大、压缩性高、承载能力低的一种软塑到流塑状态的黏性土[1]。如：淤泥、淤泥质土、粉土、泥炭以及其他高压缩性饱和黏性土等。软土主要特征是：天然含水量高达45%～50%，大于液限，天然孔隙比≥1，压缩性高（0.5～1.0MPa-1），强度低，渗透系数小。因此，软土具有如下工程性质：

第一、触变性。当原状土受到震动以后，破坏了原来的结构连接，降低了土的强度或使土变成稀释状态。触变性大小通常用灵敏度来表示，其值一般在1～3之間，个别可达8～9。第二、流变性。软土除固结会引起变形外，在剪应力作用下，土体还会发生缓慢的、长期的剪切变形。这对结构物地基的沉降有较大影响，对边坡稳定性不利。第三、高压缩性。软土是属于高压缩性的土，压缩系数大。这类土的大部分压缩变形发生在垂直压力为100kPa左右，往往导致路基沉陷。第四、低强度。由于其具有上述特性，其强度一般很低。其不排水抗剪强度均在20kPa以下。第五、低透水性。软土透水性能弱，一般垂向渗透系数在10-6～10-8之间，对地基的排水固结不利，这将导致路基在很长时间内都会出现沉降。第六、不均匀性。由于沉积环境的变化，黏性土层中常夹有厚薄不等的粉土使沉降在水平和垂直分布上有所差异，因此路基将会出现差异沉降[2]。

2 换填垫层法在软基处理中的应用作用

1）增大地基的承载能力。通常情况下，公路软基层的承载能力的大小是与基础下部分的抗剪强度有着直接的关联。这时，施工单位只要选择抗剪强度较高的垫层材料，以此来取代软弱的土层部分，就可以大大增强地基的承载能力，极大的保障了公路的可靠度。其次，由于换填后的垫层具备很好的密实性，能够将地基压力逐步延续到下卧的软土层中，有效的减少软弱地基的承载压力，避免地基受到外力的影响，发生形变。

2）降低沉降量。可以说，软基部分的沉降量占据了总沉降量比例中的绝大部分，严重影响了公路的使用性能，很容易发生公路倒塌的情况，极大的威胁了人们生命财产的安全。因此，为了防止这一问题的发生，很多施工单位都会采用密实度较强的砂石或土层对软基部分进行换填及垫层处理，这样不仅有效提高了地基的强度，还对沉降量进行了有效的控制。此外，换填后的垫层能够起到理想的扩散作用，可以迅速减轻基础下卧的应力，从而降低了基础下卧的沉降量。

3）加速软弱层排水固结。由于砂石垫层材料具备较好的透水性能，那么，即使软基部分受到压力的作用喜爱，垫层也可以达到理想的排水效果。这样就可以快速排除基础受压后存在的水含量，从而加快了软弱土层的固结速度，尽可能将损坏程度降到最低。

4）防止冻胀。因为大多数的垫层材料的孔缝隙较大，一般不会发生毛细管堵塞情况。对于一些寒冷地区的工程项目，有着关键性的作用，有效的防止了垫层材料在使用过程中出现冻胀的现象。

3 垫层材料选择

垫层材料可选择级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砂砾、圆砂、卵石和碎石等。这些材料颗粒的不均匀系数应为d60/d10≥5，最好为d60/d10≥10，且不含植物残体、垃圾等杂物，含泥量不应超过5%。如用在排水固结的垫层，其含泥量不应超过3%。用粉砂做填土材料时，因不容易压实，而且强度也不高，所以，应掺入25%～30%的碎石或卵石，以使其分布均匀，最大粒径应不大于5cm。碾压或者夯振动功能过大时，最大粒径不大于8cm。此外，对于湿陷性黄土地基的垫层，不得选用砂石等渗水材料作为换填材料。

4 软基处理中常见的换填垫层法

通常来说，由于不同类型的工程项目的公路需求不同，对于换填垫层法的选择方面也存在较大的差异。而在实际的应用过程中，施工单位都会根据实际的施工情况，并按照垫层材料来决定最终的换填垫层技术和方法，以此来确保换填垫层的施工质量。因此，本文就具体归纳了在软土地基中常见的换填垫层法。

1）灰土垫层。这种换填垫层法主要是将建筑地基中软弱土层挖出，并根据实际施工情况，按照比例要求，将水和灰土进行混合比，并使其保持在合适的水含量范围内，再将其重新填入到分层中，进行压实工序。但是，灰土垫层只能适用于1m-4m内的软弱图层中，尽量选择复合型材料，促使换填垫层施工的顺利开展，确保公路地基结构的稳定性。

2）素土垫层。素土垫层是先挖去基坑下的部分或全部的软弱土，然后回填素土分层夯实而成。素土垫层常用于处理湿陷性黄土和杂填土地基。素土垫层的土料一般为粘性土，施工时要求基坑无水，干燥最好。进行夯（压）实施工时，应使素土的含水量接近于最优含水量，最优含水量一般通过室内击实试验确定，也可以采用Wop±2%作为施工控制含水量（Wop为土的最优含水量）。

3）砂和砂石垫层。砂和砂石垫层是先挖去基坑下的部分或全部软弱土层，然后将良好级配的砂或砂石分层夯实回填而成。适用于淤泥、淤泥质土、杂填土及暗河、暗塘。由于砂及砂石有透水性，因此不适用于湿陷性黄土地基。砂和砂石垫层一方面因砂和砂石材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度，避免地基上塑性破坏;另一方面，因其材料孔隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区中结冰所造成的冻胀。砂垫层厚度控制在1m-2m左右为宜。

4）碎石石屑垫层。一般将软弱土层挖到需要深度，若垫层下卧层仍为淤泥或淤泥质土时，且地下水位较高时，则将地下水抽干，全部用毛石混凝土先浇筑20cm厚，然后用1∶1（体积比）碎石石屑分层铺设和压实。碎石石屑垫层具有足够的强度，变形模量大，稳定性好，而且垫层本身远可以起到排水层作用，并加速下部软弱土层的固结。碎石石屑垫层尤其适用于地下水位较高的软土地区[3]。

5 结论

综上所述，换填垫层法对于软基处理的要点较多，在换填软弱土层的时候，必须结合实际情况，重点把握细节部分，使软基不足得到补充，为车辆通行提供保障，减少安全事故的数量。在实际施工的时候，必须把握工程的各项因素，加强后期的质量控制，发挥出技术的最大优势，保障技术的有效应用，促进公路事业的又好又快发展。

参考文献

[1]刘艳瑞.公路工程软土路基换填施工技术[J].黑龙江交通科技，2020（01）：90-91.

[2]赖盼真，徐礼辉.关于公路路基施工中软土路基处理技术分析[J].人民交通，2019（11）：89-90.

[3]钟海，胡智菲.路基换填技术在公路施工中的应用[J].交通世界，2019（24）：56-57.