海外高速公路项目中的软土地基换填处理技术

2022-09-14路雅雄

交通世界 2022年23期

关键词：片石清淤基底

路雅雄

（中国港湾工程有限责任公司，北京 100000）

0 引言

近几年，公路工程领域正面临着来自海外市场的机遇和挑战。对此，国内企业必须不断提高海外公路工程的施工水平，才能确保海外公路工程质量。

1 工程概况

本项目位于喀麦隆共和国西南部沿海地带，是克里比地区重要的交通要道，该高速公路设计时速为100km/h，主线全长38.5km，连接线4.5km。其中PK0—PK2+600为双向4车道，PK2+600至终点为双向6车道、预留2车道；全线共设桥梁总长690m/10座；设互通式立交3处，分离式立交4处，主线收费站1处，匝道收费站1处。项目所处位置由原始森林覆盖，存在大量的沼泽区域。

2 软土地基的不利影响

由于软土地基的特性，为高速公路项目的建设形成了极大的阻碍，要想将软土地基对整体项目的不良影响降到最低，就必须严格治理软土地基项目存在的问题。在高速公路软土地基作业中，主要存在以下几方面的问题。

（1）因为软土基层土壤含水率相对高，当软土基层含水率达到70%时，地基下方就会出现涌水现象，导致软土层有较多淤泥，直接影响了项目建设的速度。

（2）因为软土基层含水率太高，削弱了外面水的渗透能力，这严重影响了地基的固结进度及地基的稳定性[1]。同时，因为软基中具备许多有机质，有机质堵塞了管道中的水，致使难以排泄，形成了大范围的软土，进而造成地基下降的问题。

（3）由于软基很容易被压缩，这一特性会造成地基下沉及产生漏洞，从而造成地基塌陷，若不尽早处理，会给公路项目造成严重的安全问题，致使公路质量下降。

3 软土地基换填处理的工程特点

工程项目中治理软土地基一般采取清淤换填施工技术，如果持力层太软，不能对上方进行有效支撑，应选择清淤换填的方法加固地基，起到强化地基承载力的作用。清淤换填施工技术不仅可以提高软基的荷载力，而且保证了整体项目的施工质量，同时该技术费用低，所以，该技术在大部分项目建设过程中被广泛应用。

清淤换填技术是通过高强度的地基材料（如片石、卵石、素土、粗砂等），把原始软基中的软土及淤泥等进行换置，因为原有软基层承载力差，所以换填后不仅能够提高整体地基的承载力，也保障了此段地基达到了项目承载力设计的标准[2]。在公路项目建设中，换填的材料相对较多，应根据项目的实际状况选取合适、科学、经济实惠的材料开展换填施工，保证施工质量与效益。本项目因周边有开采石场，故采用片石进行换填。

4 清淤换填质量对路基沉降特性的影响

4.1 前期测量

清淤换填施工前期测量工作的重点是复测水准点，根据施工方案对附合导线、纵断面土进行查验和复测，若有需求可适量增加一定的水准点，并完成施工范围及中桩、边桩的测量放样。

4.2 触探试验

在开始清淤换填施工前应进行触探试验，确定软土路基的大概范围和深度。根据本工程实际情况，选择荷兰触探仪作为试验设备，以贯入20cm所需要的锤击数量作为路基性质判断的依据，如果锤击数量小于12锤，就可以确定该路基性质为软土路基。若遭遇断面，应根据断面的实际情况适当调整接触点的数量，每一断面上布设5个触探点。

4.3 清淤换填施工过程

在结束清淤施工后，施工人员应选择典型的触探点作为检测对象，进行复测，如果在清淤换填施工后还检测出软土层或地基中的含水量无法满足施工要求，就应继续进行清淤作业，直至地基承载力和含水率达到要求。在确定地基承载力满足设计要求后，方可进入下一道施工工序，开始压实作业。开展压实作业时，施工人员应密切关注地基土体的含水量，若含水量较高，可适当调整压实方式，采取静压或非振动压实的方式，避免出现弹簧土。清淤结束后，应对路基的各项指标进行检测，若存在不合理之处应及时进行处治。根据施工的实际情况选择质地坚硬、强度标准高、牢固性极好的材料，按照填筑材料的类型确定施工工序，同时在铺填和压实最后一层土时应形成双向横坡，保证排水效果。清淤换填施工完成后，应检测路基标高，并对整个施工质量作出评价。

4.4 清淤换填的质量控制

4.4.1 清淤机械控制

软土路基清淤工作主要采用机械施工，大范围的软土直接采用湿地推土机进行作业，而小范围或较为特殊的软土则采用小型挖掘机进行作业。在实施清淤施工时，应加强对机械设备参数的控制，湿地推土机压力宜控制为0.029MPa，挖掘机铲土采用反铲形式，臂长控制在3m左右，铲土容量为0.75m³。

4.4.2 压实机械控制

压实作业采用小型气夯机，这一类型的压实设备具有机械能小和易操作的特点。在开展基底压实作业时，初次碾压作业采用静压或非振动的压实方式，而针对粗粒填料的部分则应采取振动压实的方式，但振动压实的频率和速度不宜过快，振动频率应保持在25~35Hz，振幅控制在1.6~2mm。

4.4.3 施工参数

（1）换填范围。在开展换填施工前，应先确定换填的范围，由测量人员完成换填边线测量放样工作，路基换填范围应适量超出路基边线，超出宽度不低于50cm。

（2）主要施工工艺。加强施工现场的规划和管理，遵循开挖和换填分段交错施工原则，分段长度为50m，以此保证换填施工的效率和减少场内施工便道的数量。该工程换填施工采用进占法，严格按照施工要求开展作业，由20t的自卸汽车将土料转运到施工位置，并安排推土机和压路机完成摊铺压实作业，土料松铺厚度为35cm，压路机采用20t钢轮压路机，先分别静压、弱压1次，再强振动碾压4次，最后静压1次。

（3）施工方式和施工材料的选择。考虑到清淤换填施工方式较为简单，在实际的换填施工中应根据回填路基填料类型加强质量控制。根据填料的类型该工程的回填路基可分为含石量为70%的填石路基、土石混合路基和填土路基，不同路基基底的性质存在一定的差异，因而在进行压实作业时应密切关注施工质量，确保每一道施工工序均与技术条款规定相符合。

应根据具体的软土情况选择路基填料，如果是基底含水率较高的地下水浸润区域，应选择稳定性和渗透能力较高的填料，如连续级配砂砾料、级配碎石；如果是常年位于地下水环境中的软土路基，应采用水稳性能良好的粗粒土，并加强松铺厚度的控制，宜保持在30cm。完成清淤换填施工后，应对土体的变形和沉降情况进行检测，可适当开放行车，分析行车荷载下的土体固结变形情况。

5 路基换填施工技术

5.1 排水

治理软基前，应进行表层排水处理，本项目采取的排水方式是：在处理软基层的面积内挖掘横纵向排水渠。只有将表面水排泄出去才方便挖掘土壤。

5.2 清理和挖掘

施工前，清理干净表面的软土及淤泥等，接着对底部进行平整处理。若软土底部的高差波动偏大，将底部修理成阶梯或缓坡的形状。通常情况下，软土底部的挖掘宽度应控制在路堤宽度和边坡宽度的范围内，同时至少比路基转角宽50cm。为保证施工质量，应在挖掘到设计深度后开展软土地基承载力试验，对地基承载力和含水率进行检测，若检测确定地基承载力符合施工要求，即可进入下一道施工工序，而如果地基承载力不满足施工要求，则要及时与设计单位和监理单位沟通，调整施工方案。针对不能进行换填的材料应尽早处理，同时排水沟挖至合适深度。假如选择天然排水沟的形式，由于排水难度系数偏大，可以选择集中强制排水的形式，此种做法能够防止基坑被水浸泡。若基层在沟谷位置且具备相应的坡度时，在施工前必须将所有水排泄，全方位清理表面的软土，后续展开基底的整理工作，变成反向倾斜的台阶。压路机碾压施工时，安装的平台宽度要大于压路机宽度。在微型机器夯实的过程中，设置平台应控制在2m以上。换填作业之前，安装围堰并泵送保护，同时保证软土被完全清除。

回填过程中不得混合软土或水，否则在碾压操作工程中会产生“弹簧”效应。当软土被清除后，测量和验收基础横截面，通常情况下，每间距20m处选取某一切面进行勘测。待软基去除后，通常每间隔20m处选择一个点，有必要测试基础的承载力。

5.3 基底检验

按照设计标准，承重层的承载力应控制在150kPa以上。在本项目中，选择轻型动力触探试验进行承重层的承载力测试。挖掘至距离设计标高30cm时，施工人员应选择荷兰触探仪，检测基底承载力，若检测发现基底承载力与施工要求一致，则可以机械开挖为主，辅助人工完成剩余土体的掘进工作，如果检测发现基底承载力无法满足设计要求，则应检查问题原因并及时上报，优化施工方案。基底清除结束后，考虑测量底座的标高，通常每间距10m进行一次勘测。验收达标后便可进行后续施工。

5.4 碾压填筑

本项目采取逐层回填，各层的松铺厚度不超过30cm。碾压作业的具体步骤为：

（1）清洁和承载力检测。在碾压填筑施工前应清洁找平基底，同时还要测试基底的承载能力。

（2）封底。若检测发现基底的承载力满足设计要求，即可采用填充材料进行封底，封底厚度宜控制在30~50cm。

（3）碾压。检测基底压实度，基底压实度在设计要求85%以上时才能开始完成换填层首层的填筑碾压作业。

5.5 砂砾料换填

（1）片石换填。①材料要求：片石的中心厚度≥15cm，最大粒径要求＜40cm。饱水极限抗压强度≥30MPa；②施工方式：选择用自卸汽车将砌筑片石运输到位，划分换填施工的区域，按照每10m为一单位，人工摆放片石完成换填施工。在换填施工前，技术人员应做好技术交底，采用样品模拟片石建筑，分层砌筑，先完成第一层片石层的砌筑，第一层达标后再接着完成第二层片石的砌筑，注意每一层片石的厚度不得超出40cm，同时分层间的缝隙应填充小粒径石渣，但填充石渣的比重应保持在片石砌筑体质量的10%以内。

（2）在软基处理段片石层上部分层填筑1.7m的砂砾料，要求每层填筑厚度≤40cm。砂砾石填筑采用石灰方，初步控制摊铺厚度。初平采用推土机，精平采用平地机。采用20t振动压路机进行碾压。

（3）回收运输。本项目填方材料通过自卸汽车进行运输，运输过程中保持施工便道畅通。材料的运输应满足连续施工的要求。在路基填筑施工之前，首先将各层填充材料整理平整，从路基中心线向两侧设置2%的横坡，接着进行碾压施工。填筑之前，在路基上划出方格。本项目路基作业采取水平逐层进行施工、一次性整幅回填的方法，通常各层的填筑厚度控制在30cm。

（4）摊铺、整平、碾压。投料时，严格根据绘制的格栅进行填筑，采用推土机推平填料为主，人工换填为辅的施工方式，推土机对填料进行初平，接着再用平地机实施找平，确保基面的平整度[3]。填料整平处理时，应保证符合2%横坡的要求。结束整平施工后，应先恢复测试点，并测量每一测试点的高程，如实记录，计算其对应的松铺厚度。最后通过振动压力实行碾压作业。

直线段的碾压作业按照从两侧向中间滚压顺序，而弧形断面位置则要遵循由内而外的滚压顺序。碾压作业共分为第一阶段、第二阶段、第三阶段，每一碾压施工阶段所采取的碾压方式和碾压速度有所不同，具体要求可参照表1。碾压作业应遵循“先低后高、先慢后快”的碾压原则，并重视对碾压速度和走线的控制，确保轮迹之间的重叠宽度基本保持在40~50cm。