公路软弱路基水土联合堆载预压技术的应用研究

王 伟，崔 峰

（1. 中材地质工程勘查研究院有限公司，北京 100102；2. 北京恒华伟业科技股份有限公司，北京 100010）

0 引言

随着我国经济的飞速发展，交通量日益增加，现有公路无法满足人们的交通需求，急需对现有路网进行升级改造[1-4]。在公路改扩建项目中新旧路基衔接处（尤其是软弱路基路段），天然地基欠固结，地基沉降量较大，易造成新旧路基衔接不良，形成路基沉降差，这严重影响了未来道路运营的安全性和舒适性[5-6]。当前，针对公路工程软弱路基的施工方法很多，其中土方堆载预压是最常用的方法。该方法主要是通过土方堆载的方式对路基施加外部荷载，从而使土体固结速度增大，提高整体的稳定性和强度。但是，这种方式所需土方量较大，施工结束后需要外运土方，会增加施工成本，而且会产生扬尘等影响环境的物质。

依托新疆某高速公路改扩建工程项目，结合设计及现场情况，吸取其他地区关于软土处理的成功经验，对现场施工情况进行设计，采用水土联合堆载预压技术处理软弱路基段拼宽路基，并结合施工期监测情况对路基处理效果进行检验，以期为似改公路工程项目软弱路基拼宽的设计及施工提供参考。

1 工程概况

项目为天山北坡经济带主通道，为疆内东西运输的大动脉之一，此处交通量较大，施工期需保证车辆正常通行。现状旧路为一级公路，2019 年10 月交工通车，路基宽度为24.5 m，设计时速为80 km/h，路基路面处于服役初年。针对软弱路基，采用换填砂砾+强夯法进行处理，路基仍处于工后沉降期，现运营状况良好。本改扩建项目路基宽度为26.5 m，设计时速为120 km/h。

项目区位于准格尔盆地南缘，地处天山北麓，展布在头屯河、三屯河等流域下游的冲积细土平原区，所处地形平坦。根据地勘资料，沿线软土主要位于古河道及部分地下水埋藏较浅的路段，地层以粉质黏土为主，局部夹有粉土，软（弱）土层天然含水量高，多为软塑（局部为流塑）状态，土层厚度约18.5～22.5 m，覆盖层厚度约为1.0～3.0 m，软土地基承载力为80～110 kPa，标贯击数为3～7 击。物理力学试验结果显示，软（弱）土层孔隙比e0为0.54～0.74，塑性指数Ip为5.7～7.4，最大干密度ρd为1.58～1.75 g/m3。由此可知，沿线软(弱)土多属于过湿土。

2 水土联合堆载预压技术

处理公路工程软弱路基时采用水土联合堆载预压技术。利用土方和水袋实现对软弱路基的堆载预压。水的来源一般是就近取水。软弱路基经过堆载预压处理后，路基内部水分受到超静压力被挤压，路基土体体积减小，相应的土体密实度增大，整体的承载性能及强度增加。通过水袋和土方的作用，公路软弱路基结构稳定性得到大幅提升，降低了后期公路运营阶段路基被破坏的可能性。

水土联合堆载预压技术处理深度不大，一般为小于4.0 m 的软土路段，所需土方工程量较大，堆载周期较长，一般大于6 个月，但其造价低，施工方案相对简单，适用于工期要求不紧张、造价较低的填方路基。在利用水土联合堆载预压技术进行施工的同时，需要处理好新旧路基的衔接，防止施工过程中产生差异沉降。

此外，对于施工质量的急性把控需严格。本施工段软（弱）土分布于头屯河至三屯河古河道段，粉质黏土软弱层厚度达到15.0 m，全段采用对称拼宽，路基填高0.8～2.8 m。旧路针对原地表采用了强夯处理，本次勘测期间未见明显的变形和沉降。鉴于本段软土层较厚、根治成本高昂，综合考虑旧路治理方案和通车年限，以及拼宽后路基全断面工作的协同性，不宜采用刚度差异较大的处理方案。水土联合堆载预压技术处治方案如下。

首先，对旧路拼宽范围基底采用冲击压实处理，三边形冲击式压路机压实功不低于30 kJ，并适当增加压实遍数。同时，为提高拼宽处路基的整体性和稳定性，对原有路基进行超挖，采用半超挖半超填的拼接方案，保证路基最小宽度为3.0 m。这既有利于机械化施工，又提供了堆载预压工作区。接着，按1∶1.5 的坡率对土路肩宽度（75 cm）范围内既有路基进行超挖（拼宽宽度不足3 m 的情况），之后在所形成坡面自下而上逐级开挖台阶，而拼宽宽度达到3 m时直接在既有坡面上开挖，开挖1 级及时填筑1 级，台阶宽度应不小于1 m，并设置内倾3%的斜坡。然后，在路床顶面及底面、路基基底及路基内部部分台阶顶面（填高间隔不大于1.5 m）进行冲击碾压补强。冲击压实层压实完成后，铺设1 层钢塑土工格栅。拼宽宽度不足4 m 时土工格栅由旧路台阶内缘通铺至拓宽路基边坡外缘。格栅长度最长5 m。最后，拼接范围应加强软弱土处理，基底回填及地面线以上路堤的填料均采用砂砾、砾类土等材料。路基填筑方案如图1所示。

图1 路基填筑方案Fig.1 Subgrade filling plan

为加速施工期地基的沉降和固结，控制工后沉降及其与旧路的沉降差，处理完该段地基后采用堆载预压，预压高度和周期根据相关计算及本项目的建设周期确定。

根据路基填料与路面结构重度换算，运营期路基顶面压力为22.4 kPa，换算高度为1.12 m（自路基顶面起算），综合施工条件及道路保通需求，本项目超载预压堆载高度设为1.92 m（自路基顶面起算），路基加载的设计数值如图2所示。

图2 路基加载的设计数值Fig.2 Subgrade loading design numerical diagram

在路侧设置宽为1 m 的护坡道，采用沿线清表土、其他挖除弃方进行填筑。对护坡道范围和主线拼宽部分同步进行超载预压。设置沉降和位移观测点，在施工期进行监测，并将该段设定为运营期重点监测路段，必要时进行针对性养护处治，同时在该路段起终点设置软基沉降段相关标志，提醒司乘人员注意行车安全。

3 水土联合堆载预压技术的效果分析

在路面设计使用年限（15 a）内，路基所发生的残余沉降为工后沉降。对于一般路段，允许工后沉降≤30 cm；涵洞、通道与路基毗邻处的工后沉降≤20 cm；桥台与路基毗邻处、旧路拼宽段的工后沉降≤10 cm。地基总沉降计算方法为经验系数法；主固结沉降计算方法为e-p曲线法；稳定计算方法为总应力法(瑞典条分法)。

进行地基沉降量计算时，采用分层总和法，并采用沉降系数对其进行修正。路面竣工时，地基沉降量为4.3 cm；路面竣工后，基准期内的残余沉降量为1.5 cm；基准期结束时，地基沉降量为5.8 cm；最终地基总沉降量为1.5 cm；拼宽处沉降差为1.8 cm[7]，满足规范要求。

进行路基稳定性计算时，采用总应力法，采用土的固结快剪或快剪指标进行计算，稳定安全系数选取为大于1.20，当考虑地震作用时稳定安全系数选取为大于1.15[8]，满足规范要求。

根据上述计算，采用水土联合堆载预压法后软弱路基的稳定性得到了保证，在减少施工成本的同时，确保了公路工程的施工质量。

4 结语

针对改扩建项目软弱路基段路基拼宽处理所产生的不均匀沉降进行分析，结合项目特点进行论证比选，选择适合工程特点的路基拼接方案，强调新旧路基刚度相适应、变形相协调，为新疆地区类似高速公路改扩建项目的设计提供了一定的参考。