軟基砂石墊層換填法在公路施工中的應用研究

劉立寧

摘要：軟基砂石墊層換填法具有提高地基承載力、減少不均勻沉降等優點，適用于處理大面積的軟土地基。然而實際應用中仍存在施工質量控制、材料選擇、墊層結構設計等方面問題?；诖?，對軟基砂石墊層換填法的應用現狀進行分析，包括施工工藝、技術參數、應用范圍等方面。在此基礎上，針對存在的問題和挑戰，提出相應的解決方案和研究建議。實驗結果表明：砂石墊層換填法在此次施工中，其沉降結果均小于施工允許最大沉降量，表明該方法可以增加地基的承載能力，減少地基沉降，提高公路的穩定性和安全性。

關鍵詞：施工技術；公路；砂石墊層；換填法

0? ?引言

軟基砂石墊層換填法作為一種有效的軟土地基處理方法，具有提高地基承載力、減少不均勻沉降等優點，適用于處理大面積的軟土地基。但其仍存在一些問題，亟待研究和解決。然而實際應用中，仍存在施工質量控制、材料選擇、墊層結構設計等方面的問題。對于不同的地質條件和工程要求，如何合理選擇和應用軟基砂石墊層換填法也是一項重要的研究課題。本文對軟基砂石墊層換填法的應用現狀進行分析，包括施工工藝、技術參數、應用范圍等方面。在此基礎上，針對存在的問題和挑戰，提出相應的解決方案和研究建議。同時，本文將通過理論分析、數值模擬和實驗研究等方法，對軟基砂石墊層換填法的施工工藝和質量控制措施進行深入探討[1]。

1? ?墊層換填法特點及優勢分析

墊層換填法主要是先去除路面地基軟弱層，再回填粘土，以提高路面地基的承載能力。作為軟弱地基處理的一個重要環節，墊層材料的質量對地基回填效果有很大的影響。建設單位一定要把好墊層材料的質量，保證其使用質量[2]。

公路路基在上覆填土的壓力下，沉降變形的過程較為復雜，其總變形的表達公式如下：

S=Sd+Sa+Sn? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Sd表示地基的排水固結沉降，Sa代表地基的瞬時沉降，Sn表示地基的次固結沉降。

瞬時沉降是指在荷載作用下瞬間產生的路基沉降，非因水分、氣體的排出而導致的沉降。在土壤達到飽和狀態時，由于土壤水分和土顆粒自身的變形可以忽略，所以其瞬時沉降幾乎為零。采用換填法加固公路的軟弱地基，其原因在于換填可大幅提升路面承載力，顯著降低路基沉降。

公路路面受力越大，路基的剪切破壞越深，如果采用高強度的砂土等填料替代軟弱層，可以有效地提高路面的承載力，防止路基失穩。此外，軟土地基淺層的應力很高，如果用致密的墊層取代淺層軟土，可以大幅度降低路基的沉降。同時墊層對路基應力具有擴散效應，減小了對下層土體的壓力，降低了下層土體的沉降[3]。

2? ?墊層換填法施工要點

首先，使用挖掘機在施工公路路面的換填區域開挖一個倒梯形區域，換填區域長度為20m，下部寬度為5.5m，上部寬度為15.0m，挖到強風化巖深度一般為3m左右。然后將配好的風化砂石和石渣填到區域內，再用鏟斗機械分層夯實。第二天，重新開挖已被換填的其中一段區域，并按照1：0.8的要求進行放坡，挖出后檢查基坑的邊坡是否質量良好，是否達到預先設定的要求。

換填的墊層材料可選用中砂、圓砂、粗砂、卵石、砂礫等。材料的顆粒要求均勻良好，不能含有垃圾和植物殘體等雜物，污泥含量不得大于3%。如果用于排水固結的墊層中，則其含泥量不得大于2%。若用粉砂作換填材料，既不易壓實，又不能達到較高的強度。

為保證填料在填料中的分散均勻，宜采用20%～25%左右的碎石或卵石，最大粒徑不宜超過6cm。輾壓或錘振作用太大的情況下，最大顆粒直徑不得超過10cm[4]。

3? ?砂石墊層換填路基支護與加固要點

3.1? ?砂石墊層換填路基的支護

3.1.1? ?確定錨桿支護設計參數

挖除公路路基上層的軟弱土層后，需要對其進行支護與加固。表1為錨桿支護的設計參數。

3.1.2? ?注漿錨桿支護的施工要點

按圖紙放孔，孔位偏差不得超過10cm，使用履帶式鉆機鉆孔。手工插桿，確保桿身下入角與鉆孔傾斜方向一致。灌漿材料使用純水泥漿，水灰比為0.5，單次灌漿壓力為2MPa，二次灌漿壓力為3MPa。當泥漿強度達65%以上時，進入張拉閉鎖階段[5]。

3.2? ?砂石墊層換填路基的加固

3.2.1? ?路基有效加固深度計算

以公路路基土為低液限粘土為例，該路基天然含水量為30.0%，呈軟塑性。使用砂石墊層換填法進行加固，設置該路基的承載力不得小于150kPa。在加固過程中，使用Menard經驗公式，其路基有效加固的深度的計算公式如下：

（2）

式中：y表示有效加固的深度，h代表夯實的落距，m代表夯錘的質量，ε代表有效加固深度的折減系數。

3.2.2? ?加固機理分析

夯實后，土體的密實度提高，土體具有一定的防、隔水性，提高了路基的穩定性與強度，有效改善了公路路基的不均勻性。土顆粒在加固過程中發生相對位移，破壞了土壤原有的微結構，阻礙了土壤中鹽分的向上遷移，上部非鹽漬材料的荷載作用，消除了鹽脹的危害[6]。在超過1m的加固后的路基上（主要受力范圍）形成碎石垂直增強與加固土體的超密路基，起到換填擠密的作用，在1m以內（壓縮范圍）形成密實均勻的人工路基。

3.2.3? ?加固施工要點

根據預先擬定的施工方案，采用兩套機具，分別從路基東側中間相對后方向左右分開進行換填，直至西側匯合，每個區段的換填量不大于10m，最后采用分層式回填進行壓實，換填后的砂石墊層頂面的壓實度需要達到95%。圖1為換填后的路基橫斷面示意圖。

4? ?施工效果分析

4.1? ?確定監測對象

此次監測以國道314中的一處公路施工工程為研究對象，對其進行了深入研究。該公路起點為新疆維吾爾自治區烏魯木齊市，終點為新疆維吾爾自治區喀什地區紅其拉甫口岸。314國道的和碩-庫爾勒段是新疆天山以南的巴音郭楞蒙古自治州，穿過庫魯克塔格山脈，最后到達庫爾勒，全長92km。

4.2? ?確定監測方法

為檢驗軟基砂石墊層換填法加固路面后公路的沉降變形、穩定性是否滿足施工工程的要求，需進行填筑期的原位觀測。該工程使用軟基砂石墊層換填法進行施工。本次測試在4個項目中選擇一個較為準確的監測項目，以證明砂石墊層換填法的有效性。具體包括深層土體側向變形監測、地表沉降監測、孔隙水壓力監測和土壓力監測。監測常用儀器與實驗目的如表2所示。

4.3? ?施工結果與討論

根據上述實驗準備以及工程概況，進行地表沉降的測試。首先，在試驗段的左右兩側分別埋設沉降板。沉降板由鋼底板，測桿，護套三部分構成。隨著填土的升高，持續接高測管、套管。套管上部應該用蓋子密封，以防止填充物掉入管中，從而影響測量的準確性。表3為此次測試的實驗結果。根據上述測試結果可以清晰的看出，砂石墊層換填法在此次施工中，其沉降結果均小于施工允許最大沉降量，表明該方法可以增加地基的承載（轉下頁）（接上頁）能力，減少地基沉降，提高公路的穩定性和安全性。砂石墊層換填法的應用效果受到多種因素的影響，如砂石墊層的材料、級配、厚度、壓實度，以及軟土地基的土質、含水量、壓縮性等。因此，在公路施工過程中，需要根據具體情況選擇合適的砂石墊層材料和施工工藝，以確保軟基砂石墊層換填法的應用效果。

5? ?結束語

在公路施工中，軟基砂石墊層換填法是一種重要的處理方法，可以有效解決軟土地基的沉降和穩定性問題。通過本次研究，深入了解了軟基砂石墊層換填法的施工技術、施工流程和質量控制等方面的內容，同時也發現了存在的一些問題和不足。這種方法具有操作易于掌握、工期短、成本低等優點，特別適合于處理大面積的軟土地基。為了確保墊層的施工質量，施工中需要嚴格控制砂石墊層的材料質量、級配、厚度和壓實度等指標量。此外，對于不同的地質條件和工程要求，需要根據實際情況進行合理的設計和施工，確保施工效果達到最佳。未來的公路施工中，應進一步研究和推廣軟基砂石墊層換填法在公路施工中的應用，不斷完善其施工工藝和質量控制措施。

參考文獻

[1] 韋仲軍.水泥土換填法在粉質砂土路基施工中的應用研究

[J].西部交通科技，2022（2）：84-88.

[2] 陳偉.水泥土換填法在提高張家湖泵站地基滲透性能中的

研究與實踐[J].中國水能及電氣化，2023（6）：25-31.

[3] 歐廣州，謝培娟，歐露威.公路橋梁高墩柱的施工難點和控

制要點研究[J].工程建設與設計，2023（20）：189-191.

[4] 李祥，陳明玉.現代工業化背景下鉆孔灌注樁施工技術在公

路橋梁建設中的應用研究[J].建設機械技術與管理，2023，

36（5）：125-127.

[5] 張靜.橡膠瀝青同步碎石封層技術在公路養護施工中的實

踐研究[J].建材發展導向，2023，21（20）：105-107.

[6] 吳振華.改性瀝青SMA-13瀝青混合料在改擴建公路施工

中的應用[J].交通建設與管理，2023（5）：159-161.