秦生君

摘 要：在青海省青南地區(qū)，受到惡劣天氣和自然條件的影響，軟土路基施工往往存在很多不便與隱患，給施工質(zhì)量帶來(lái)了不可忽視的影響。本文論述了軟土路基的成因及其可能引發(fā)的病害，并從理論上分析了高寒地區(qū)軟土路基的處理方法，最后結(jié)合工程實(shí)例介紹了融前填筑法的應(yīng)用，以期能夠分析、解決高寒地區(qū)軟土路基施工中存在的諸多問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：融前填筑法;高寒地區(qū);軟土路基;工程應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U416.168 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 軟土路基的常見病害及成因

在青藏高原地區(qū)，軟土路基常見的病害有凍脹和翻漿兩種，其對(duì)公路破壞有著很大的影響。工程實(shí)踐表明，高原修建的路面工程普遍出現(xiàn)路面的開裂、短板、鼓包等現(xiàn)象，即使施工材料合格、施工過(guò)程規(guī)范、來(lái)年也常常會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題。針對(duì)這些病害的發(fā)生，只有充分了解其成因，才能夠合理、有效的防止其發(fā)生。

在路基中，土顆粒間的孔隙自由水由于溫度過(guò)低而發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，受到環(huán)境溫度持續(xù)下降的影響，土顆粒分子引力與滲透壓促使著其周圍土粒的薄膜水由下向上運(yùn)動(dòng)。由于早晚溫差大，白天下部的流動(dòng)水分持續(xù)進(jìn)行移動(dòng)，夜間氣溫急劇下降移動(dòng)水分凝結(jié)成冰，在0℃界限附近形成具有明顯界限的冰層。大量水被匯聚進(jìn)而凝結(jié)成冰，造成路基的體積膨脹，使得路面開裂、隆起，這就是凍脹的成因。發(fā)生凍脹后，受到氣候回暖等因素的影響，原有冰層開始融化，但上層融化先于下層發(fā)生，上層融化造成的大量積水無(wú)法得到有效的疏導(dǎo)排泄，所以路基的含水量增大，進(jìn)而降低其強(qiáng)度。在公路路面的往復(fù)荷載作用下，極易出現(xiàn)翻漿。

根據(jù)以上論述可以發(fā)現(xiàn)，影響軟土路基病害發(fā)生的主要因素有溫度、含水量、循環(huán)荷載等。具體如下：第一，在我國(guó)寒冷地區(qū)，其0℃以下時(shí)間較長(zhǎng)且凍結(jié)程度較大，凍脹發(fā)展的水平較高。第二，水資源豐富，地表河流、冰雪融化等可以提供大量的水源，同時(shí)毛細(xì)作用顯著的粉土等細(xì)黏土促進(jìn)凍脹。第三，路面循環(huán)荷載的作用決定了翻漿發(fā)生的程度，特別是重型車輛的碾壓對(duì)于翻漿是極具影響的。所以，在設(shè)計(jì)上需要依據(jù)公路使用要求對(duì)這一情況進(jìn)行充分的考慮。

2 常用的軟基處理方法

軟土路基的處理應(yīng)當(dāng)在凍融前完成，穩(wěn)定后開展后續(xù)路基工程。其主要的處理方法如下：

2.1 片石填筑法

若原地表含水量大、土粒粒徑較細(xì)，使得土體表面出現(xiàn)明顯的水洼（坑），可以優(yōu)先考慮片石填筑進(jìn)行處理。該方法就是根據(jù)工程情況選擇大小合適的石塊直接填筑到未擾動(dòng)的沼澤水洼地，以此將地表水用石塊隔離，通過(guò)縫隙排除地表水的方法。該方法可以顯著地增強(qiáng)地基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。在工程中通常選用強(qiáng)度高的石料，且一般要求其粒徑較大，以達(dá)到增強(qiáng)承載力的目的。此外石料的填筑方向在工程中需要予以重視，一般需要根據(jù)軟弱土的下臥地層及流水方向來(lái)決定。在填筑后還需要在片石頂填筑一層反濾層，來(lái)保證填筑片石起到能夠穩(wěn)定作用。該方法的特點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便、成本低廉，主要被應(yīng)用于高寒路基水洼和沼澤的土基處理中。

2.2 挖除換填法

挖除換填法的基本原理就是將原有軟土土層挖除，換以承載能力高、壓縮性能差、耐久性好的材料填充，來(lái)滿足工程對(duì)土基的設(shè)計(jì)需求。該方法通常使用碎石、礦渣等材料，以期能夠形成一個(gè)可靠、穩(wěn)定的持力層。該方法的特點(diǎn)是造價(jià)低、施工便捷、廢物利用程度高。但挖除換填法一般只用于軟弱土層較淺的工程中，開挖換填需挖多少填多少，禁止大面積開挖后裸露，擾動(dòng)到永凍層。

2.3 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法的主要原理是將重錘升至較高位置后使其自然下落，利用錘的自重對(duì)土基進(jìn)行夯擊。夯擊過(guò)程上可分為點(diǎn)夯和面夯兩個(gè)階段。首先進(jìn)行點(diǎn)夯，按梅花形布置夯位，每個(gè)夯位采用碎石樁進(jìn)行加固。每進(jìn)行一次夯擊就在夯位中填入碎石，以此循環(huán)直至夯擊沉降值滿足設(shè)計(jì)要求。在點(diǎn)夯完成后，就需要對(duì)整個(gè)工作段填入滿足設(shè)計(jì)要求厚度的碎石，隨后對(duì)整個(gè)面進(jìn)行夯擊。通過(guò)強(qiáng)夯法處理的土層壓縮密實(shí)，其孔隙得到充分的減少，同時(shí)夯擊過(guò)程中產(chǎn)生的孔隙為土壤排水提供了通道，可以極大地提高土壤件有效應(yīng)力，增大其承載能力。強(qiáng)夯法其工程適用性強(qiáng)，可以用于多種土基的處理。

2.4 土工合成材料加筋法

土工合成材料作為一種新型的巖土工程材料，將其合理地鋪設(shè)在路基面上，能夠有效地均勻傳遞上部荷載。并且土工合成材料的加入對(duì)于土壤抗剪變形性能有著很好的改善效果，可以增大其承載能力以及延性。此外，該法對(duì)于地基土的側(cè)移起到了很好的限制作用，能夠保障路基工程的穩(wěn)定性能。

2.5 調(diào)整結(jié)構(gòu)法

軟土路基的處理可以采用改變路堤結(jié)構(gòu)來(lái)完成，該方法可以改變地基反力進(jìn)而達(dá)成預(yù)期效果。譬如反壓護(hù)道的方法可以在不使用砂石的條件下完成處理，但該法需要耗費(fèi)大量的施工場(chǎng)地，作用原理是在路堤兩邊分別采用可靠的加固手段，抑制土基的側(cè)移。

2.6 現(xiàn)有軟土地基處理方法存在的問(wèn)題

1）多數(shù)方案對(duì)于施工環(huán)境有一定要求，譬如對(duì)于凍結(jié)的土基而言，需要將其融化后再進(jìn)行后續(xù)施工。

2）對(duì)于處理深度有著較為嚴(yán)苛的要求，譬如以上很多方法都需要用到大型機(jī)械，而對(duì)于待處理土層較薄的情況大型機(jī)械往往難以高效發(fā)揮其效用，甚至無(wú)法開展施工。

3）對(duì)于待處理土層較厚的情況，采用某些方案工作量過(guò)大，導(dǎo)致建設(shè)成本過(guò)高。譬如換填法中會(huì)導(dǎo)致開挖量較大，開挖較深時(shí)機(jī)械不便運(yùn)轉(zhuǎn)，也會(huì)擾動(dòng)到永凍層。

3 基于工程實(shí)例的融前填筑法

3.1 工程概況

青海省省道224線二道溝兵站109岔口至治多段公路改建工程，該段道路屬于二治公路（索加至多彩段）中的一段，按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，路基寬度為8.5 m，橋涵設(shè)計(jì)公路Ⅰ級(jí)?，F(xiàn)有舊路路面為砂石路面，舊路路基寬度4.1 m～4.5 m，路基高度0.2 m～3.5 m。基本無(wú)排水設(shè)施，80%路段出現(xiàn)坑槽、沉降、翻漿等現(xiàn)象，路線穿越水草地沼澤等地區(qū)。由于行車的隨意性，局部路段已形成多條便道。

全線沼澤水草地和積水（湖）塘路段主要由于地下水位過(guò)高，地表排水不暢、長(zhǎng)期積水以及多年凍土消融積水所致，表現(xiàn)為地表土體濕軟，水草發(fā)育，夏季降雨充沛時(shí)，尤為嚴(yán)重。

3.2 施工方案的比選

如果采用挖除換填法，則需要對(duì)原有軟弱土層進(jìn)行清理，但挖除的施工需要在土基的凍結(jié)完全融化后才可進(jìn)行，且該路段需要挖除的土方量較大，使得其工程成本與進(jìn)度難以達(dá)成預(yù)期，故此法不適宜采用。

如果采用滾填法進(jìn)行處理，同樣也需要土基的凍結(jié)完全融化，且為了保證施工機(jī)械的正常使用，其第一層的填筑厚度必須達(dá)到0.5 m。另外，應(yīng)用該法對(duì)原有土基的擾動(dòng)較大，易產(chǎn)生不均勻沉降等影響。

總結(jié)以上方法的問(wèn)題，并考慮到工程環(huán)境的影響以及成本、工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)工程具體情況的分析選擇采用融前填筑法進(jìn)行施工。具體而言就是采用級(jí)配合理、組成合適的石料進(jìn)行填筑，填筑后通過(guò)路基自重以及上部荷載等的作用，使得路基隨著土壤凍脹融化的發(fā)展而逐步沉降，待其沉降穩(wěn)定后再進(jìn)行路面施工。采用該法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）路基填筑的壓實(shí)度更有保障。采用融前填筑法時(shí)壓實(shí)是在未融時(shí)進(jìn)行的，研究表明在合理的施工下土基與石料間的壓實(shí)度可以達(dá)到97%，相較于我國(guó)2001年的規(guī)范要求高出四個(gè)百分點(diǎn)以上。若采用滾填法，為滿足其壓實(shí)度采用較厚的填料往往會(huì)產(chǎn)生翻漿等現(xiàn)象，而采用較薄的填料則難以滿足沉降要求。2）可在上層結(jié)構(gòu)施工前一段時(shí)間就開始路基處理，能夠節(jié)省工期，進(jìn)而間接減少建設(shè)成本。

3.3 施工準(zhǔn)備

填筑時(shí)間：時(shí)間上選在土基凍結(jié)剛開始融化時(shí)進(jìn)行。并對(duì)原地面的雜物進(jìn)行清理及整平。

施工材料：用于底部填筑的碎石應(yīng)將其粒徑控制在8 cm

～15 cm的范圍內(nèi)，主要用于隔斷軟弱土層，為了保證填筑效果還需要嚴(yán)格控制碎石的含土量。主要填料選擇干凈的中粗砂礫，為了控制項(xiàng)目建設(shè)材料成本，也可采用天然砂石進(jìn)行填筑。

3.4 施工工藝

1）清理表層。在填筑前需要對(duì)地面清理干凈，但要注意對(duì)其上的植被不得破壞，因?yàn)橹脖黄茐膸?lái)的土層擾動(dòng)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)有著不可忽略的影響，可能會(huì)因此造成土基的不均勻沉降。

2）第一層填筑在底部填入碎石并用重型壓路機(jī)反復(fù)碾壓，以此加強(qiáng)其基層的承載能力，縮短地基土層的固結(jié)進(jìn)程。

3）在其上在填筑級(jí)配合適的砂礫，并采用重型壓路機(jī)壓實(shí)。經(jīng)過(guò)壓實(shí)后的砂礫與先填的碎石良好的接觸壓實(shí)，能夠很好的隔離下部軟弱土層的侵入。

在本工程中采用的具體施工工藝如下：

對(duì)于積水湖塘路段，填筑路基時(shí)，地表不開挖，先直接填筑片塊石，并采用重型碾壓進(jìn)行擠淤，每層厚度0.5 m，直到沉降穩(wěn)定后再填筑1.0 m砂礫后，進(jìn)行重型碾壓，兩側(cè)超寬填1.0 m。對(duì)于積水嚴(yán)重或淤泥較深的沼澤、水草地段，填筑路基時(shí)，地表不開挖，先直接填筑片塊石，并采用沖擊碾壓進(jìn)行擠淤，每層厚度0.5 m，直到沉降穩(wěn)定后再填筑1.0 m砂礫，進(jìn)行重型碾壓，兩側(cè)超寬填1.0 m。對(duì)于不滿足沖擊碾壓長(zhǎng)度的路段進(jìn)行重型碾壓處理;對(duì)于一般沼澤、水草地段，填筑路基時(shí)，不開挖直接填筑砂礫進(jìn)行沖擊碾壓，直至沉降穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)工程實(shí)例證明，融前填筑法對(duì)于高寒地區(qū)軟土路基的處理有著其他處理工藝所不具備的優(yōu)勢(shì)。其可以在軟基凍結(jié)狀態(tài)下進(jìn)行施工，極大地縮短了工期，且使得路基在融化過(guò)程中的沉降更為均勻。此外，由于融前填筑法施工較為便捷，沒(méi)有挖填方等高投入的施工環(huán)節(jié)，所以其在施工成本上也具有很大的優(yōu)勢(shì)。綜上所述，融前填筑法在高寒地區(qū)的軟基處理上表現(xiàn)優(yōu)異，極具推廣價(jià)值與研究前景。

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