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软基换填技术在道路改扩建工程中的应用

时间:2024/6/7 8:30:09   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:5   评论:0
内容摘要:赵 攀(中交一航局第五工程有限公司,河北 秦皇岛 066000)摘要 公路工程施工过程中,经常会遇到千差万别的特殊地质,如何进行妥善处理才能保证施工质量,一直是值得深思的课题,文章以中西非地区改扩建工程软质地基的处理为例,阐述中西非地区的软质地基特点及相应换填...
赵 攀
(中交一航局第五工程有限公司,河北 秦皇岛 066000)
摘要 公路工程施工过程中,经常会遇到千差万别的特殊地质,如何进行妥善处理才能保证施工质量,一直是值得深思的课题,文章以中西非地区改扩建工程软质地基的处理为例,阐述中西非地区的软质地基特点及相应换填技术,同时对相关方面的质量控制措施和安全措施进行详述,希望阐述内容能够为中西非地区的公路施工提供一定的参考。
关键词 中西非;软质地基;换填;质量;安全
中图分类号 U416.1  文献标识码 A  文章编号 2096-8949(2024)05-0053-04

0 引言
公路工程地基处理是主体施工的基础,然而在施工过程中由于各种不良地质导致上部主体结构出现质量问题的案例也屡见不鲜,因此提高地基承载力至关重要。该文以中西非科特迪瓦西北部区域软土地基处理为例,从软土地基类型、换填材料分析、换填深度和宽度以及施工工艺等方面详细阐述了软土地基处理的方法和原则,目的是以此为例对中西非地区其他类似工程提供施工参考和依据,提高公路整体质量和稳定性。
1 工程概述
项目位于科特迪瓦西北部的Denguélé区,由两条主线及三条连接线组成,主线基本沿A7国道、B319省道旧路走向,其中A7国道连接奥迭内市与马里边境,B319省道连接奥迭内与几内亚边境。
项目所处区域为苏丹型热带草原气候,干燥炎热,5月至10月为雨季,降雨频繁,沿线主要不良地质为浅层软土,主要分布在沿线河沟或季节性沼泽内。
2 地质情况分析
2.1 主要软土地基类型
工程所在区域主要基底不良土质为黑色腐殖土、白色膨胀土、砂质黏土,现列举具有代表性的地勘土样情况,如图1~3所示:


图1 土样-1

图2 土样-2


图3 土样-3

2.2 季节变化对地质情况的影响
项目所在地区为科特迪瓦国奥迭内省,每年4月至6月小雨季,6月至9月大雨季,9月至11月小雨季,11月至次年4月为旱季。旱雨季较为分明,旱季无雨,雨季降雨频繁,导致旱雨季地基承载力情况受雨水影响变化较大,具体地基承载力情况见表1。
由表1可知,旱季无雨,土壤固结,故地基承载力较高;雨季降雨频繁,土壤含水率较高,故地基承载力较差。故旱季施工时,应按照雨季施工情况考虑,雨季开挖过程中需要清除的各种不良土质,在旱季施工时同样需要清除,不能仅靠旱季开挖后的地基承载力情况来判断是否清除不良土质。
3 换填材料分析
换填材料选取的关键点,是能够稳固基底。路基施工一般材料主要为土、砂、石等,各种材料密度不同,根据外形又可分为大颗粒材料和小颗粒材料,需要对各种材料的受力情况进行分析,如图4所示。
图4中,为了方便观看效果,对小颗粒材料进行了放大,根据图中所示,做出以下分析:
(1)底面积对比:小颗粒材料为土或砂,土的粒径较小,砂的粒径一般不超过4.75 mm。大颗粒材料为块石,粒径一般在300~500 mm。大、小颗粒材料的粒径比值在63~105,根据粒径比值,估算大、小颗粒材料的底面积比值为3 969~11 025[1]。
(2)密度对比:小颗粒材料按照土考虑,密度为
1.8 t/m3左右;小颗粒材料按照砂考虑,密度约为2.4 t/m3;大颗粒材料按照块石考虑,密度约为2.5 t/m3。
(3)竖向受力对比:竖向受力主要为上方换填材料的重力,故根据(2)可知,相同换填厚度情况下,大、小颗粒竖向受力按最大比例不大于2。
(4)水平受力对比:水平受力主要为颗粒之间的摩擦力,就单个颗粒而言,小颗粒材料之间嵌挤面积较大,故摩擦力要大于大颗粒之间的嵌挤力,但由于雨季换填时,基底含水量大,小颗粒之间会因为水的润滑作用,大大降低摩擦力,换言之土遇水变泥,砂遇水软弹,但大颗粒块石不会受到水的影响,故对于水平受力来讲,大小颗粒没有优劣而言。
(5)综合受力对比:根据以上分析,大、小颗粒受力区别主要为竖向力,两者竖向力的比值约为2,而底面积的比值约为3 969~11 025,很明显,大颗粒底部压强要远远小于小颗粒。
根据分析,不难看出大颗粒材料具有更好的承载力,故基底换填应优选大颗粒材料,但大颗粒材料的缺点也比较明显,大颗粒材料之间的缝隙较大,容易出现沉降。为了消除大颗粒材料的这个缺点,可选用小颗粒材料进行填缝处理,注意小颗粒材料不能选用土,可选用石粉、砂、碎石等,这样既能满足提高承载力的要求,又能保证大颗粒材料的缝隙填补密实。
另外考虑小颗粒材料在不受水影响的情况下,具有密实度高、固结效果好的特点,最佳换填方案应为常水位以下选用大颗粒材料换填,常水位以上选用小颗粒材料换填。
4 换填施工方法
4.1 施工工艺流程
换填施工方法工艺流程,如图5所示。


图5 换填施工方法工艺流程图

4.2 原路检测
施工前,对原路进行弯沉检测,根据设计图纸弯沉要求,对不合格点进行处理,可进行换填或采用其他补强措施,具体处理方法,需要编制方案,经业主、监理批复后实施[2]。
4.3 施工放样
根据设计图纸数据,进行开挖线放样,经监理工程师复核无误后,进行开挖。
4.4 挖除不良土质
换填深度根据实际地质情况决定,原则上是将淤泥质原状土全部清除。但对于淤泥质厚度较大的区域,开挖深度可能大于3 m,甚至更大,遇到这种情况,根据施工经验,换填总深度不宜小于1.5 m。
其次,换填开挖的深度需要考虑基底原状土承载力,根据施工经验,高于100 kPa为宜,最低不宜低于60 kPa,若低于60 kPa,应继续开挖,清除软弱土。
开挖时,先单点开挖试坑,根据试坑内不良土质情况,初步确定开挖深度。开挖过程中,若土质情况有变,应及时进行取样检测和基底承载力检测,确定具体开挖深度。
靠近原路侧,按照设计要求进行台阶开挖,注意保证台阶尺寸和坡度,一般尺寸为宽2 m,高1 m,台阶向内倾斜坡度为4%。
4.5 排水
开挖后,基底若存在积水,应在外侧开挖集水井,将水引至集水井内,采用水泵将水排出,如图6所示。

图6 换填集水井排水图

4.6 分层回填
(1)先进行测量放线,放样方格网,上料时按照方格网进行,控制好层厚。
(2)块石换填厚度:换填块石厚度大于50 cm为宜,稳定基底效果较佳,但对于基底承载力较好、地下水位较低的区域可以减小块石换填的厚度,但不宜小于30 cm。块石粒径大小应根据换填的厚度决定,如换填50 cm,块石粒径选择接近50 cm,因为块石粒径越大,稳定效果越强。对于基底承载力极差的情况,需要换填块石厚度为1 m左右的,不建议分层回填块石,最好一次性回填,如此稳固效果更好,但一次性回填也存在弊端,即块石之间的缝隙较大,为消除弊端,可以提前将块石和细颗粒材料提前混合好,再进行回填[3]。
注意块石换填过程中,应使用挖掘机对块石进行挑选摆放,较大粒径块石优先摆放至边缘,并用挖掘机对其推挤,保证边缘稳定,避免出现整体换填完成后,由于动载作用,边部块石滑移的现象。同时中间部位的块石也应进行简单的摆放,不能出现大块石上下叠放或块石之间形状不契合,出现较大缝隙情况,如图7所示。


图7 换填块石摆放现场图

(3)找平层厚度:找平层作用为填补缝隙和平整表面,找平层选用材料宜选用未筛分碎石和石粉或砂,块石下部由于压力作用下沉,将底部土体挤出,可以将块石下部缝隙填补,上部缝隙主要靠找平层填补即可。找平层厚度可以忽略不计,只要达到找平的效果即可,不必过多填筑。
(下转第52页)
(上接第55页)
(4)土或砂的换填厚度:块石换填高于常水位以后,其上建议换填土,因为土有固结效果,整体性较好,但如有透水要求的,可以换填砂。换填厚度根据压路机的振动压实能力决定,不宜大于30 cm,20~25 cm为佳。
4.7 压实
对于块石、碎石可采用装载机或挖掘机摊平,对于砂和土可使用平地机摊平,但必须人工辅助找平。采用光轮压路机进行压实,先静压,再振压,块石、碎石和砂压实达到无下沉和软弹为止,其他材料压实达到要求压实度即可。注意扩建路段,拼宽段路基压实度宜高于原路相同层位压实度1%~2%,减小沉降影响,增加拼接处强度。
4.8 拼宽路段换填
(1)原路弯沉检测:对于扩建路段,拼宽换填施工前,应先进行原路弯沉检测,由于按照该文换填方法施工完成后,弯沉值会有明显提高,若原路弯沉值较大,会出现一软一硬情况,导致裂缝形成。原路弯沉值不宜大于100(单位:0.01 mm),否则建议原路进行换填。
(2)开挖台阶:对于扩建路段,原路基需要开挖台阶,形成过渡段,降低裂缝风险。可以按照设计图纸方式开挖台阶,若设计无要求,则设置高1 m、宽2 m的台阶,台阶顶面向内倾斜4%坡度。扩建宽度较小的路段,根据实际情况,可适当减小台阶尺寸。
5 结语
该文通过对材料、地质情况、施工方法等的分析,明确软基换填技术在改扩建工程中的实施办法。对于复杂多变的地质情况,采用相应的换填方案,最终目的是形成稳定坚实的基础,达到预期的承载力。基底承载力和基底水位是主要的影响因素,通过块石换填,形成排水并稳固的基底,上层采用小颗粒材料压实封水,可以保证较好的施工质量,实现简单、高效的软基处理。

参考文献
[1]王强. 浅谈路基软基换填设计施工方法[J]. 山西建筑, 2011(15): 144+216. 
[2]陈烟昭. 公路路基施工质量控制对策[J]. 黑龙江交通科技, 2011(8): 134-135. 
[3]刘强. 高速公路改扩建工程关键技术[J]. 交通世界, 2016(27): 30-31. 

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