公路路基挖方段軟弱路槽的處治方法

梁國烯

(保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510620)

挖方段軟弱路基換填深度一直是業(yè)內備受關注且未能較好解決的一個問題[1]。在工期比較緊的情況下，為保證工程進度、質量以及成本目標得以實現(xiàn)，應根據(jù)不同路段不同開挖深度的彎沉情況，及時采取相應的處理措施[2]。在挖方段路基路面施工過程中，經(jīng)常遇到路基頂面驗收實測彎沉值不達標的情況時，多采用換填法對路床范圍內部分土體進行處治[3]，即把影響路基穩(wěn)定性的淤泥軟土用挖掘機挖除，以粗粒土或低劑量無機結合料穩(wěn)定土進行換置。然而，在對換置深度進行確定時，多簡單地采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗判斷方法?，F(xiàn)代工程項目管理講究的是以數(shù)據(jù)為基礎的精確管理，或者說，是先以試驗數(shù)據(jù)為基礎，兼以實踐應用作驗證之精細化管理。

依托于廣東省某高速公路，本文對路基頂面彎沉不達標處治方案選擇的思路進行了總結；并基于路基頂面回彈模量與回彈彎沉值的換算關系，通過室內計算得到了換填開挖后路床頂面回彈模量與換填深度的對應關系，并以表格形式列舉，最后分別針對挖方段路槽回填土質不良、地下排水不暢以及土質不良與地下排水不暢復合作用下導致路槽頂面彎沉不達標的工程問題，提出了有針對性的處治方案，以便于在后續(xù)項目現(xiàn)場確定處治方案的研究過程中提供有益參考。

1 處治方案選擇的思路

當遇到路槽回彈彎沉值不滿足要求的情況時，首先需要弄清楚兩方面事情：

一方面是填筑選用的材料各方面是否滿足要求?？紤]路基填筑材料的適宜性時，無非是從天然含水率、液塑限和CBR三方面來考慮[4]。據(jù)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，本高速公路路基填筑過程中，部分邊坡或路基土質類似于花崗巖殘積土，屬高液限土類，該類土往往存在性質不穩(wěn)定，浸水易發(fā)生崩解，天然含水率較高而難以壓實等問題。將該類土用作填料進行路基填筑時，就會使規(guī)范或設計要求的壓實度、路基設計彎沉等達不到要求。

另一方面是路基的干濕狀況是否滿足要求。假如不滿足要求，需要進一步明確是受地表排水不通暢或地下水作用的影響，抑或是受邊坡巖層層間潛水滲流作用的影響(對邊坡穩(wěn)定性分析時尤為關鍵)。前者需采取降低地下水位或設置地下水隔離層的措施，并進一步深挖縱向滲溝、土層開挖翻曬和疏通邊溝就能基本解決，后者可考慮建立橫向排水系統(tǒng)，做到截除橫向流動潛水，并通過滲溝將水引流至縱向排水溝。

2 規(guī)范對路基換置深度的指引

JTG D30—2015公路路基設計規(guī)范第3.2.8條例為：當路基濕度狀態(tài)、路基填料CBR、路床回彈模量和豎向壓應變等不能滿足要求時，應根據(jù)氣候、土質、地下水賦存和料源等條件，經(jīng)技術經(jīng)濟比選后，對路床采取下列處理措施：

1)可采用粗粒土或低劑量無機結合料穩(wěn)定土(潮濕段建議用水泥)等進行換填，并合理確定換填深度。

2)對細粒土可采用砂、礫石、碎石等進行摻和處治，或采用無機結合料進行穩(wěn)定處治。細粒土處治設計應通過物理力學試驗，確定處治材料及其摻量、處治后的路基性能指標等。

3)水文地質條件不良的土質挖方路基或者潮濕狀態(tài)填方路基，應采取設置排水墊層、毛細水隔離層、地下排水滲溝等措施。

針對路床這一專業(yè)語言，JTG D30—2015公路路基設計規(guī)范對第3.2.8條例進行了解釋。主要內容為：“路床可理解為路基工作區(qū)深度，美國AASHTO(1993)明確車輛荷載對路基的影響深度為1.5 m，同濟大學對我國40種典型瀝青路面結構的路基工作區(qū)深度進行了數(shù)值分析，取95%累計頻率對應的值則為0.9 m～1.9 m；通過試驗路實測單軸雙輪100 kN標準軸載條件下瀝青路面路基工作區(qū)深度為0.9 m～1.5 m。于是規(guī)范對其進行總結歸納并界定為，輕、中等及重交通的公路路床厚度仍為0.8 m，特重、極重交通的公路路床厚度為1.2 m?！北卷椖縿t定義為重交通，其關于換填或處治深度的確定，雖未明確給出有依據(jù)的計算方法，然而原則上可理解為換置深度為路基頂面以下0.8 m范圍內，同時鑒于粗粒土或低劑量無機結合料穩(wěn)定土、乃至一般砂石料作換填材料的應用成本都比常規(guī)石屑要高，本文對挖方段軟弱路槽的換填深度以路基頂面以下0.8 m范圍內控制，并采用常規(guī)石屑作為基本的換填材料。

3 換置處治深度的計算方法

工程講究的是如何在盡量節(jié)省有限資源的環(huán)境下，以最低成本將項目建成。為了追求技術經(jīng)濟的合理性，既有文獻仍對路基換填、處治深度的計算方法進行了研究，主要有路基荷載工作區(qū)分析法、地基承載法和HAPDS2011程序計算方法三種[5]。三種方法的邏輯思路基本一致，大致是基于各類等效原理，參考了當量回彈模量的計算方法，將換填層作為新增的路面結構層，選定好換填材料，按照路面竣工驗收彎沉值與各層容許拉應力為指標，對當量回彈模量進行試算，由于換填層材料的模量與層厚度有關，直至算到滿足要求的層厚度，該層厚度即為滿足要求的換填深度。

傳統(tǒng)設計在對路面結構層進行設計或層厚度計算時，一般采用HAPDS2011程序。本文也參考當量回彈模量的計算思路，選用石屑材料進行換填，石屑的抗壓回彈模量范圍大概在60 MPa～80 MPa內，試算取60 MPa。試算路面結構如表1所示(由于未篩分碎石墊層屬功能性路面結構層，在承重傳荷方面的貢獻一般不予以考慮)。換填開挖后路床頂面的回彈模量值擬定為20 MPa(對應彎沉見表1，即為4.66 mm)，其余材料參數(shù)均取自原高速公路施工圖設計上，最后使用HAPDS2011對本項目的換填、處治厚度進行計算。

表1 廣東省某高速公路路面結構層

4 挖方段軟弱路槽快速處治方案

4.1 針對土質不良單方面問題的處治方案

按照上文算法，得到換填開挖后路床頂面回彈模量與換填深度的對應關系，如表2所示。由此可見：對超挖換填深度不大于30 cm路段，換填開挖后路床頂面對應彎沉值不大于423 mm；對超挖換填深度不大于50 cm路段，換填開挖后路床頂面對應彎沉值不大于466 mm；對超挖換填深度不大于80 cm路段，換填開挖后路床頂面對應彎沉值不大于582 mm。

表2 開挖后路床頂面回彈模量與換填深度的對應關系

若遇到超挖后換填所需深度不足的情況，則只需改用模量更高的填料足矣，如換填回彈模量一般為110 MPa～140 MPa的級配碎石[6]，以減少開挖回填深度，提高施工效率。另外值得說明的是，對計算得到的換填深度，建議鋪設一小段試驗路，然后測定換填后的路基頂面彎沉實際值，與之對比，必要時作一定的調整。

4.2 針對地下排水不暢單方面問題的處治方案

當面對由于地下排水不暢導致挖方段路槽彎沉不達標之工況時，換填處治并不能徹底解決根本問題。此時，仍然采用超高挖方路段的常規(guī)排水設計將不能滿足使用要求。路基各種病害和變形的產(chǎn)生，無不都與地表水或地下水的浸濕和沖刷等破壞作用有關。要保證路基的穩(wěn)定性，提高路基的抗變形能力，必須采取靈活的排水設計，以消除或減輕水的危害作用，使路基在服役過程中，處于平衡濕度較低的狀態(tài)。否則，由于瀝青路面與路基的應力和應變協(xié)調一致，在行車荷載和環(huán)境的耦合作用下，隨著時間的推移，路基的工作性能也會以病害等形式反映至瀝青路面結構上。

對于此工況，應對挖方段碎石滲溝作適當修改，根據(jù)路槽過濕的嚴重性，來靈活選擇滲溝甚至滲井等地下排水設計方案。例如根據(jù)對本項目某挖方段路槽滲流、管涌等現(xiàn)象的現(xiàn)場觀察(如圖1所示)，設計改采用了管式滲溝，如圖2所示，滲溝一邊為滲水層，另一邊為隔水層，埋設按現(xiàn)場觀察的管涌深度而定，深度需大于不透水層界面的30 cm或以上，以徹底隔絕巖層潛水對路基的浸入。隨后根據(jù)必要性，宜對既有過濕土通過翻挖翻曬或摻加一定量生石灰以作簡單“砂化”處理。

4.3 針對地下排水不暢及土質不良雙方面問題的處治方案

當面對由于地下排水不暢及土質不良導致挖方段路槽彎沉不達標之工況時，應先按上文4.2的要求完善好地下排水工程后，再按上文4.1的要求進行換填石屑乃至碎石等模量更高的透水性材料。

5 結語

本文針對高速公路建設過程常見路基挖方段路槽彎沉不達標問題的解決依據(jù)、思路及方案進行了分析與總結，主要得到了以下結論：

1)挖方段路槽彎沉不達標現(xiàn)場通常由回填土質不良或地下排水不暢通等單方面或多方面因素的綜合而形成。

2)開挖后路床頂面彎沉值不大于423 mm，則換填不大于30 cm的壓實石屑材料即可；開挖后路床頂面彎沉值不大于466 mm，則換填不大于50 cm的壓實石屑材料即可；當開挖50 cm后路床頂面彎沉值仍大于466 mm時，考慮厚度較大會增加回填難度及壓實效率等問題，宜選擇碎石等模量更高的回填材料。

3)分別針對挖方段路槽回填土質不良、地下排水不暢以及土質不良與地下排水不暢復合作用下導致路槽頂面彎沉不達標的工程問題，提出了有針對性的處治方案。