摘要：在高速公路建设中，路基工程占据工程线路的大部分。路基工程质量的保障除了土石方回填过程中控制，回填之前的基底处理对路基质量影响巨大。不论是湖区沼泽地带或者是沿海滩涂地带，还是低山丘陵地带，都存在大量软基需要进行处理。在近年高速公路施工过程中及成型后，因软基处理不当导致路基不均匀沉降、滑移、开裂的情况屡见不鲜，严重影响高速公路质量及行车感受，处理难度大，费用高。因此，施工过程中，软基处理对路基质量是否关键。软基处理有多种方式，其中最常用、效果最好的当属软基换填。换填具有施工方便，处理彻底等优势。本文结合广东省河惠莞高速公路的施工经验及工程实例，探讨软基换填在高速公路施工中的合理应用。
关键词：软土地基；应用；换填
一、前言
河惠莞高速公路地属粤东北山区，位于广东省河源市龙川县境内，与江西省赣州市定南县毗邻。标段内地貌主要以低山丘陵为主，局部小范围的丘间谷地和河谷区，分布有大量软基。相比于内陆平原及沿海地区的软土地基，本项目存在的软土地基具有分布面积不大，厚度较小且变化幅度大等显著特点。在处理软土路基时，应根据处理目的，结合地形地貌、工程石料等情况，选择符合要求且经济实用的处理方法。本文结合河惠莞项目软基处理的工程实例，对换填处理方案的制定进行探讨总结，希望对此类工程施工提供参考性意见，以减少高速公路建设过程中此类问题的出现。
二、软土及软土地基的定义及分类、判定方法
软土是天然含水率高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高的细粒土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。
淤泥是在净水和缓慢流水环境中沉积、天然孔隙比大于或等于1.5、含有机质的细粒土。
淤泥质土是在净水和缓慢流水环境中沉积、天然孔隙比大于或等于1.0且小于1.5、含有机质的细粒土。
泥炭是喜水植物枯萎后，在缺氧条件下经缓慢分解而形成的泥沼覆盖层。常为内陆湖沼沉积，有机质含量大于或等于60%，大部分尚未完全分解，呈纤维状。
泥炭质土是有机质含量大于或等于10%且小于60%，大部分完全分解，有臭味，呈黑泥状的细粒土和腐殖质土。
软土具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏性高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂，各层之间物理力学性质相差较大等特点。
软土地基是有软土层分布，在荷载作用下易产生滑移或过大沉降变形的土质地基。对于山区高速而言，结合水系及地形特点，淤泥、淤泥质土的形成几率偏高，一些年代较为久远沟谷或古河道也有产生后泥炭、泥炭质土的可能。
根据《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》（JTG/D31-02-2013）软土可按下表1进行鉴别。由于天然孔隙比和天然含水率两项物理指标测试方便，且变异性小，因此当表中部分指标无法获得时，可根据天然孔隙比和天然含水率两项指标为基础，采用中和分析的方法进行鉴别。
表1
除上述方法外，尚应结合现场挖探，即肉眼观察和鼻闻等直观方法进行判断。软土性状较为直观，但也有碰见非软土类雨水软化，呈软弱状，如花岗岩风化土，届时应根据指标测试的方法判定较为准确。另外静力触探和现场轻型触探也是判断软土较为方便的方法，但应根据各自条件，不同情况择优选用。
三、软土地基处理的常用方法
软土地基处理的目的是提高该段公路路基的稳定性和承载能力。因此软土地基处理方案应结合当地气候、地形、水纹、地质、材料、建设工期、养护条件、工程实践经验和技术水平等因素，综合分析确定。软土地基处理方案应做到技术可行，经济合理，因地制宜，保护环境。常用的软基处理方法有以下几种：
表2 软土地基常用处理方法及使用范围一览表
根据地质勘查报告显示，河惠莞高速公路沿线软土分布较浅，设计图纸主要对河惠莞高速公路沿线采用软基换填的处理方案，部分偏深的路段也有采用素砼桩的处理方案。本文主要对软基换填在软基处理中的应用进行探讨。
四、本项目软基处理中存在的问题
1.路堤失稳滑移
案例1：梅花互通 EK0+610-EK0+760 右侧软基填方长度为 150m，最大填土高度 25.6m，基底软基采用素砼桩进行处理，间距2m*2m，桩径40cm。该段软基处理完成时间为2017年6月，至2017年9月，路堤回填至二级坡顶时，监测单位发现坡面出现开裂失稳现象（见现场照片），且裂缝不断发展。至2017年11月28日，裂缝发展速度加快，出现路堤失稳状态。
该段软基采用素砼桩处理，路堤坡脚左侧为一处鱼塘。后经现场处理分析，失稳原因为软基处理不彻底，砂垫层厚度不足，排水不畅，加上坡脚外存在鱼塘，侧向抵抗力薄弱，软基局部侧滑，导致路基滑移开裂。
2.路堤排水不畅
案例2：本项目K3+100～K3+360段路堤原地面为“锅底”状，四面环山，在K3+190附近存在一条冲沟。原地面存在软基，设计施工方案为换填透水性材料，换填深度0.5～0.6m不等。该段软基处理完成时间为2016年11月，至2017年8月，路基二级坡要不位置出现涌水，冲毁路基边坡，导致K3+188位置附近二、三、四级坡坡面出现大面积垮塌，严重影响路基质量（见下图）。
后经专家组多次现场研究制定反开挖处理的方案进行处理后，发现该问题的出现主要由于该路段地形特殊，地下水丰富，预计渗水严重。而清淤换填深度不够，且换填范围未在基底全部贯通，导致雨季时地下水无法顺畅引流，继而从路基内部薄弱地带寻找通道涌出。
五、软基换填处理方案的确定
软基换填处理有多种方法，但作为隐蔽工程，无论是堆载预压、排水固结还是素砼桩等方案，都存在设计考虑不全、施工质量大打折扣等隐私，导致软基处理效果不佳。而在低山丘陵地带，软基深度不深的情况下，换填无疑是一种最可靠且经济的施工方案。换填一般采用全部或部分挖除软土或泥炭类土，换填透水性材料或者强度较高的黏性土为主。考虑到本项目大部分软土深度较浅，软土换填处理主要采用全部挖除换填的方案，该方案从根本上改善了地基，不留后患，效果最佳，是最为彻底的改善办法。但是清淤换填也要全面考虑换填范围、换填深度、地下水情况综合制定换填方案，才能保证软基处理效果。
（一）开挖深度的确定
开挖深度的确定是软基换填的主要问题，其直接影响软基换填的处理效果，如开挖不到位，仍会给路基带来不良影响甚至安全隐患，因此软基换填处理时应特别重视，一定要将软土清除干净。一般情况下开挖深度需结合现场挖探、动力触探、地形条件等多方面因素综合确定。
1、现场挖探是最为直观的一种判断软土深度的方式，直接挖出，如软土颜色偏深色，呈软塑或可塑状，且存在腐臭味，一般来说可以判断为软土。一般开挖至基地出现正常土或砂层为止；部分粉质粘土颜色偏深，且颜色与软土相似，届时就需要对该部分土进行土工试验，通过测试软土鉴别指标进行判定。现场挖探时需有地质专业工程师在场，这样更加有利于准确判断软土的特性，能更加合理确定开挖深度。
2、动力触探是动力检测试验的一种，即圆锥动力触探试验，一般作为验证挖探深度的一种措施，主要用于判断软基的深度及底部的承载力。
（1）根据设计相关要求，路基换填主要目的是将软土挖除换填即可，但根据以往项目经验，路基换填深度也可按基底应力粗略进行控制。一般路基地基承载力可按不小于100KPa控制，可满足设计受力要求；高填方路基地基应力可按不小于150KPa控制，可满足设计受力要求；具体路基基底应力值可根据具体填土高度及地形条件计算得出。
（2）涵洞及挡土墙基底换填则是挖除软土外尚需满足基地承载力的要求，即将软土挖除后，如地基承载力仍不能满足基底应力要求，即使不是软土也需要进行换填处理，需采用内摩擦角较大且较为稳定的材料对涵洞或挡土墙基底进行填筑，使其基底应力进行有效扩散，使地基能满足设计基底应力要求。
3、现场地形条件也是影响开挖深度确定的一大因素，一般来说地形较为简单时，根据现场挖探和动力触探资料即可综合确定开挖深度；当地形较为复杂时，则需仔细研究现场地形分布，根据地形要求，分台阶或分块确定开挖深度，不可统一采用一种开挖深度进行换填开挖。
4、对于高陡路基路段，考虑路基位于陡坡上，稳定性偏弱，易产生滑移，应结合岩土力学计算，确定滑移面位置，滑移面底部应采用稳定性好的材料进行换填，关键部位即使非软土的软弱土也需换掉，确定开挖深度时应将该部分软弱土厚度计算进去。但假使存在排水条件，排完水之后经过计算仍能满足要求的土地，也可不进行换填处理。
5、部分沟谷虽常年形成软土层，但部分山体较易崩塌，出现崩塌后较好的土体覆盖了软土层，在软土层上形成较硬的土层，有时甚至达3～4m，在现场勘探时需特别注意，应结合周边地形和地质情况进行判断，现场勘探时应尽量探到软土层位置，避免出现误判。
6、为保证开挖深度的合理性，选择挖探点或触探点时，避免由于沟心积水或沼泽地无法到达，仅在田埂或山坡脚勘探，导致勘探结果失真，应尽量进入到有代表性地狱进行勘探。
7、现场挖探或轻型动力触探应覆盖到位，避免出现因挖探或动力触探深度不足，导致换填超方的现象。
如现场软基换填开挖深度确定后，现场软基换填应以方案确定的开挖深度控制，换填应尽量清干净淤泥或非适用材料。
（二）换填材料及厚度的确定
在换填基坑开挖后，首先要确定的是换填材料，基底换填材料主要采用透水性材料，一般采用碎石、砂砾、石渣等水稳性好的材料；路基基底换填一般采用石渣；涵洞和挡土墙基底换填材料根据设计要求，采用级配碎石或砂砾。换填材料当采用隧道出渣和路堑边坡开挖土石方时，应保证石料风化不严重，无崩解、可溶性不强等特性。其次是要确定换填材料厚度，按设计图纸要求，应在基底换填一定厚度的透水性材料，其上采用素土回填至原地面。实际上对于水位较高或地势较为平坦、排水不畅的情况，建议换填透水性材料至原地面。具体换填材料厚度的确定主要由以下几方面决定：
1、现场地形地表条件。根据以往项目经验，对于地形坡度较陡，具备排水条件的情况，一般换填50cm石渣；对于地形坡度交缓，具备排水条件的情况，一般换填100cm石渣；对于地形坡度较缓，但具备排水条件的情况，可根据实际情况适当增加石渣厚度；对于地形坡度较缓，但不具备排水条件情况，或地形比较平坦的情况，一般将石渣换填至原地面。
2、现场软土分布均匀情况。当软土分布不均匀时，可能出现相连路段换填开挖深度不一致，为保证基底透水层能有效排水，一般均需将相连路
论文作者:杨钱
论文发表刊物:《防护工程》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/23
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