換填法在市政工程軟土地基處理中的應用

楊柳紅

（福建安華發展有限公司，福建 南平 363005）

0 引言

軟土地區市政道路因承載力不足極易出現路面不穩定、路基不均勻沉降以及水平位移等問題。軟土地基的處理，常用的技術有換填法、強夯法、化學加固法、堆載預壓法等，工程應用中應根據地形地貌、地層成因類型、巖土性質、產狀與分布情況、軟土地基厚度、地下水類型和分布情況、軟土的物理力學性質、材料場地情況以及工程級別等因素，選擇合適的軟土地基處理方法。換填法具有施工工藝簡單，可就地取材，效果好，速度快，不需要特殊機械設備等優點，在軟土地基處理中應用頻率相對較高。本文僅對換填法技術用于在市政工程軟土地基的處理進行分析。

1 市政工程軟土地基的危害

軟土一般指在靜水和緩慢流水環境中沉積，以黏性土為主并伴有微生物作用的近代沉積物，多分布于江、河、海洋沿岸、內陸湖泊、池塘和多雨的洼地，如淤泥和淤泥質土、沖填土、泥炭土和沼澤土等，淤泥和淤泥質土是軟土中較為主要的類型。軟土地基具有流動性強，天然含水量高，孔隙比大，壓縮性高，抗剪強度低，固結系數小，固結時間長，透水性差，物理力學性質相差較大等特點[1]。

相對于普通地質的基礎，未經處理的軟土地質強度低，若在這類地基上建造多層建筑物，由于荷載偏心或軟土層厚薄不均，分布不一容易引起沉降，沉降量過大可能導致建筑物傾斜，墻體開裂，甚至倒塌，相鄰建筑物過近或相鄰建筑物荷載差異過大也可能會出現傾斜；軟土含有大量水分，固結程度很低，并有明顯的觸變性，且軟土地基的欠固結土或大面積填土產生負摩擦力引起的沉降會嚴重影響路面的平整度，影響道路通行能力和安全性，路基路堤還可能會隨著軟土地基一起產生滑動現象，從而使整個路面遭受到破壞。

2 換填法在市政工程軟土地基處理中的應用

為保障市政工程道路的安全實施，需對軟土地基進行相應的處理。換填法又被稱為置換法，指的是先開挖掉基礎底面以下的軟弱土層，回填強度較高且壓縮性較低的土料、碎石料、灰土料或礦渣土等材料，分層夯實，形成堅硬的墊層基礎，利用墊層的高強度和低壓縮性，以及擴散附加應力的性能，提高地基承載能力。換填深度一般在3m以內，不應小于0.5m[2]，若換填的墊層太薄，效果不明顯；若太厚，工期較長，工程造價高，不經濟。按照材料的不同可以將換填法中的墊層分為砂墊層、碎石墊層、砂卵石墊層等類型。換填法適用于淤泥、淤泥質土、雜填土、松散素填土等地基處理。

以福建省漳州市草寮街拓通工程為例對換填法在市政工程軟土地基處理中的應用進行分析。

2.1 工程概況

草寮街拓通工程為市政工程施工項目，位于福建省漳州市薌城區，道路全長493.52m，西起元光南路，東至丹霞路。工程紅線寬度為20m，設計行車速度為20km/h。其中元光南路至元江路為新建路段，元江路至丹霞路為改建路段。工程為城市支路，施工內容包括排水工程、道路工程、交通工程、照明工程、綠化工程等，其中道路路面為瀝青混凝土面層，雨水管道為鋼筋混凝土管，污水管道為HDPE纏繞增強管。

工程所在地靠近九龍江西溪段，沿線地段為沖洪積階地地貌，有大量高含水率淤泥與淤泥質黏土，軟土地基分布較為深厚，地勢低洼，經常出現大面積積水的現象，地表常年較為潮濕；施工期間正值漳州多雨頻發的季節，同時周邊小區密集，人口活動頻繁，需要采取各種雨期施工的措施。軟土地基的處理成了該工程的首要任務。

根據鉆探揭露的地層情況，該路段地基土自上而下分為人工成因（Qml4）素填土，沖洪積成因（Qal+pl4）粉質黏土、淤泥質黏土、細砂、淤泥質黏土和圓礫，殘積成因（Qel）砂質黏性土，下伏基巖風化層等，這些軟弱土層無法滿足該市政道路的建設需求，因此需要利用級配碎石將淤泥與淤泥質黏土進行置換（如圖1所示）。

圖1 路基換填碎石平面布置圖

2.2 施工準備

在進行換填施工之前，應做好相應的準備工作。

（1）材料準備。例如草寮街工程換填的級配碎石采用5～40的天然級配，最大粒徑不大于50cm，含泥量應小于5%，針片狀含量小于20%進行換填，不得含有草根、樹葉等雜物，中間加鋪兩層土工格柵，土工格柵采用拉伸型雙向聚丙烯（TGSG40-40），每延米縱向抗拉屈服強度不小于40kN。

（2）設備準備。不僅需要適合施工工藝的要求，也同時需要滿足施工進度的要求，提高軟土地基處理的機械化水平，如挖掘機、推土機、壓路機、打夯機、裝載機、推土機等設備。

2.3 施工要點

（1）工藝流程：檢驗材料質量-分層鋪筑-灑水-碾壓或夯實-找平驗收。

（2）作業人員采用排水溝降水的方法，在路基兩側開挖排水溝，將地下水位降至基礎底面以下500mm，確保施工期間排水通暢，避免基坑受水浸泡。利用挖掘機等設備開挖基坑，盡量避免擾動基底土，減少對基底土的破壞，避免其強度的降低。為了避免超挖現象可以通過預留300～500mm由人工開挖，或者出現了超挖，在標高允許的情況下可適當調整碎石墊層的高度。整平過程中，任何車輛不得通行。

（3）換填前，先進行驗槽工作，確保浮土清除干凈，邊坡穩定，待五方簽認后方可進行下一步的工序。回填應及時，坑底土不易暴露過長時間或受水浸泡，并防止作業人員踩踏。

（4）碎石墊層可有效提高地基承載力，避免地基破壞，減少沉降量，加速軟弱土層的排水，避免地基土的塑性破壞，防止凍脹等作用，可見，換填法的主要作用是改善軟土地基的承載力并減少其沉降。這一主要目的通常是通過換填的材料質量和墊層的壓實度來實現。把填料的級配、壓實度作為控制的重點，做好這兩個方面的雙控工作，是控制墊層施工質量的最佳手段。

根據同一標高處軟弱土層的容許承載力計算厚度，確保碎石墊層底面處土的自重應力與附加應力之和小于或等于軟弱土層的容許承載力。若將承載力設置得過高會加大墊層的厚度，降低施工合理性。若厚度太小會影響換填法的施工效果。草寮街工程軟弱土層的容許承載力在60~80kPa之內，且壓縮模量為3MPa，所以需要將碎石墊層地基容許承載力設置為100~200kPa，將碎石墊層的厚度控制在1m之內（見圖2）。

圖2 碎石墊層的結構示意圖

（5）采用分層鋪筑的方式進行回填作業，在回填周邊設標高控制樁，利用水準儀在每層攤鋪后測量厚度，將每一層控制在150~200mm，不宜超過300mm的厚度，為確保路基邊緣的壓實度，兩側各超寬150mm。先用推土機根據測量放樣的標記進行初步整平，推土機難以工作的部位，人工進行整平。發現砂窩或石子成堆的現象時，應將砂子或石子挖出，再分別填入級配好的碎石。整平時如有局部凹陷，路基兩側邊線、左右半幅銜接處都需人工進行找平。

（6）在換填的級配碎石中可增設各種類型的加筋材料，如土工布、土工格柵等，形成復合墊層，提高結構層的擴散應力，使壓縮應力分布均勻，增強墊層整體性和剛度，減小不均勻沉降，同時還能約束側向變形。草寮街拓通工程鋪設兩層土工格柵，施工時土工格柵均勻張拉，相鄰兩幅格柵在交界處的搭接用扎絲綁扎，綁扎間距50cm，縱向搭接寬度為15cm，張拉緊后用U型鋼釘定位，間距為1.5cm。鋪設土工格柵后，應及時攤鋪上層材料，材料不宜直接卸在土工格柵上，卸料的高度不超過1m，避免造成局部承載能力不足。

（7）碾壓前檢測材料鋪設后的高程，橫坡及平整度合格后，根據施工現場的天氣情況，適當灑水以保持材料的最佳含水量，及時進行壓實工序，碾壓順序為“先低后高、先輕后重，先靜后動，先慢后快”，壓實應連續作業。根據不同的換填材料選擇不同的施工機械。該工程采用12T壓路機進行分層碾壓密實，控制碾壓的速度，第一遍碾壓時需要進行1~2次碾壓（不開震動），以免擾動基底土，第二遍碾壓4~6次（開震動），增強壓實度。邊角或壓路機難以碾壓到的部位采用打夯機進行夯實，落距保持在400~500mm，每一夯壓半夯進行夯實，一般不少于3遍，需注意各墊層搭接部位壓實度的控制。壓路機進行及停車時應錯開，間距不小于3m，停車時應停在已經碾壓好的路段上，不得急轉彎、調頭等，壓實度的要求如表1所示。

表1 路基壓實度（重型標準）

（8）根據監測要求，利用沿著墊層周邊設置的標高控制樁進行沉降度的測量，每次回填前后利用水準儀進行標高測量，記錄原始標高和沉降值，沉降差應控制在合理范圍內。

2.4 質量檢驗

碾壓成型后除及時對壓實度進行檢驗外，還需對平整度、厚度、寬度等項目進行檢測（見表2）。

表2 各檢測項目表

施工過程中的主要材料、路基填料的承載比（CBR）、軟土地基加固后的承載力檢驗、路基填筑壓實度、道路彎沉試驗等都是主要的控制要點。

3 結束語

綜上所述，地基是市政道路工程的基礎，決定了整個項目的質量。市政工程地質條件不佳，可以通過換填法的應用有效改善地基土的變形特性、滲透性，顯著提高地基承載力，工后實現沉降顯著下降，地下水干擾變小，地基土壓縮性降低等預期效果。因此，在市政工程軟土地基處理過程中，應結合以往施工經驗與軟土的特性，依據經濟性、有效性原則，選擇適宜的軟土地基處理技術，充分發揮軟土地基處理技術效果，確保市政道路施工作業的順利開展。