公路軟弱路基水土聯合堆載預壓技術的應用研究

王 偉，崔 峰

（1. 中材地質工程勘查研究院有限公司，北京 100102；2. 北京恒華偉業科技股份有限公司，北京 100010）

0 引言

隨著我國經濟的飛速發展，交通量日益增加，現有公路無法滿足人們的交通需求，急需對現有路網進行升級改造[1-4]。在公路改擴建項目中新舊路基銜接處（尤其是軟弱路基路段），天然地基欠固結，地基沉降量較大，易造成新舊路基銜接不良，形成路基沉降差，這嚴重影響了未來道路運營的安全性和舒適性[5-6]。當前，針對公路工程軟弱路基的施工方法很多，其中土方堆載預壓是最常用的方法。該方法主要是通過土方堆載的方式對路基施加外部荷載，從而使土體固結速度增大，提高整體的穩定性和強度。但是，這種方式所需土方量較大，施工結束后需要外運土方，會增加施工成本，而且會產生揚塵等影響環境的物質。

依托新疆某高速公路改擴建工程項目，結合設計及現場情況，吸取其他地區關于軟土處理的成功經驗，對現場施工情況進行設計，采用水土聯合堆載預壓技術處理軟弱路基段拼寬路基，并結合施工期監測情況對路基處理效果進行檢驗，以期為似改公路工程項目軟弱路基拼寬的設計及施工提供參考。

1 工程概況

項目為天山北坡經濟帶主通道，為疆內東西運輸的大動脈之一，此處交通量較大，施工期需保證車輛正常通行。現狀舊路為一級公路，2019 年10 月交工通車，路基寬度為24.5 m，設計時速為80 km/h，路基路面處于服役初年。針對軟弱路基，采用換填砂礫+強夯法進行處理，路基仍處于工后沉降期，現運營狀況良好。本改擴建項目路基寬度為26.5 m，設計時速為120 km/h。

項目區位于準格爾盆地南緣，地處天山北麓，展布在頭屯河、三屯河等流域下游的沖積細土平原區，所處地形平坦。根據地勘資料，沿線軟土主要位于古河道及部分地下水埋藏較淺的路段，地層以粉質黏土為主，局部夾有粉土，軟（弱）土層天然含水量高，多為軟塑（局部為流塑）狀態，土層厚度約18.5～22.5 m，覆蓋層厚度約為1.0～3.0 m，軟土地基承載力為80～110 kPa，標貫擊數為3～7 擊。物理力學試驗結果顯示，軟（弱）土層孔隙比e0為0.54～0.74，塑性指數Ip為5.7～7.4，最大干密度ρd為1.58～1.75 g/m3。由此可知，沿線軟(弱)土多屬于過濕土。

2 水土聯合堆載預壓技術

處理公路工程軟弱路基時采用水土聯合堆載預壓技術。利用土方和水袋實現對軟弱路基的堆載預壓。水的來源一般是就近取水。軟弱路基經過堆載預壓處理后，路基內部水分受到超靜壓力被擠壓，路基土體體積減小，相應的土體密實度增大，整體的承載性能及強度增加。通過水袋和土方的作用，公路軟弱路基結構穩定性得到大幅提升，降低了后期公路運營階段路基被破壞的可能性。

水土聯合堆載預壓技術處理深度不大，一般為小于4.0 m 的軟土路段，所需土方工程量較大，堆載周期較長，一般大于6 個月，但其造價低，施工方案相對簡單，適用于工期要求不緊張、造價較低的填方路基。在利用水土聯合堆載預壓技術進行施工的同時，需要處理好新舊路基的銜接，防止施工過程中產生差異沉降。

此外，對于施工質量的急性把控需嚴格。本施工段軟（弱）土分布于頭屯河至三屯河古河道段，粉質黏土軟弱層厚度達到15.0 m，全段采用對稱拼寬，路基填高0.8～2.8 m。舊路針對原地表采用了強夯處理，本次勘測期間未見明顯的變形和沉降。鑒于本段軟土層較厚、根治成本高昂，綜合考慮舊路治理方案和通車年限，以及拼寬后路基全斷面工作的協同性，不宜采用剛度差異較大的處理方案。水土聯合堆載預壓技術處治方案如下。

首先，對舊路拼寬范圍基底采用沖擊壓實處理，三邊形沖擊式壓路機壓實功不低于30 kJ，并適當增加壓實遍數。同時，為提高拼寬處路基的整體性和穩定性，對原有路基進行超挖，采用半超挖半超填的拼接方案，保證路基最小寬度為3.0 m。這既有利于機械化施工，又提供了堆載預壓工作區。接著，按1∶1.5 的坡率對土路肩寬度（75 cm）范圍內既有路基進行超挖（拼寬寬度不足3 m 的情況），之后在所形成坡面自下而上逐級開挖臺階，而拼寬寬度達到3 m時直接在既有坡面上開挖，開挖1 級及時填筑1 級，臺階寬度應不小于1 m，并設置內傾3%的斜坡。然后，在路床頂面及底面、路基基底及路基內部部分臺階頂面（填高間隔不大于1.5 m）進行沖擊碾壓補強。沖擊壓實層壓實完成后，鋪設1 層鋼塑土工格柵。拼寬寬度不足4 m 時土工格柵由舊路臺階內緣通鋪至拓寬路基邊坡外緣。格柵長度最長5 m。最后，拼接范圍應加強軟弱土處理，基底回填及地面線以上路堤的填料均采用砂礫、礫類土等材料。路基填筑方案如圖1所示。

圖1 路基填筑方案Fig.1 Subgrade filling plan

為加速施工期地基的沉降和固結，控制工后沉降及其與舊路的沉降差，處理完該段地基后采用堆載預壓，預壓高度和周期根據相關計算及本項目的建設周期確定。

根據路基填料與路面結構重度換算，運營期路基頂面壓力為22.4 kPa，換算高度為1.12 m（自路基頂面起算），綜合施工條件及道路保通需求，本項目超載預壓堆載高度設為1.92 m（自路基頂面起算），路基加載的設計數值如圖2所示。

圖2 路基加載的設計數值Fig.2 Subgrade loading design numerical diagram

在路側設置寬為1 m 的護坡道，采用沿線清表土、其他挖除棄方進行填筑。對護坡道范圍和主線拼寬部分同步進行超載預壓。設置沉降和位移觀測點，在施工期進行監測，并將該段設定為運營期重點監測路段，必要時進行針對性養護處治，同時在該路段起終點設置軟基沉降段相關標志，提醒司乘人員注意行車安全。

3 水土聯合堆載預壓技術的效果分析

在路面設計使用年限（15 a）內，路基所發生的殘余沉降為工后沉降。對于一般路段，允許工后沉降≤30 cm；涵洞、通道與路基毗鄰處的工后沉降≤20 cm；橋臺與路基毗鄰處、舊路拼寬段的工后沉降≤10 cm。地基總沉降計算方法為經驗系數法；主固結沉降計算方法為e-p曲線法；穩定計算方法為總應力法(瑞典條分法)。

進行地基沉降量計算時，采用分層總和法，并采用沉降系數對其進行修正。路面竣工時，地基沉降量為4.3 cm；路面竣工后，基準期內的殘余沉降量為1.5 cm；基準期結束時，地基沉降量為5.8 cm；最終地基總沉降量為1.5 cm；拼寬處沉降差為1.8 cm[7]，滿足規范要求。

進行路基穩定性計算時，采用總應力法，采用土的固結快剪或快剪指標進行計算，穩定安全系數選取為大于1.20，當考慮地震作用時穩定安全系數選取為大于1.15[8]，滿足規范要求。

根據上述計算，采用水土聯合堆載預壓法后軟弱路基的穩定性得到了保證，在減少施工成本的同時，確保了公路工程的施工質量。

4 結語

針對改擴建項目軟弱路基段路基拼寬處理所產生的不均勻沉降進行分析，結合項目特點進行論證比選，選擇適合工程特點的路基拼接方案，強調新舊路基剛度相適應、變形相協調，為新疆地區類似高速公路改擴建項目的設計提供了一定的參考。