高速公路沿线特殊路基处治研究
【摘要】软土地基处理事关公路建设的成败与安全，某高速公路遇到的特殊路基的情况很有代表性，通过在设计和施工方面大量的分析研究工作，提出了适用于当地路堤软弱地基加固的处理方法、施工控制标准及要点，对其软弱地基进行处理时主要采用了土工格栅和塑料排水板堆载预压的方法。
关键词：软弱地基、处治技术、设计、施工
1某公路项目的地基特点
某公路项目的沿线地形地貌可分为两段:第一段沿线遇到的特殊路基问题主要有软弱地基、高边坡、斜坡路堤、高填路堤、采空区等:第二段布线自由度较大，主要的特殊路基问题是软弱地基和高边坡。软弱地基是该项目中最常见的地质病害，深度一般在0.5~10余米，很少超过20米。
本项目的软弱地基主要分布于沿线丘陵地貌地形低洼处冲沟内，分布第四系坡洪积、冲洪积层，这些低洼地段多为冬水田或水旱轮作耕地，受耕作影响，地表土层长期受水浸泡，含水量较高，加上沿线这些地段内多为上部基岩裂隙水排泄处，地下水丰富，埋深浅，表层覆盖层多为流塑~软塑粘土、亚粘土、亚砂土，多呈软(可)塑状，承载力较低，地基承载力一般为0.05～0.10Mpa，抗剪强度小，厚度分布于0.5~10米之间。另外，填方路堤高度较大，多在10m~25m，在稳定性和工后沉降方面一般不能满足规范要求。
具体说来，软弱地基分为两类：
砂岩窄谷型：地层以白垩系砂岩为主，母岩决定了土性以砂土为主，CV、CR排水固结系数大，采取换填为主，插板为辅，这种类型的软弱地基一般不是很深，多为7~8m。
泥岩宽谷型：地层以侏罗系、三叠系泥岩为主，母岩决定了土性以粘土为主，粘性强、排水固结慢，采取插板为主，换填为辅，这种类型的软弱地基一般很宽，多为70~100m。
在该地区即便土的各种指标略大于规范中规定的有关软土的技术指标，但在填土高度很大时，在稳定性和工后沉降方面仍然不能满足规范要求，还是要按软弱地基处理。针对盆地丘陵间谷地软弱地基的这一特点，借鉴在其他高速公路的处治经验，该公路项目采用了换填、加筋路堤、竖向排水体等综合处治措施，其中竖向排水体处治方法应用最为广泛。
公路路基设计规范将软土地基处治设计分为稳定处治设计和沉降处治设计两个方面。填土较高时，在荷载作用下，路堤会沿着软土产生圆弧形的下移、沉陷。路基填筑过程中产生的沉降可以及时修正，但路面铺筑以后产生的沉降对路基和路面的破坏会非常大的，所以设计时采用工后沉降控制标准。
软土地基设计计算考虑的主要因素：地基稳定安全系数与工后沉降控制标准。当计算的稳定安全系数小于“稳定安全系数”表中规定值时，应针对稳定性进行处治设计；当路面设计使用年限（沥青路面15年、水泥混凝土路面30年）内的残余沉降不满足“容许工后沉降”控制标准时，应针对沉降进行处治设计。
2某公路项目对浅层软弱地基的处治方式
2.1浅层处治设计原则
浅层处治采用换填、换填+铺设土工格栅的方案，一般适用于软弱土厚度小于3m的路段，换填的深度根据填土高度、软基厚度、软弱土层物理力学性质等确定。对于本项目软弱土厚度主要为1.0～4.0m的地段，主要考虑采用浅层处理方法。
根据实际地形、地质、填土高度，通过计算浅层软基采用部分换填或全部换填。换填材料采用透水性较好的材料，如河砂、河卵石、碎石含量不低于50％的土石混填料，应根据因地制宜、就地取材的原则采用。本着减少弃方、减小弃方对环境危害的原则，结合挖方地质，可选取不易水化、强度较高的挖方砂岩片碎石作为软基换填料。
在软基上铺设土工格珊是常用的软基处理方式，主要布设在两个部位，一减小弃方对环境危害的原则，结合挖方地质，可选取不易水化、强度较高的挖方砂岩片碎石作为软基换填料。
在软基上铺设土工格珊是常用的软基处理方式，主要布设在两个部位，一个是下部，主要用来增强路堤的稳定性；另一个是上部，作用是均化与减小沉降，防止路面开裂。
本项目设计中对土工格栅上、下侧填料的最大粒径要求为：不得大于层厚的2/3。这个设计要求虽然比规范中要求的15cm还要宽松，但只要在施工时严格按照设计要求控制好填料的最大粒径，就能保证土工格栅发挥作用，达到加固地基，分散荷载，防止地基深层滑动面的形成，保持基底稳定的目的。
2.2浅层软弱地基的具体处治技术
以本项目中某一段软基处治方式为例。
本段最大填土高12.93m，路段地处丘间谷地，冲沟内覆盖第四系全新统坡残积亚粘土，软塑——可塑状，平均厚度2.5~2.8m左右，其下为中密灰白色粉砂岩，中加夹10cm~15cm卵石，承载力0.08~0.16kPa。下覆5m左右硬塑状亚粘土，承载力200kPa，基岩为白垩系褐红色泥质粉砂岩。上层土体物理力学性质较差，采用静力触探全层测试，地基允许承载力76——100kPa，经计算该路段地基稳定安全系数0.72，工后沉降31cm，稳定及沉降均不能满足规范要求，需要进行处理。考虑到该路段软弱土层平均厚度小于3m，考虑采用全部挖除换填和布设土工格栅方式，可以从根本上改善地基，不留后患。
软基处理设计、施工技术要求：
（1）施工前应先平整场地，开挖纵横排水沟，将农田排水疏干，以便施工。应全面复查软基的分布范围，根据实际调整换填处治范围。
（2）施工时应做好排水措施，不能让水浸泡换填料。地表水比较丰富的路段砂垫层底的标高不得低于地表水标高。
（3）完成排水等配套处治措施后进行土工格栅施工，并在地表铺设50～100cm厚砂岩碎石或砂(卵)砾石垫层，且压实，这样既有利于提高土与格栅间摩阻力，又有利于地基排水固结。
（4）土工格栅铺设时应按设计拟定的位置，垂直于路线方向展开，按路堤底宽全断面铺设。铺设格栅时，应注意格栅间联结与拉直平顺，紧贴下承层，不得出现扭曲，折皱，重叠。土工格栅采用缝接法连接，格栅间互相搭接宽度为20cm，在受力方向联接处的强度不得低于材料设计抗拉强度。格栅扭曲、皱折、重叠则不利于其发挥作用，故铺设时应用手拉直，使格栅平顺均匀，铺好的土工格栅每隔1.5~2.0m用钩头钉固定于地面。
（5）反卷格栅。在第一层填土达到预定厚度并经碾压到设计压实度后，将格栅路堤横向边缘反卷回包1m，绑扎于上一层土工格栅上，并人工修整锚固，在反卷端外侧培土1.0m，保护格栅，防止人为破坏。铺好后，应在48小时以内在其上填土，并不得因填土而移动。
3某公路项目对深厚软弱地基的处治方式
3.1深厚软弱地基处治设计原则
深层处治一般适用于软弱土厚度大于3m的路段。本项目深层软弱土地段多处于丘岭、山谷地形的底部水田地段，经常年淤积形成软基，地下水较为丰富。根据现场原材料供给情况和工程造价，乐宜高速公路项目主要采用了塑料排水板方案。塑料排水板在土体中主要起竖向排水体的作用，可排出地下水、加快地基固结，提高地基承载力，其具有插板机械轻、效率高、对土扰动小、造价低等优点。塑料排水板间距一般为1～2m，长度根据软弱土深度、物理力学性质、填方高度、施工工期等因素计算选取。软弱土厚度不太厚的路段，一般以贯穿软弱土层为宜。
3.2深厚软弱地基的具体处治技术
以其中一段软弱地基处治技术为例。
该段为水田，路段地处丘间谷地，冲沟内覆盖第四系全新统坡残积亚粘土，上伏4~5.6m低液限粘土、亚粘土，软塑——可塑状，平均厚度5.3m左右，下覆白垩系褐红色泥质砂岩。因沟内地势平缓，长期排水不畅，天然含水量比较高，上层土体物理力学性质较差，采用静力触探全层测试，地基允许承载力为90~120kPa，本段最大填土高12.93m，经计算该段路堤的工后沉降38cm，稳定安全系数0.51，该路段地基的稳定及沉降均不能满足规范要求，需要进行处理。根据该段地基的工程地质资料，考虑采用竖向排水体处理。
（1）软弱地基处治设计
对本段软弱地层的处理拟采用竖向排水系统，以改变地基原有排水边界条件，借助排水系统增加孔隙水排除的途径，缩短排水距离，在路堤填筑荷载作用下，加快地基土的排水固结速度、缩短加固时间，使地基土的有效固结压力快速增加。竖向排水体采用塑料排水板。
具体设计处理方法：塑料排水板（平均长度6.4m）+2层土工格栅。预压荷载为路堤自重。
（2）软基处理设计施工技术要求
塑料排水板施工工艺：平整场地（挖排水沟）→铺设下层砂垫层→稳压→放样→机具就位→塑料排水板穿靴→插入套管→拔出套管→割断排水板→检查并记录板位等情况→机具移位→铺设上层砂垫层。
施工质量控制要点：①定位要准确；②施工现场堆放的塑料排水板盘带要加以覆盖，放置于洁净干燥处，防止污染和暴露在空气中老化。③穿靴，将塑料排水板端部穿过预制靴头固定架，对折带子长约10cm，固定联结。④插入过程中导轨垂直，钢套管不得弯曲，透水滤套不得被撕破和污染；⑤塑料排水板留出孔口长度应保证伸入砂垫层不少于30cm，使其与砂垫层贯通；⑥打设完毕后应立即摊铺第二层砂砾层，以防长时间暴露于空气中使板体老化。
4结论
某高速公路是一条具有典型的山区丘陵软弱地基特征的高速公路。进行软弱地基处理时大多采用了土工格栅和排水固结堆载预压的方法。本文主要针对排水固结预压法应用于路堤软基的几个关键问题，结合设计和施工做了实用性的分析与研究，制定了排水固结预压法的设计方法，及其施工控制要点，以便合理的进行地基处理设计与施工。经塑料排水板法处理的软土地基，实测表明相应地基强度及各项物理力学指标明显改善，按控制标准进行填筑时，均能安全填筑到顶。
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