公路路基挖方段软弱路槽的处治方法

梁国烯

(保利长大工程有限公司，广东 广州 510620)

挖方段软弱路基换填深度一直是业内备受关注且未能较好解决的一个问题[1]。在工期比较紧的情况下，为保证工程进度、质量以及成本目标得以实现，应根据不同路段不同开挖深度的弯沉情况，及时采取相应的处理措施[2]。在挖方段路基路面施工过程中，经常遇到路基顶面验收实测弯沉值不达标的情况时，多采用换填法对路床范围内部分土体进行处治[3]，即把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除，以粗粒土或低剂量无机结合料稳定土进行换置。然而，在对换置深度进行确定时，多简单地采用传统的经验判断方法。现代工程项目管理讲究的是以数据为基础的精确管理，或者说，是先以试验数据为基础，兼以实践应用作验证之精细化管理。

依托于广东省某高速公路，本文对路基顶面弯沉不达标处治方案选择的思路进行了总结；并基于路基顶面回弹模量与回弹弯沉值的换算关系，通过室内计算得到了换填开挖后路床顶面回弹模量与换填深度的对应关系，并以表格形式列举，最后分别针对挖方段路槽回填土质不良、地下排水不畅以及土质不良与地下排水不畅复合作用下导致路槽顶面弯沉不达标的工程问题，提出了有针对性的处治方案，以便于在后续项目现场确定处治方案的研究过程中提供有益参考。

1 处治方案选择的思路

当遇到路槽回弹弯沉值不满足要求的情况时，首先需要弄清楚两方面事情：

一方面是填筑选用的材料各方面是否满足要求。考虑路基填筑材料的适宜性时，无非是从天然含水率、液塑限和CBR三方面来考虑[4]。据现场观察发现，本高速公路路基填筑过程中，部分边坡或路基土质类似于花岗岩残积土，属高液限土类，该类土往往存在性质不稳定，浸水易发生崩解，天然含水率较高而难以压实等问题。将该类土用作填料进行路基填筑时，就会使规范或设计要求的压实度、路基设计弯沉等达不到要求。

另一方面是路基的干湿状况是否满足要求。假如不满足要求，需要进一步明确是受地表排水不通畅或地下水作用的影响，抑或是受边坡岩层层间潜水渗流作用的影响(对边坡稳定性分析时尤为关键)。前者需采取降低地下水位或设置地下水隔离层的措施，并进一步深挖纵向渗沟、土层开挖翻晒和疏通边沟就能基本解决，后者可考虑建立横向排水系统，做到截除横向流动潜水，并通过渗沟将水引流至纵向排水沟。

2 规范对路基换置深度的指引

JTG D30—2015公路路基设计规范第3.2.8条例为：当路基湿度状态、路基填料CBR、路床回弹模量和竖向压应变等不能满足要求时，应根据气候、土质、地下水赋存和料源等条件，经技术经济比选后，对路床采取下列处理措施：

1)可采用粗粒土或低剂量无机结合料稳定土(潮湿段建议用水泥)等进行换填，并合理确定换填深度。

2)对细粒土可采用砂、砾石、碎石等进行掺和处治，或采用无机结合料进行稳定处治。细粒土处治设计应通过物理力学试验，确定处治材料及其掺量、处治后的路基性能指标等。

3)水文地质条件不良的土质挖方路基或者潮湿状态填方路基，应采取设置排水垫层、毛细水隔离层、地下排水渗沟等措施。

针对路床这一专业语言，JTG D30—2015公路路基设计规范对第3.2.8条例进行了解释。主要内容为：“路床可理解为路基工作区深度，美国AASHTO(1993)明确车辆荷载对路基的影响深度为1.5 m，同济大学对我国40种典型沥青路面结构的路基工作区深度进行了数值分析，取95%累计频率对应的值则为0.9 m～1.9 m；通过试验路实测单轴双轮100 kN标准轴载条件下沥青路面路基工作区深度为0.9 m～1.5 m。于是规范对其进行总结归纳并界定为，轻、中等及重交通的公路路床厚度仍为0.8 m，特重、极重交通的公路路床厚度为1.2 m。”本项目则定义为重交通，其关于换填或处治深度的确定，虽未明确给出有依据的计算方法，然而原则上可理解为换置深度为路基顶面以下0.8 m范围内，同时鉴于粗粒土或低剂量无机结合料稳定土、乃至一般砂石料作换填材料的应用成本都比常规石屑要高，本文对挖方段软弱路槽的换填深度以路基顶面以下0.8 m范围内控制，并采用常规石屑作为基本的换填材料。

3 换置处治深度的计算方法

工程讲究的是如何在尽量节省有限资源的环境下，以最低成本将项目建成。为了追求技术经济的合理性，既有文献仍对路基换填、处治深度的计算方法进行了研究，主要有路基荷载工作区分析法、地基承载法和HAPDS2011程序计算方法三种[5]。三种方法的逻辑思路基本一致，大致是基于各类等效原理，参考了当量回弹模量的计算方法，将换填层作为新增的路面结构层，选定好换填材料，按照路面竣工验收弯沉值与各层容许拉应力为指标，对当量回弹模量进行试算，由于换填层材料的模量与层厚度有关，直至算到满足要求的层厚度，该层厚度即为满足要求的换填深度。

传统设计在对路面结构层进行设计或层厚度计算时，一般采用HAPDS2011程序。本文也参考当量回弹模量的计算思路，选用石屑材料进行换填，石屑的抗压回弹模量范围大概在60 MPa～80 MPa内，试算取60 MPa。试算路面结构如表1所示(由于未筛分碎石垫层属功能性路面结构层，在承重传荷方面的贡献一般不予以考虑)。换填开挖后路床顶面的回弹模量值拟定为20 MPa(对应弯沉见表1，即为4.66 mm)，其余材料参数均取自原高速公路施工图设计上，最后使用HAPDS2011对本项目的换填、处治厚度进行计算。

表1 广东省某高速公路路面结构层

4 挖方段软弱路槽快速处治方案

4.1 针对土质不良单方面问题的处治方案

按照上文算法，得到换填开挖后路床顶面回弹模量与换填深度的对应关系，如表2所示。由此可见：对超挖换填深度不大于30 cm路段，换填开挖后路床顶面对应弯沉值不大于423 mm；对超挖换填深度不大于50 cm路段，换填开挖后路床顶面对应弯沉值不大于466 mm；对超挖换填深度不大于80 cm路段，换填开挖后路床顶面对应弯沉值不大于582 mm。

表2 开挖后路床顶面回弹模量与换填深度的对应关系

若遇到超挖后换填所需深度不足的情况，则只需改用模量更高的填料足矣，如换填回弹模量一般为110 MPa～140 MPa的级配碎石[6]，以减少开挖回填深度，提高施工效率。另外值得说明的是，对计算得到的换填深度，建议铺设一小段试验路，然后测定换填后的路基顶面弯沉实际值，与之对比，必要时作一定的调整。

4.2 针对地下排水不畅单方面问题的处治方案

当面对由于地下排水不畅导致挖方段路槽弯沉不达标之工况时，换填处治并不能彻底解决根本问题。此时，仍然采用超高挖方路段的常规排水设计将不能满足使用要求。路基各种病害和变形的产生，无不都与地表水或地下水的浸湿和冲刷等破坏作用有关。要保证路基的稳定性，提高路基的抗变形能力，必须采取灵活的排水设计，以消除或减轻水的危害作用，使路基在服役过程中，处于平衡湿度较低的状态。否则，由于沥青路面与路基的应力和应变协调一致，在行车荷载和环境的耦合作用下，随着时间的推移，路基的工作性能也会以病害等形式反映至沥青路面结构上。

对于此工况，应对挖方段碎石渗沟作适当修改，根据路槽过湿的严重性，来灵活选择渗沟甚至渗井等地下排水设计方案。例如根据对本项目某挖方段路槽渗流、管涌等现象的现场观察(如图1所示)，设计改采用了管式渗沟，如图2所示，渗沟一边为渗水层，另一边为隔水层，埋设按现场观察的管涌深度而定，深度需大于不透水层界面的30 cm或以上，以彻底隔绝岩层潜水对路基的浸入。随后根据必要性，宜对既有过湿土通过翻挖翻晒或掺加一定量生石灰以作简单“砂化”处理。

4.3 针对地下排水不畅及土质不良双方面问题的处治方案

当面对由于地下排水不畅及土质不良导致挖方段路槽弯沉不达标之工况时，应先按上文4.2的要求完善好地下排水工程后，再按上文4.1的要求进行换填石屑乃至碎石等模量更高的透水性材料。

5 结语

本文针对高速公路建设过程常见路基挖方段路槽弯沉不达标问题的解决依据、思路及方案进行了分析与总结，主要得到了以下结论：

1)挖方段路槽弯沉不达标现场通常由回填土质不良或地下排水不畅通等单方面或多方面因素的综合而形成。

2)开挖后路床顶面弯沉值不大于423 mm，则换填不大于30 cm的压实石屑材料即可；开挖后路床顶面弯沉值不大于466 mm，则换填不大于50 cm的压实石屑材料即可；当开挖50 cm后路床顶面弯沉值仍大于466 mm时，考虑厚度较大会增加回填难度及压实效率等问题，宜选择碎石等模量更高的回填材料。

3)分别针对挖方段路槽回填土质不良、地下排水不畅以及土质不良与地下排水不畅复合作用下导致路槽顶面弯沉不达标的工程问题，提出了有针对性的处治方案。