滨海滩涂软基复合式换填结构及处治方法与流程

本发明涉及软土地基处理领域，具体而言，涉及滨海滩涂软基复合式换填结构及处治方法。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，对公路建设的需求迅速扩大，同时也对公路建设的质量问题提出严峻考验。我国幅员辽阔，不少公路修建在滨海滩涂相软土地基上，在沿滨海地区修筑公路，经常会遇到饱和淤泥质粘土和松散粉细砂层，若处治不当，极易引起施工期与运营期的路基纵向开裂，路基滑移及桥涵接头处的跳车等病害。广西作为连接北部湾沿海地区的重要通道，滨海公路全长314.2km，路线沿北部湾海岸线布设，软土地基路段超过200km，约占路线总长的70％。

滨海公路一般位于滨海阶地平原区，地形平坦、地势较低，存在以下技术特点：地下水位长期存在且水位较高、软土工程特性差、周边石材少、海砂资源丰富等。按现行相关规范要求，软基换填材料一般为片石、碎石、卵石、砾石等材料，但由于滨海地区通常缺乏该类材料，若全部外购换填料，存在换填料调动距离远和价格昂贵等问题，若软基换填全部采用上述外购材料，仅软基处理将产生巨额费用。

针对滨海滩涂地区软土的特点，在进行软土基处治时应重点考虑软土成分、结构、地下水、换填材料类型及来源、及路堤稳定性等方面的内容。现有软基处治方法不能很好地解决在滨海滩涂相地区软土上修建公路存在的地下水位长期存在且水位较高、软土工程性质差、周边石材少等问题。滨海地区海砂资源十分丰富，海砂价格相对便宜，若能充分利用海砂进行软基换填，将大大降低滨海滩涂地区的软基处治费用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种滨海滩涂软基复合式换填结构，其改善了在滨海滩涂相软土上修建公路存在的地下水位长期存在且水位较高、软土工程性质差、周边石材少的问题。同时，充分了利用海边丰富的海砂资源，降低了软基换填成本，加快了软基换填速度，缩短了施工工期，且能有效的保证软基换填质量，具有良好的经济效益与深远的社会效益。

本发明的另一目的在于提供一种滨海滩涂软基复合式换填处治方法，其改善了在滨海滩涂相软土上修建公路存在的地下水位长期存在且水位较高、软土工程性质差、周边石材少的问题。同时，充分了利用海边丰富的海砂资源，降低了软基换填成本，加快软基换填速度，缩短了施工工期，且能有效的保证软基换填质量，具有良好的经济效益与深远的社会效益。

本发明提供一种技术方案：

一种滨海滩涂软基复合式换填结构，适用于滨海滩涂地区软土地基换填处理。滨海滩涂软基复合式换填结构包括海砂垫层、碎石垫层、土工格栅层、路堤填土层和路面结构层，海砂垫层、碎石垫层、土工格栅层、路堤填土层及路面结构层的截面形状均为梯形，且自下而上依次设置，海砂垫层和碎石垫层均位于地面以下，土工格栅层、路堤填土层和路面结构层位于地面以上。

进一步地，上述海砂垫层截面的长边与碎石垫层截面的短边接触，碎石垫层截面的长边与路堤填土层的长边接触，且碎石垫层截面的长边边长大于路堤填土层的长边边长。

进一步地，上述碎石垫层位于海砂垫层与路堤填土之间，且海砂垫层大于碎石垫层的厚度。

进一步地，上述土工格栅设置于路堤填土层与碎石垫层之间，且土工格栅的数量为多个，且多个土工格栅相互层叠。

进一步地，上述土工格栅铺设方向垂直于路线前进方向，横断面方向铺设应在路基外缘反包150cm～200cm，相邻两幅土工格栅的连接方式为搭接，且其叠合长度大于或等于15cm。

一种滨海滩涂软基复合式换填处治方法，应用于滨海滩涂软基复合式换填结构。滨海滩涂软基复合式换填结构及公路路基包括海砂垫层、碎石垫层、路堤填土层和路面结构层。海砂垫层、碎石垫层、路堤填土层及路面结构层的截面形状均为梯形，且自下而上依次设置，海砂垫层和碎石垫层均位于地面以下，路堤填土层和路面结构层位于地面以上。滨海滩涂软基复合式换填处治方法包括施工准备步骤、测量放样步骤、软土厚度测试步骤、清除软土层步骤、基底承载力测试步骤、回填海砂步骤、回填碎石步骤、路基填土步骤和路面结构摊铺步骤。清除软土层步骤包括：对选定的滨海路段的软土层进行放坡开挖清除。回填海砂步骤包括：向换填坑填充海砂，并采用压路机碾压，以得到海砂垫层。回填碎石步骤包括：将碎石垫层铺设于海砂垫层之上，并采用压路机碾压，以得到碎石垫层。土工格栅铺设步骤：在碎石垫层顶部铺设并拉紧，以得到土工格栅层。路基填土步骤包括：在碎石垫层上进行填土，以得到路堤填土层。路面结构摊铺步骤包括：在路堤填土层上进行路面结构的修筑，以得到路面结构层。

进一步地，上述对选定的滨海路段的软土层进行清除的步骤包括使用挖掘机挖除软土层，并在开挖中放坡，以确保软土基坑的边坡稳定。利用小型机械和人工清理换填坑底部的软土层。

进一步地，上述向软土基坑填充海砂的步骤为多个分层推运摊铺海砂的步骤，分层推运摊铺海砂的步骤包括：用推土机由软土基坑的一端开始进行中粗砂回填；回填碎石步骤还包括：在每个分层推运摊铺海砂的步骤结束后，对经过分层推运摊铺海砂的步骤后形成的海砂摊铺层进行注水，并使水面高于海砂摊铺层的层面，待海砂摊铺层达到饱和后，对海砂摊铺层进行压实。

进一步地，上述向具有海砂垫层的软土基坑内填充碎石的步骤为多个分层摊铺碎石的步骤；回填碎石步骤还包括对经过分层摊铺碎石的步骤后形成的碎石摊铺层进行压实，对经过分层摊铺碎石的步骤后形成的碎石摊铺层进行压实的步骤采用压路机进行多次碾压，且每次碾压的轮迹重叠1/3。

进一步地，上述滨海滩涂软基复合式换填处治方法还包括土工格栅铺设步骤，以得到土工格栅垫层，土工格栅铺设步骤介于回填碎石步骤与路基填土步骤之间；土工格栅铺设步骤包括将土工格栅沿铺设行进方向垂直铺设于碎石垫层的顶面，相邻两个土工格栅相互搭接。

相比现有技术，本发明提供的滨海滩涂软基复合式换填结构及处治方法的有益效果是：

海砂垫层所需要的材料直接来自于本地丰富的海砂资源，可以节省大量人力、物力和财力。将海砂与碎石有机组合，对软土地基进行换填处治，解决了施工碾压过程中遇到的返水问题，提高了滨海滩涂软基复合式换填结构的强度，处理后的软土复合式换填路基沉降量小。同时，该处治结构的水稳定性好、价格较低，大大降低工程成本。本发明提供的滨海滩涂软基复合式换填结构及处治方法解决了在滨海滩涂相软土上修建公路存在的地下水位长期存在且水位较高、软土工程性质差、周边石材少的问题，可充分了利用海边丰富的海砂资源，降低了软基换填成本，加快软基换填速度，缩短了施工工期；在海砂垫层上增加碎石垫层，解决了高地下水位条件下碾压海砂返水的问题，且由于碎石的压力扩散效果相对于海砂好，提高了软基换填部分的结构强度，能有效的保证软基换填质量，具有良好的经济效益与深远的社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的第一实施例提供的滨海滩涂软基复合式换填结构的结构示意图；

图2为图1中ii处的放大结构示意图；

图3为本发明的第一实施例提供的土工格栅垫的结构示意图；

图4为本发明的第二实施例提供的滨海滩涂软基复合式换填处治方法的流程示意图。

图标：100-滨海滩涂软基复合式换填结构；110-海砂垫层；120-碎石垫层；130-土工格栅；131-第一格栅；132-第二格栅；133-捆绑件；140-路堤填土层；150-路面结构层；s1-施工准备步骤；s2-测量放样步骤；s3-软土承载力测试步骤；s4-清除软土层步骤；s5-基底承载力测试步骤；s6-回填海砂步骤；s7-回填碎石步骤；s8-土工格栅铺设步骤；s9-路基填土步骤；s10-路面结构摊铺步骤。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

第一实施例

请参阅图1和图2，本实施例提供了一种滨海滩涂软基复合式换填结构100，其改善了在滨海滩涂相软土上修建公路存在的地下水位长期存在且水位较高、软土工程性质差、周边石材少问题，具有良好的经济效益与深远的社会效益。

本实施例提供的滨海滩涂软基复合式换填结构100适用于滨海滩涂地区软土地基换填处理，软土地基包括地面(图未标)。针对滨海滩涂相软土的特点，进行软土处治时应重点考虑软土成分、结构、地下水、换填材料及路堤稳定性等方面的内容。

本实施例提供的滨海滩涂软基复合式换填结构100包括海砂垫层110、碎石垫层120、土工格栅130、路堤填土层140和路面结构层150，海砂垫层110、碎石垫层120、路堤填土层140和路面结构层150的截面形状均为梯形，且自下而上依次设置，海砂垫层110和碎石垫层120均位于地面以下，路堤填土层140和路面结构层150位于地面以上，土工格栅130位于碎石垫层120与路堤填土层140之间。

可以理解，海砂垫层110是采用对海砂进行推运摊铺而形成的。同样可以理解的是，碎石垫层120也是采用对碎石进行推运摊铺的方式而形成的。

在本实施例中，海砂垫层110、碎石垫层120、路堤填土层140和路面结构层150的截面形状均为梯形。可以理解，海砂垫层110、碎石垫层120、路堤填土层140和路面结构层150的梯形截面可以是等腰梯形，也可以是其他的任意梯形。

在本实施例中，海砂垫层110截面的长边与碎石垫层120截面的短边接触，碎石垫层120截面的长边与路堤填土层140的长边接触，且碎石垫层120截面的长边边长大于路堤填土层140的长边边长。

在本实施例中，海砂垫层110和碎石垫层120均位于地面以下，路堤填土层140和路面结构层150均位于地上。碎石垫层120截面的长边边长大于路堤填土层140的长边边长，可以使位于地上的路堤填土层140和路面结构层150在海砂垫层110和碎石垫层120的支撑下结构稳固性更好，从而提高滨海滩涂软基复合式换填结构100的稳定性。

海砂垫层110截面的长边的边长的范围可以根据地质条件选择60m～200m(包括端点值)中的一个开挖长度。在本实施例中，海砂垫层110截面的长边的边长为100m。当然，并不仅限于此，在本发明的其他实施例中，该边长也可以为其他值，比如90m等。

在本实施例中，海砂垫层110的厚度大于碎石垫层120的厚度。碎石垫层120的压力扩散能力比海砂垫层110的压力扩散能力更强，所以碎石垫层120的可以使滨海滩涂软基复合式换填结构100的更加稳定。

在本实施例中，海砂垫层110的厚度为1.5m，碎石垫层120的厚度为0.5m。当然，并不仅限于此，在本发明的其他实施例中，海砂垫层110与碎石垫层120也可以分别为其他的厚度，比如海砂垫层110的厚度为2.0m，碎石垫层120的厚度为0.8m等，海砂垫层110与碎石垫层120的具体厚度可根据路堤填高、地下水位高低、应力扩散计算等综合确定。

为了使滨海滩涂软基复合式换填结构100拥有更好的抗压能力，海砂垫层110的压实度为85％至95％，碎石垫层120的压实度大于90％。在本实施例中，海砂垫层110的压实度为90％，碎石垫层120的压实度为90％。当然，并不仅限于此，在本发明的其他实施例中，海砂垫层110和碎石垫层120的压实度也可以为其他值，比如海砂垫层110的压实度为89％，碎石垫层120的压实度为91％等。

请参阅图3，本实施例提供的土工格栅130的数量为一层，土工格栅130设置于路堤填土层140与碎石垫层120之间。

可以理解，土工格栅130也可以根据具体路基的稳定性要求而设置为多层。优选地，土工格栅130为1～3层。

土工格栅130的作用是为了增强滨海滩涂软基复合式换填结构100的稳固性，将土工格栅130设置于路堤填土层140与碎石垫层120之间可以使滨海滩涂软基复合式换填结构100更加稳固性。

可以理解，土工格栅130铺设方向垂直于路线前进方向，横断面方向铺设应在路基外缘反包150cm～200cm，相邻两幅土工格栅130的连接方式为搭接，且其叠合长度大于或等于15cm。

在本实施例中，土工格栅130包括第一格栅131、第二格栅132和捆绑件133，第一格栅131与第二格栅132相互垂直地设置，且相邻两个土工格栅130之间采用搭接方式连接，捆绑件133的作用是为了将第一格栅131和第二格栅132相互搭接在一起。在本实施例中，捆绑件133为铁丝。当然，并不仅限于此，在本发明的其他实施例中，捆绑件133也可以为其他结构，比如捆绑件133为由纳米级的高分子材料制成的绳索等。

本实施例提供的滨海滩涂软基复合式换填结构100的有益效果是：海砂垫层110所需要的材料直接来自于本地丰富的海砂资源，将海砂与碎石有机组合，对软土地基进行复合式换填处治，解决了施工过程中遇到的碾压返水问题，提高了滨海滩涂软基复合式换填结构100的强度，处理后的复合软土路基沉降量小。本实施例提供的滨海滩涂软基复合式换填结构100解决了在滨海滩涂相软土上修建公路存在的地下水位长期存在且水位较高、软土工程性质差、周边石材少、碾压返水等问题，可充分了利用海边丰富的海砂资源，降低了软基换填成本，加快了软基换填速度，缩短了施工工期。该处治结构的水稳定性好、价格较低，大大降低工程成本，具有良好的经济效益与深远的社会效益。

第二实施例

请参阅图4，本实施例提供了一种滨海滩涂软基复合式换填处治方法，其解决了在滨海滩涂相软土上修建公路存在的地下水位长期存在且水位较高、软土工程性质差、周边石材少问题，该处治方法现场施工操作方便，易于软基换填质量控制，施工成本较小，施工工期短，具有良好的经济效益与深远的社会效益。

本实施例提供的滨海滩涂软基复合式换填处治方法包括施工准备步骤s1、测量放样步骤s2、软土承载力测试步骤s3、清除软土层步骤s4、基底承载力测试步骤s5、回填海砂步骤s6、回填碎石步骤s7、土工格栅铺设步骤s8、路基填土步骤s9和路面结构摊铺步骤s10，下面分别进行说明。

施工准备步骤s1

在本实施例中，施工准备步骤s1包括：准备铺设海砂垫层110采用的中粗砂以上的粒径，含泥量≤5％，渗透系数≥6×10-2～6×10-3cm/s；准备铺设碎石垫层120中碎石为硬质-较硬质岩材料，且含泥量≤5％；准备铺设土工格栅130的抗拉强度、伸长率、结点极限剥离力应满足设计要求；准备铺设路堤填土层140的填料液限小于50％，塑性指数小于26％，路基承载比值≥3；准备铺设路面结构层150的材料应满足设计相关要求。

在本实施例中，海砂垫层110的颗粒成分比例为粒径0.5～2.0mm占46.3％，0.25～0.5mm占38.9％，0.75～0.25mm占7.2％，中粗砂含量占85.2％，含泥量为0.7％，渗透系数为5×10-2cm/s。碎石垫层120材料为中风化花岗岩，岩质坚硬，抗压强度大于30mpa，含泥量为0.2％，碎石材料不能采用膨胀性岩石、易软化岩石、易溶性岩石或者盐化岩石等压碎制作。土工格栅130为gdz150双向刚塑粘焊土工格栅130，纵向每延米极限抗拉强度为150kn/m，纵向标称抗拉强度下伸长率为2.5％，幅宽6m，结点极限剥离力60n。路堤填土层140的填料的物理力学指标为，液限的范围为19.5％～40.3％，塑性指数的范围为8.6％～22.4％，路基承载比值的范围为3.8～19.6。

测量放样步骤s2

在本实施例中，测量放样步骤s2包括：按四等水准测量要求完成水准点的复测，按一级导线测量的要求完成附合导线的复测和增设水准点，导线点加密工作。核对纵横断面图，放出公路用地范围线，并按20m一个桩放出中、边桩，进行原地面高程、纵断面高程、横断面复测。

软土承载力测试步骤s3

在本实施例中，软土承载力测试步骤s3包括：进行地表排水，并采用标准轻型动力触探进行软土承载力测试，以此核实设计提供的软基开挖深度是否准确合理。路基纵向测试间距按20m控制，路基横断面上按左、中、右3个点控制，测试深度按不同填土高度所需要的设计地基承载力控制，设计地基承载力范围为120kpa～150kpa。

清除软土层步骤s4

在需要换填的路段，划定合适的施工段落，确定每段换填区域的长度。对选定的滨海路段的软土层进行清除，以得到软土基坑。

优选地，对软土基坑放坡，使软土基坑的截面形状为梯形。

在本实施例中，使用挖掘机挖除换填深度内的软土层。通常经过挖掘机得到的换填坑，在坑的底面会残存一定厚度的软土层，该软土层由小型机械或人工清理。

根据天气、施工能力、软土地质条件等情况、划定合适的施工段落，以每段长60～200m为宜。

在本实施例中，使用挖掘机挖除换填深度内的软土层，开挖时注意坑壁放坡稳定，换填坑的底面避免严重扰动下卧层。当换填坑底部不平时，应做成台阶形式，回填时按照先深后浅的原则换填。软基基坑不宜长时间暴露，海砂垫层110和碎石垫层120应提前备料。

基底承载力测试步骤s5

在本实施例中，基底承载力测试步骤s5包括：在软土基坑开挖后，再次采用标准轻型动力触探进行软土承载力测试，以核实软土开挖是否彻底，否则应进行二次开挖清除软土。基底承载力测试间距仍按路基纵向20m控制，路基横断面上按左、中、右3个点控制，测试深度按设计地基承载力范围为120kpa～150kpa控制。

回填海砂步骤s6

向软土基坑填充海砂，以得到海砂垫层110。

在本实施例中，向软土基坑填充海砂的步骤为多个分层推运摊铺海砂的步骤，分层推运摊铺海砂的步骤包括：用推土机由软土基坑的一端开始进行中粗砂回填，并由小型机械和人工进行协助摊铺。

在每个分层推运摊铺海砂的步骤结束后，对经过分层推运摊铺海砂的步骤后形成的海砂摊铺层进行注水，并使水面高于海砂摊铺层的层面，待海砂摊铺层达到饱和后，对海砂摊铺层进行压实。

开始回填中粗砂时，应将基坑中水抽干。用推土机由一端开始进行中粗砂回填，按30～40cm厚分层推运摊铺，个别死角由人工协助摊铺。摊铺一层后进行注水，水面要求刚好漫过砂层顶面，在饱水状态下，使用自重大于15t的推土机来回行走，利用推土机自重通过履带将砂层碾压挤密，压实路线沿路线纵向，由路侧向路中或由较低一侧向较高一侧的顺序碾压，两次行走路线间必须重叠1/3机位，以确保不漏压。施工中根据碾压遍数和密实度检测为质量控制要点。若基坑地下水特别丰富，也可采用厚层海砂摊铺，海砂厚度按略高于地下水面控制，采用自重较小的履带式推土机从基坑的一端往另一端摊铺，通过履带式推土机来回移动进行初步碾压，然后再使用振动碾压机进行压实，碾压的振动力度由小到大。

回填碎石步骤s7

向具有海砂垫层110的软土基坑内填充碎石，以得到碎石垫层120。

向具有海砂垫层110的软土基坑内填充碎石的步骤为多个分层摊铺碎石的步骤。在本实施例中，回填碎石步骤s7还包括对经过分层摊铺碎石的步骤后形成的碎石摊铺层进行压实，对经过分层摊铺碎石的步骤后形成的碎石摊铺层进行压实的步骤采用压路机进行多次碾压，且每次碾压的轮迹重叠1/3。

回填海砂垫层110完成后即可回填碎石垫层120，回填前海砂垫层110顶面不能有明水，碎石采用级配碎石，碎石摊铺与中粗砂摊铺方法一致，不同的是，级配碎石采用压路机压实，压实度要求大于90％。碎石垫层120厚1m，分层回填，分层厚度及碾压遍数通过试验段确定，分层摊铺厚度≤25cm，采用30t振动压路机碾压4遍以上，碾压遵循“先低后高，先静后动，先慢后快”的原则，同时每遍的轮迹应重叠1/3，不得漏压，凡在压路机具压不到的地方，用小型夯实机具进行夯实，直到达到规定的压实度为止。

土工格栅铺设步骤s8

滨海滩涂软基复合式换填处治方法还包括土工格栅铺设步骤s8，以得到土工格栅130垫层，土工格栅130铺设步骤介于回填碎石步骤s7与路基填土步骤s9之间。

在本实施例中，土工格栅铺设步骤s8包括将土工格栅130沿铺设行进方向垂直铺设于碎石垫层120的顶面，相邻两个土工格栅130相互搭接。

采用人工铺设，表面应平整，铺设方向垂直于路线前进方向，铺满整个碎石垫层120顶面，横断面方向铺设到超出路基外缘30cm处，路基外缘的土工格栅130应反包150cm～200cm，土工格栅130的联接方式采用搭接，铁丝绑扎联接，且其叠合长度不应小于15cm。为保障土工合成材料的筋体作用，覆土前必须张紧，填土必须严格按照一侧向另一侧单方向平铺推进，严禁车辆直接在土工格栅130上行驶。

路基填土步骤s9

在碎石垫层120上进行填土，以得到路堤填土层140。

路面结构摊铺步骤s10

在路堤填土层140上进行路面结构的修筑，以得到路面结构层150。

本实施例提供的滨海滩涂软基复合式换填处治方法的有益效果：海砂垫层110所需要的海砂直接来自于本地，可以节省人力和财力。将海砂与碎石有机结合对软土地基进行换填处治，从而提高了滨海滩涂软基复合式换填结构100的强度，处理后的复合软土路基沉降量小。该处治方法施工工艺简单，无需特殊施工机械设备，受制约因素少，便于施工，并且施工进度较快。同时，该处治结构的水稳定性好、价格较低，大大降低工程成本。本实施例提供的滨海滩涂软基复合式换填结构100改善了在滨海滩涂相软土上修建高速公路存在的地下水位长期存在且水位较高、软土工程性质差、周边石材少问题，具有良好的经济效益与深远的社会效益。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。