城市道路雜填土路基處理方法研究與應(yīng)用

張 昕，易 磊

（西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安710068）

0 引言

路基是按照道路路線，以及橫斷面形式修筑的帶狀構(gòu)筑物，作為道路的基礎(chǔ)，承受路面結(jié)構(gòu)傳遞下來(lái)的行車荷載。因此，路基的穩(wěn)定性非常重要，只有保證路基堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定，才能保證上部路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，進(jìn)而保證路面行車的安全性、舒適性。近年來(lái)，由于城市的發(fā)展與擴(kuò)張，在城市路網(wǎng)向外圍延伸的過(guò)程中，不斷遇到道路沿線存在建筑垃圾、生活垃圾等堆填的情況，給道路路基修筑造成困難的同時(shí)，也增加了工程投資。在各種雜填土不斷遷移的過(guò)程中，也造成了一定程度的浪費(fèi)。為了能夠在保證路基穩(wěn)定性的前提下盡可能地減少浪費(fèi)、節(jié)約工程投資，采用灰土擠密樁對(duì)雜填土進(jìn)行處理，是行之有效的方法之一[1-4]。

1 工程概況

某工程為西安市一條新建市政道路，道路等級(jí)為城市支路，紅線寬度為15 m，設(shè)計(jì)速度30 km/h，路面設(shè)計(jì)荷載BZZ-100，路床土基回彈模量不小于25 MPa。路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用年限為10 a。道路沿線地形起伏較大，場(chǎng)地內(nèi)分布有大量人工填土，主要為上世紀(jì)九十年代末堆積形成，成份雜亂。雜填土成份以建筑垃圾為主，其次為生活垃圾，厚度較大，達(dá)到路面設(shè)計(jì)標(biāo)高以下6～12 m。按其組成及力學(xué)性質(zhì)，分層描述如下：

①1-1雜填土（Qm）l：以磚塊、混凝土塊等建筑垃圾為主，砂漿和粘性土充填，局部含有少量生活垃圾，成份雜亂，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)松散。層厚2.8～8.0 m。

①1-2雜填土（Qm）l:以塑料袋、尼龍袋、煤渣等生活垃圾為主，具有臭味，含有少量粘性土，成份極亂，土質(zhì)不均、松散。層厚1.0～6.3 m。

①2素填土（Qm）l：黃褐色，以粘性土和砂礫為主，含少量磚塊、混凝土塊，零星生活垃圾，稍濕，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)松散。層厚1.2～8.4 m。

地勘鉆探范圍、深度范圍內(nèi)未見(jiàn)地下水，因此不考慮地下水的影響。

2 存在問(wèn)題分析

由于該工程沿線大量分布雜填土，分布范圍較大且深度較深（深度達(dá)到路面設(shè)計(jì)標(biāo)高以下6～12 m），特別是K0+650～K0+760段，路床開(kāi)挖后揭露出建筑垃圾與生活垃圾摻雜，路基無(wú)法壓實(shí)，承載力無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，如圖1所示。

大量的雜填土導(dǎo)致路基穩(wěn)定性無(wú)法保證，若將道路沿線雜填土全部清除換填，將額外增加大量挖方。同時(shí)，此雜填土基本由建筑垃圾與生活垃圾組成，由于堆填時(shí)間較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)已明顯腐臭，若全部開(kāi)挖清運(yùn)，增加巨額投資的同時(shí)，將產(chǎn)生新的堆填及環(huán)境污染問(wèn)題。

圖1 路基雜填土（沿道路縱向）之實(shí)景

3 處理措施分析與設(shè)計(jì)

3.1 常用措施

對(duì)于一般道路路基范圍的雜填土，常用的處理措施有以下幾種。

3.1.1 開(kāi)挖換填

對(duì)于道路沿線小范圍的雜填土，如建筑垃圾、生活垃圾等，可采用全部清除換填素土或石灰土等措施。該方法適用范圍較小，僅適用于小量的雜填土處理。大量的開(kāi)挖換填，不僅經(jīng)濟(jì)性顯著下降，同時(shí)將產(chǎn)生新的垃圾填埋問(wèn)題。

3.1.2 強(qiáng)夯

強(qiáng)夯法即強(qiáng)力夯實(shí)法，又稱動(dòng)力固結(jié)法。是利用大型履帶式強(qiáng)夯機(jī)將8～30 t的重錘從6～30 m高度自由落下，對(duì)土進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，迅速提高地基的承載力及壓縮模量，形成比較均勻的、密實(shí)的地基，在地基一定深度內(nèi)改變了地基土的孔隙分布。

強(qiáng)夯法是使用較為廣泛的一種雜填土處理方法，而采用強(qiáng)夯法處理的雜填土路基，一般組成較為單一，多為建筑垃圾類型的雜填土。強(qiáng)夯法的限制在于處理過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)較大，對(duì)周邊居民生活影響較大，建筑物距離較近時(shí)無(wú)法實(shí)施。對(duì)于該項(xiàng)工程涉及到的大量摻雜生活垃圾，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)夯效果不佳。

3.1.3 分層碾壓

分層碾壓，即將雜填土翻挖后分層回填，每層松鋪厚度約30 cm，采用重型震動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度及回彈模量。該方法適用于雜填土均勻分布且厚度較小的路段，碾壓前需對(duì)雜填土進(jìn)行篩分及人工分揀，剔除粒徑過(guò)大的混凝土塊、磚塊等。若雜填土內(nèi)存在生活垃圾，需全部清除，否則無(wú)法壓實(shí)。對(duì)于堆填厚度較大的雜填土層，采用分層碾壓的方式進(jìn)行處理，又將產(chǎn)生新的垃圾堆填問(wèn)題，處理效果及經(jīng)濟(jì)性都大幅度下降。

3.1.4 灰土擠密樁

灰土樁是用沉管、沖擊或旋挖等方法在地基上成孔，然后在孔中填以灰土，分層搗實(shí)形成的樁。樁孔直徑一般為30～50 cm，樁距約為樁徑的2～3倍?；彝僚c擠密后的樁間土組合成復(fù)合地基，共同承受基礎(chǔ)所傳遞的荷載。常用于濕陷性黃土、雜填土和填土地基處理，處理深度一般為5～10 m，最大可達(dá)15 m以上。灰土擠密樁的作用機(jī)理主要為兩個(gè)方面，一是成樁后對(duì)樁間土的擠密作用，二是灰土樁自身對(duì)上部荷載的分擔(dān)作用與對(duì)樁間土的約束作用。經(jīng)灰土樁處理后的地基承載力一般可提高50%～100%。

與其它處理方法比較，灰土擠密法具有不需大量開(kāi)挖和回填、所用施工機(jī)械簡(jiǎn)單、處理費(fèi)用低、處理深度大（5～15 m）等特點(diǎn)，這是其它處理方法難以達(dá)到的。另外，灰土樁與擠密土一起構(gòu)成復(fù)合地基，提高了路基強(qiáng)度，減少了路基沉降，能夠有效地改善濕陷性黃土、高填土或雜填土路基承載力，其工序流程見(jiàn)圖2所示。

圖2 灰土擠密樁工藝流程圖

通過(guò)上述常用雜填土處理方式的分析、比較，結(jié)合西安市清涼寺北側(cè)規(guī)劃路地質(zhì)勘查報(bào)告，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探坑開(kāi)挖后觀察雜填土實(shí)際組成狀況，該項(xiàng)工程最終選用灰土擠密樁對(duì)道路K0+650～K0+760段路基范圍內(nèi)的雜填土進(jìn)行處理。

3.2 工程設(shè)計(jì)

該項(xiàng)工程為市政道路，路基施工前需埋設(shè)市政排水管線，埋設(shè)方式為明開(kāi)挖。即：將管道溝槽開(kāi)挖、管底基礎(chǔ)處理與路基雜填土處理結(jié)合，一并處理。處理方式具體如下：

擴(kuò)大管道溝槽，溝槽底寬15 m，開(kāi)挖至路面標(biāo)高以下4 m處（管底設(shè)計(jì)埋藏深度）后向下豎直放坡（4 m開(kāi)挖范圍內(nèi)采用素土換填，管道范圍內(nèi)按照排水專業(yè)設(shè)計(jì)要求采用灰土換填，如圖3所示），挖深1 m，溝槽底設(shè)置擠密樁，樁徑0.5 m，間距1 m，樁身采用石灰土回填（3∶7灰土），樁孔按等邊三角形布置，樁頂1 m采用素土回填，壓實(shí)度不小于92%；路面標(biāo)高以下4 m內(nèi)采用自然放坡，坡率1∶1，管頂以上0.6 m內(nèi)采用8%的石灰土換填并分層回填壓實(shí)，壓實(shí)度不小于92%；管頂以上0.6 m外至路床頂面0.4 m以下采用素土換填并分層壓實(shí)，壓實(shí)度不小于94%。

圖3 路基雜填土處理設(shè)計(jì)圖（單位：m）

灰土樁關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)要求：

（1）此灰土擠密樁目的為提高雜填土地基的承載力及消除地基土的部分濕陷量。

（2）復(fù)合地基承載力特征值fspk≥120 kPa，樁身平均壓實(shí)系數(shù)≥0.97，樁間土平均擠密系數(shù)≥0.93。

3.3 工程實(shí)施及檢測(cè)

根據(jù)該項(xiàng)工程現(xiàn)場(chǎng)情況，灰土樁施工采用柴油錘成孔，分段施工，先外后內(nèi)隔排跳打，錘重不小于1.5 t夯實(shí)機(jī)夯實(shí)。樁身填料均采用機(jī)械拌和，機(jī)械配合人工充填。施工完成后樁位偏差、樁長(zhǎng)、成樁樁徑檢測(cè)均符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵參數(shù)檢測(cè)：

（1）復(fù)合地基荷載試驗(yàn)：采用慢速維持荷載法，根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑及樁間距，確定承壓板直徑為1.05 m。加載前按最大加載量的5%預(yù)壓15 min后卸載至零，開(kāi)始記錄初始讀數(shù)。荷載試驗(yàn)最大加載量是設(shè)計(jì)要求的2倍即240 kPa，分8級(jí)加載，每級(jí)荷載為30 kPa，逐級(jí)穩(wěn)定后再加載下一級(jí)，卸載按加載的2倍進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果如表1所列。

以S1測(cè)點(diǎn)詳細(xì)數(shù)據(jù)為例，繪制p-s及s-lgt曲線如圖4所示。

表1 復(fù)合地基荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總表

圖4 荷載試驗(yàn)曲線圖

由表1及圖4可以看出，p-s曲線程緩變型，復(fù)合地基總沉降量介于10.39～15.01 mm之間，均為超過(guò)終止試驗(yàn)條件要求的沉降量值（s0/b=0.06，s=63 mm）；s-lgt曲線各級(jí)沉降量變化均勻，無(wú)明顯陡降段，承載力均為達(dá)到極限狀態(tài)。按相對(duì)變形法（《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ340-2015））確定各試驗(yàn)點(diǎn)復(fù)合地基承載力特征值，取s0/b=0.008（壓板直徑b=1 050 mm），即s=8.40 mm所對(duì)應(yīng)的壓力，但其值不應(yīng)大于最大加載壓力一半的原則，試驗(yàn)點(diǎn)復(fù)合地基承載力特征值均120 kPa，極差未超過(guò)平均值的30%，因此場(chǎng)地內(nèi)地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）樁身壓實(shí)系數(shù)及樁間土平均擠密系數(shù)土工試驗(yàn)成果如表2所列。

表2 樁身壓實(shí)系數(shù)及樁間平均擠密系數(shù)試驗(yàn)成果匯總表

（3）樁間土濕陷試驗(yàn)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，該灰土樁路基處理路段，土質(zhì)成份復(fù)雜，除雜填土外，還有部分濕陷性黃土存在，樁間土的濕陷性采用三聯(lián)固結(jié)儀進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)土樣150個(gè)，最大濕陷系數(shù)0.011，最小濕陷系數(shù)0.001，平均濕陷系數(shù)＜0.015，綜合評(píng)價(jià)樁長(zhǎng)處理范圍內(nèi)樁間土的濕陷性已消除。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）復(fù)合地基承載力、樁身壓實(shí)系數(shù)及樁間土擠密系數(shù)檢測(cè)結(jié)果表明，該工程設(shè)計(jì)的灰土樁能夠有效地提高路基承載力，能夠保證路基運(yùn)行期間的穩(wěn)定性。

（2）樁間土濕陷性檢測(cè)結(jié)果表明，樁長(zhǎng)處理范圍內(nèi)樁間土的濕陷性已消除，在大幅度改善路基承載能力的同時(shí)，也將市政管線基礎(chǔ)一并處理，保證管底基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

（3）通過(guò)對(duì)比分析及實(shí)效檢驗(yàn)，針對(duì)成份雜亂且埋藏深度較厚的路基雜填土，灰土樁能夠有效地改善路基承載力并且經(jīng)濟(jì)性較好。