港區(qū)道路淺層軟基處理中換填材料的對比分析*——以石灰土和宕渣兩種換填材料進行分析

李明娟，梅崇文

（1.嘉興南洋職業(yè)技術學院，浙江嘉興 314051；2.嘉興市規(guī)劃設計研究院有限公司，浙江嘉興 314051）

港區(qū)道路淺層軟基處理中換填材料的對比分析*——以石灰土和宕渣兩種換填材料進行分析

李明娟1，梅崇文2

（1.嘉興南洋職業(yè)技術學院，浙江嘉興 314051；2.嘉興市規(guī)劃設計研究院有限公司，浙江嘉興 314051）

依托浙江嘉興濱海大道試驗段工程，簡要介紹了港區(qū)重載交通下淺層軟基處理方法——翻挖換填法；通過嘉興地區(qū)常用的宕渣和石灰土兩種換填材料的路用性能綜合對比分析，合理選擇換填材料，為石灰土在港區(qū)重載交通作用下淺層軟基處理中的推廣應用提供依據。

公路；港區(qū)道路；石灰土；宕渣；換填材料；淺層軟基處理

嘉興地處長三角地區(qū)，屬于杭嘉湖平原，水系分布較密，地下水位較高，軟土地基分布較廣，軟基處理好壞直接關系到道路的使用性能和壽命。城市道路軟基處理往往受到投資、工期及地下管線等眾多因素的制約，特別是在淺層軟基處理中，處理方法選擇不當極易造成工程建筑投資浪費、工期增加或處理效果不佳等問題，合理選擇淺層軟基處理方法尤為重要。

1 工程概況

濱海大道為嘉興港區(qū)東西方向重要交通主干道，2005年完成施工圖設計，因建設主體變更等多方面原因造成工程未實施到位，2013年對濱海大道（東方大道—乍王公路段）進行改造。考慮設計文件的時效性、相關設計規(guī)范的更新、交通組成情況及地質條件變化，原施工圖中路面結構及路基處理措施需重新復核或設計。濱海大道為乍浦港集裝箱碼頭通往各大型廠礦企業(yè)的重要通道，重交通、特重交通所占比重較大，根據交通量調查資料并進行軸載換算，其交通等級為特重。軟土地基等不良地質條件要求對路基進行必要的處治以增強地基承載力，尤其是重載交通作用下的港區(qū)道路，對路基強度和穩(wěn)定性提出了更高的要求，需采取措施減少重載交通下路基不均勻沉降現象。因此，重交通軟基處理措施成為港區(qū)道路設計的重中之重。

2 工程地質資料

擬建道路位于嘉興港區(qū)，南臨杭州灣，屬Ⅳ4區(qū)，地貌上屬于杭嘉湖平原區(qū)的錢塘江河口沖～海積平原亞區(qū)的腹心地帶，全為第四系底層覆蓋。年平均氣溫15.9℃，絕對最高溫度39.4℃，絕對最低溫度-9.3℃。年平均降水量1 188.0mm，最大達1 805.3mm，最小僅724.7mm。年平均日照2 017 h。多年平均水位為0.94 m（黃海高程系，下同），歷史上最高水位2.50 m（1954年）、最低水位-0.29 m（1934年）。一年中最低水位出現在1月，平均0.67 m；最高為9月，平均1.11 m。

地質勘察資料顯示，擬建道路表層主要由素填土、粉質黏土組成，局部路段含有①-2淤填土。從上而下依次分為3個地質單元層，其土層性質分別為：1）素填土（）。雜色，松散～稍密，濕；以黏性土為主，含有機質、植物根系等；局部表層為雜填土，層厚0.70～2.30 m，平均層厚1.20 m。2）粉質黏土褐黃色，可塑～軟塑，飽和；含氧化鐵、鐵錳質斑點等；稍有光澤，無搖振反應，干強度中等，韌性中等，屬中等壓縮性土；層頂埋深0.70～1.80 m，平均埋深1.20 m；層頂標高1.30～3.40 m，平均標高2.25 m；層厚1.50～3.60 m，平均層厚2.50 m。 3）淤泥質粉質黏土灰色，流塑，飽和；含云母、有機質、腐殖質等；稍有光澤，無搖振反應，干強度中等，韌性中等，屬高壓縮性土；層頂埋深2.95～4.70 m，平均埋深3.55 m；層頂標高-0.20～0.00 m，平均標高0.00 m。

濱海大道（龍王路—乍王公路，K2+725—975）沿線淺層土層情況如圖1所示。由圖1可知沿線地下土質較差，主要以淤泥質粉質黏土為主，粉質黏土層厚度為1.5～3.6 m，平均厚度為2.50 m。道路持力層位于軟土路基上，其孔隙比＞1，含水率＞35%，屬于中（或高）壓縮性土，且地基承載力偏低。道路最低控制標高為2.8 m，平均設計標高約3.0 m，路面結構厚度0.70 m，而嘉興港區(qū)常水位較高，路基處于潮濕或過濕狀態(tài)。

圖1　濱海大道淺層土層情況（單位：m）

3 軟土地基處理

嘉興軟土分布較廣，市政道路中軟土地基對路基的穩(wěn)定性影響尤為突出。路基處于潮濕、過濕狀態(tài)，容易出現路基軟化、土基含水量高及滲透性差等問題，導致路基路面出現嚴重水損。

3.1換填法

長三角地區(qū)軟基處理措施主要有翻挖換填法、復合地基加固法、堆載預壓法及高真空密實法等，這里僅對嘉興地區(qū)常用的淺層軟基處理工藝進行對比分析。借鑒嘉興城市道路設計經驗，一般路段淺層軟基處理主要采用翻挖換填法，將軟弱土層部分或全部挖除后換填強度高、性能穩(wěn)定的路基填料，如粉煤灰三渣、宕渣及石灰土等。

3.2材料特性

鑒于嘉興地區(qū)地下水位高、埋深淺及天然地基承載力低等地質特征，該地區(qū)常用的軟基換填材料主要為宕渣和石灰土，其材料性能見表1。

（1）宕渣。粒徑大于40mm的石塊含量為30%～70%的自然土石混合材料，且石塊的最大粒徑不大于150mm。當石塊含量超過70%時稱為清宕渣，宕渣一般采用固體體積率控制壓實度。一般用作路基頂面以下800mm范圍內的路基填料，最大粒徑不大于100mm。

表1　宕渣與石灰土的材料性能

（2）石灰土。又稱為石灰穩(wěn)定土，即在土中摻入一定量的石灰（一般石灰摻配質量為4%～12%）和水均勻攪拌而成，能大大改善土質，提高路基土的承載比，增加土基的密實度。嚴禁將石灰土用于高等級道路基層，但可用于低等級道路基層和各級道路底基層，可作為路基換填材料。其適用性不如水泥穩(wěn)定土。

3.3擬定軟基處理方案

3.3.1軟基處理原則

根據JTG D30-2015《公路路基設計規(guī)范》的要求，在道路設計使用年限內一般路段軟基處理后工后容許沉降≤0.30 m。對于淺層軟基處理方案的選擇，主要遵循以下原則：1）針對不同地質條件、交通情況及軟土地基深度選用不同的處理方法；2）結合建設期、工程投資等條件合理選擇軟基處理方案；3）確保不同土層的分層壓實，有效控制層厚和層間處理，減少路基差異沉降。

3.3.2淺層軟基處理

該項目軟基處理方案采用翻挖換填法，換填材料選用宕渣和石灰土，并分別修筑50 m試驗段進行路用效果綜合對比分析，具體換填深度和范圍根據計算確定（見表2）。

表2　淺層軟基處理方案

宕渣為透水性良好的材料，質地堅硬，不含雜質，粒徑≤150mm，含泥量≤15%，石料壓碎值≤35%或洛杉磯法壓碎率≤50%。

石灰采用鈣質生石灰或鈣質消石灰。生石灰在使用前提前7 d充分消解，并全部經過1 cm篩分處理。土采用塑性指數為10～20的黏性土，對于塑性指數大于20的黏性土應進行粉碎處理，且土中15～25 cm土塊含量不宜超過5%。石灰改善土中土料硫酸鹽含量不得超過0.8%，腐殖質含量不得超過10%。

水泥采用初凝時間＞3 h、終凝時間≥6 h的42.5級普通硅酸鹽水泥；拌和土采用粗粒土，其均勻系數≥10，塑性指數為10～17，土中小于0.6mm顆粒的含量＜30%。

3.4經濟效益對比

綜合單價考慮材料單價、無機結合料單價、借土填方費、征地費、運輸費、到場費、施工費及其他費用。宕渣受市場行情和運距的影響，價格波動較大，表3僅為宕渣采購價格。方案二的換填材料為60 cm石灰穩(wěn)定土、20 cm水泥石灰穩(wěn)定土，經計算，其綜合單價為147.5元/m3。

表3　路基換填材料綜合單價對比

施工質量方面，與宕渣相比，石灰土的質量易于控制，施工質量較好；施工進度方面，與石灰土相比，宕渣的施工速度較快；投資方面，宕渣比石灰土經濟，但受運距和市場的影響較大；從環(huán)境保護方面考慮，開采易造成國土資源流失、破壞生態(tài)環(huán)境。

3.5質量檢驗

宕渣是一種極易風化的土石混合材料，產地僅限于浙江及周邊地區(qū)，屬于地方性材料，應用區(qū)域較小，現行技術標準和規(guī)范均無相關的施工工藝和質量控制標準。建議應用時取得相關主管部門的批準，并參照相關標準進行密實度等試驗。而石灰土質量控制要求較為成熟，已形成了較規(guī)范的標準，質量易于控制。

3.5.1壓實度

宕渣作為換填材料，其質量控制指標主要采用固體體積率控制壓實度。根據主干路回填路基上路床壓實度標準，車行道壓實度≥95%，宕渣固體體積率≥84%。

石灰土為半剛性材料，一般用于各類交通等級的下基層及中、輕交通的基層，重交通作用下其壓實度≥95%，7 d齡期抗壓強度≥0.8 MPa。濱海大道交通等級為特重，作為軟基換填材料，壓實度和7 d齡期抗壓強度參考回填路基壓實度標準，其壓實度≥95%，7 d齡期抗壓強度≥0.8 MPa。

換填材料應進行分層填筑、壓實，每層厚度≤20 cm，并嚴格按照設計要求的壓實度和固體體積率進行控制。

3.5.2路基彎沉檢測

彎沉值是路基路面整體剛度的重要指標，只有路基頂面回彈彎沉值小于設計彎沉值，才能保證路面的承載力和使用壽命。該項目路基頂面交工驗收彎沉值為212.9（0.01mm），路床頂面土基回彈模量≥45 MPa。

為檢驗軟基處理效果和地基承載力，對兩種軟基處理方案分別修筑50 m試驗段，對其30、60和90 d路基頂部回彈彎沉進行檢測。不同時間路基頂部的代表彎沉值見表4。

表4　不同時間路基頂部的代表彎沉

從表4可以看出：隨著時間的增長，路基頂部代表彎沉值越來越小，路基承載力不斷提高，滿足設計要求。宕渣初期彎沉值較小，隨時間的增長，代表彎沉值降低較少；而石灰土初期彎沉值較大，隨時間的增長，代表彎沉值降低較多，且處理效果比宕渣好。

由于宕渣質量不易控制，加上填筑前施工單位常忽視對其進行相關性能試驗，宕渣處理軟基的效果不確定性，對于道路整體質量控制要求較高時，宜采用石灰土等質量易于控制的材料進行軟基處理。

4 結語

該文依托濱海大道試驗段工程中淺層軟基處理，從經濟性、質量可控性及工期等角度綜合考慮，淺層（3 m以內）軟土地基宜采用翻挖換填處理。壓實度和彎沉檢測結果表明，換填處理提高了土的壓縮系數，加速了軟弱土層的排水固結，改善了淺層軟基承載力和變形能力，提高了路基強度和抗變形能力。施工中應根據道路交通組成、地質條件等因素合理選擇路基填料，充分利用宕渣等土石材料和石灰、水泥等無機結合料改善土質，因地制宜，確保道路建設質量。

［1］ CJJ 194-2013，城市道路路基設計規(guī)范［S］.

［2］ JTG D30-2015，公路路基設計規(guī)范［S］.

［3］ 龔曉南.地基處理手冊（第三冊）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［4］ 李笑笑，郝竟宇.天津濱海地區(qū)軟土路基處理方法［J］.市政公用建設，2012（3）.

U416.1

A

1671-2668（2016）05-0097-03

浙江省嘉興市2014年度科技計劃項目（Z2014AY11030）

2016-05-05