城市道路雜填土路基處理方法研究與應用

張 昕，易 磊

（西安市政設計研究院有限公司，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筑物，作為道路的基礎，承受路面結構傳遞下來的行車荷載。因此，路基的穩定性非常重要，只有保證路基堅實、穩定，才能保證上部路面結構的穩定，進而保證路面行車的安全性、舒適性。近年來，由于城市的發展與擴張，在城市路網向外圍延伸的過程中，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，也增加了工程投資。在各種雜填土不斷遷移的過程中，也造成了一定程度的浪費。為了能夠在保證路基穩定性的前提下盡可能地減少浪費、節約工程投資，采用灰土擠密樁對雜填土進行處理，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，道路等級為城市支路，紅線寬度為15 m，設計速度30 km/h，路面設計荷載BZZ-100，路床土基回彈模量不小于25 MPa。路面結構為瀝青混凝土結構，設計使用年限為10 a。道路沿線地形起伏較大，場地內分布有大量人工填土，主要為上世紀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，達到路面設計標高以下6～12 m。按其組成及力學性質，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，土質不均，結構松散。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，土質不均，結構松散。層厚1.2～8.4 m。

地勘鉆探范圍、深度范圍內未見地下水，因此不考慮地下水的影響。

2 存在問題分析

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（深度達到路面設計標高以下6～12 m），特別是K0+650～K0+760段，路床開挖后揭露出建筑垃圾與生活垃圾摻雜，路基無法壓實，承載力無法滿足設計要求，如圖1所示。

大量的雜填土導致路基穩定性無法保證，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，此雜填土基本由建筑垃圾與生活垃圾組成，由于堆填時間較長，現場已明顯腐臭，若全部開挖清運，增加巨額投資的同時，將產生新的堆填及環境污染問題。

圖1 路基雜填土（沿道路縱向）之實景

3 處理措施分析與設計

3.1 常用措施

對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 開挖換填

對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。大量的開挖換填，不僅經濟性顯著下降，同時將產生新的垃圾填埋問題。

3.1.2 強夯

強夯法即強力夯實法，又稱動力固結法。是利用大型履帶式強夯機將8～30 t的重錘從6～30 m高度自由落下，對土進行強力夯實，迅速提高地基的承載力及壓縮模量，形成比較均勻的、密實的地基，在地基一定深度內改變了地基土的孔隙分布。

強夯法是使用較為廣泛的一種雜填土處理方法，而采用強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。強夯法的限制在于處理過程中產生的震動較大，對周邊居民生活影響較大，建筑物距離較近時無法實施。對于該項工程涉及到的大量摻雜生活垃圾，根據工程經驗，強夯效果不佳。

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，采用重型震動壓路機進行碾壓，使之達到設計要求的壓實度及回彈模量。該方法適用于雜填土均勻分布且厚度較小的路段，碾壓前需對雜填土進行篩分及人工分揀，剔除粒徑過大的混凝土塊、磚塊等。若雜填土內存在生活垃圾，需全部清除，否則無法壓實。對于堆填厚度較大的雜填土層，采用分層碾壓的方式進行處理，又將產生新的垃圾堆填問題，處理效果及經濟性都大幅度下降。

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，分層搗實形成的樁。樁孔直徑一般為30～50 cm，樁距約為樁徑的2～3倍。灰土與擠密后的樁間土組合成復合地基，共同承受基礎所傳遞的荷載。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15 m以上。灰土擠密樁的作用機理主要為兩個方面，一是成樁后對樁間土的擠密作用，二是灰土樁自身對上部荷載的分擔作用與對樁間土的約束作用。經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挖和回填、所用施工機械簡單、處理費用低、處理深度大（5～15 m）等特點，這是其它處理方法難以達到的。另外，灰土樁與擠密土一起構成復合地基，提高了路基強度，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，其工序流程見圖2所示。

圖2 灰土擠密樁工藝流程圖

通過上述常用雜填土處理方式的分析、比較，結合西安市清涼寺北側規劃路地質勘查報告，經過現場探坑開挖后觀察雜填土實際組成狀況，該項工程最終選用灰土擠密樁對道路K0+650～K0+760段路基范圍內的雜填土進行處理。

3.2 工程設計

該項工程為市政道路，路基施工前需埋設市政排水管線，埋設方式為明開挖。即：將管道溝槽開挖、管底基礎處理與路基雜填土處理結合，一并處理。處理方式具體如下：

擴大管道溝槽，溝槽底寬15 m，開挖至路面標高以下4 m處（管底設計埋藏深度）后向下豎直放坡（4 m開挖范圍內采用素土換填，管道范圍內按照排水專業設計要求采用灰土換填，如圖3所示），挖深1 m，溝槽底設置擠密樁，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，壓實度不小于92%；路面標高以下4 m內采用自然放坡，坡率1∶1，管頂以上0.6 m內采用8%的石灰土換填并分層回填壓實，壓實度不小于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，壓實度不小于94%。

圖3 路基雜填土處理設計圖（單位：m）

灰土樁關鍵參數設計要求：

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

3.3 工程實施及檢測

根據該項工程現場情況，灰土樁施工采用柴油錘成孔，分段施工，先外后內隔排跳打，錘重不小于1.5 t夯實機夯實。樁身填料均采用機械拌和，機械配合人工充填。施工完成后樁位偏差、樁長、成樁樁徑檢測均符合設計要求。

關鍵參數檢測：

（1）復合地基荷載試驗：采用慢速維持荷載法，根據設計樁徑及樁間距，確定承壓板直徑為1.05 m。加載前按最大加載量的5%預壓15 min后卸載至零，開始記錄初始讀數。荷載試驗最大加載量是設計要求的2倍即240 kPa，分8級加載，每級荷載為30 kPa，逐級穩定后再加載下一級，卸載按加載的2倍進行。試驗結果如表1所列。

以S1測點詳細數據為例，繪制p-s及s-lgt曲線如圖4所示。

表1 復合地基荷載試驗結果匯總表

圖4 荷載試驗曲線圖

由表1及圖4可以看出，p-s曲線程緩變型，復合地基總沉降量介于10.39～15.01 mm之間，均為超過終止試驗條件要求的沉降量值（s0/b=0.06，s=63 mm）；s-lgt曲線各級沉降量變化均勻，無明顯陡降段，承載力均為達到極限狀態。按相對變形法（《建筑地基檢測技術規范》（JGJ340-2015））確定各試驗點復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所對應的壓力，但其值不應大于最大加載壓力一半的原則，試驗點復合地基承載力特征值均120 kPa，極差未超過平均值的30%，因此場地內地基承載力滿足設計要求。

（2）樁身壓實系數及樁間土平均擠密系數土工試驗成果如表2所列。

表2 樁身壓實系數及樁間平均擠密系數試驗成果匯總表

（3）樁間土濕陷試驗：根據現場情況，該灰土樁路基處理路段，土質成份復雜，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固結儀進行試驗，試驗土樣150個，最大濕陷系數0.011，最小濕陷系數0.001，平均濕陷系數＜0.015，綜合評價樁長處理范圍內樁間土的濕陷性已消除。

4 結語

（1）復合地基承載力、樁身壓實系數及樁間土擠密系數檢測結果表明，該工程設計的灰土樁能夠有效地提高路基承載力，能夠保證路基運行期間的穩定性。

（2）樁間土濕陷性檢測結果表明，樁長處理范圍內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，也將市政管線基礎一并處理，保證管底基礎的穩定性。

（3）通過對比分析及實效檢驗，針對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濟性較好。