公路雜填土處理與路基加固分析

沈健

摘 要：為了提高公路路基工程的建設(shè)水平，首先分析了換填法、注漿法、石灰或固化劑固化土壤法、強(qiáng)夯法、水泥攪拌樁法等加固特點(diǎn)及加固機(jī)理，隨后依托某公路項目，提出了兩種處治方案，并利用沉降和地基承載力來對比其加固效果，研究成果表明固土+強(qiáng)夯綜合處治雜填土地基效果較好，可為類似的公路雜填土路基設(shè)計與施工提供一定的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：公路;雜填土;處治措施;地基加固

0 引言

目前國內(nèi)針對雜填土路基處理研究往往是采用數(shù)值模擬手段，無法很好的指導(dǎo)現(xiàn)場的施工，同時也沒有形成系統(tǒng)性資料來指導(dǎo)雜填土路基的設(shè)計。工程師在開展雜填土路基設(shè)計時，往往以工程類比法為主，選擇的設(shè)計方案較保守，造成一定的資源浪費(fèi)[1]。因此，研究公路雜填土處理方法及加固具有十分重要的工程意義。

1 公路雜填土常用處理方法

相對于碎石、砂礫土等路基填料而言，雜填土中成分復(fù)雜（垃圾、腐殖物、淤泥等），承載力低，甚至包含污染物，屬于不良地質(zhì)的范疇。不宜在雜填土上直接填筑路基或?qū)㈦s填土作為路基填料，需要采用技術(shù)處理后方能用于路基施工中[2]。

1.1 換填法

換填法就是將地基中的雜填土挖除，再分層回填壓實(shí)強(qiáng)度高、顆粒級配良好的素土或砂石料作為路基持力層。換填法施工方法簡單，造價低，適用于深度不大（≤3 m）的雜填土處理。經(jīng)過換填法處治的雜填土路基物理力學(xué)性能明顯提高，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，沉降量降低。換填后土基密實(shí)度高，能夠更好的擴(kuò)散作用在土基上的應(yīng)力，從而降低路基沉降變形;第二，排水固結(jié)快。砂石料孔隙大、透水性好，土層間孔隙水壓力容易消散，提高其固結(jié)速度;第三，消除雜填土濕陷性。素土換填雜填土后，能吸收少量水分，減少土基的浸水濕陷效應(yīng)。

1.2 注漿法

注漿法就是將能固化漿液通過注漿孔注入雜填土路基中，并通過擠壓周圍土體來改善雜填土強(qiáng)度指標(biāo)，提高其承載能力和施工質(zhì)量。

1.3 石灰或固化劑固化土壤法

雜填土中加入石灰后會和土層中水分發(fā)生相關(guān)物理化學(xué)反應(yīng)（如離子交換作用、結(jié)晶作用、碳化作用、火山灰作用等），生成碳酸鈣等膠結(jié)物。這些膠結(jié)物可把雜填土的顆粒膠結(jié)起來，從而提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性[3]。此外，固化劑加入到土體后，其高分子聚合物會在水中溶解，對土顆粒表面自由能起到一定的衰減作用，使土顆粒的凝聚作用加強(qiáng)，故固化劑處理的雜填土水穩(wěn)定性和強(qiáng)度更好。

1.4 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法又稱動力固結(jié)法，是通過起重裝置將一定重量的夯錘抬高至設(shè)計高度，隨后使夯錘脫鉤自由降落，利用夯錘的沖擊能來夯實(shí)雜填土，以提高其強(qiáng)度與承載力，如圖1所示。強(qiáng)夯法的加固機(jī)理是基于動力固結(jié)理論，即夯錘下降沖擊雜填土，在土層中產(chǎn)生較強(qiáng)的應(yīng)力波，使得土體原來的骨架結(jié)構(gòu)破壞，空氣和水分被壓縮，加速土體的固結(jié)。同時，土顆粒間距減小，孔隙體積降低，形成新的土骨架結(jié)構(gòu)。

1.5 水泥攪拌樁加固法

水泥在雜填土中攪拌形成復(fù)合地基，將原地基分成加固區(qū)和非加固區(qū)，其加固機(jī)理主要體現(xiàn)在增強(qiáng)體的設(shè)置對加固區(qū)土體有擠密作用、加筋作用等。水泥攪拌樁在施工過程中會對樁間土體產(chǎn)生一定程度的擠密，并施工結(jié)束后在軟土中形成加筋體，使軟土孔隙體積減小，可壓縮性降低，抗剪強(qiáng)度和壓縮模量提高。同時，水泥攪拌樁間的粗粒土透水性好，會在地基中形成良好的排水通道，這些排水通道會大幅減少軟基中的排水距離，加速軟土固結(jié)，以提高軟土地基承載力。

2 公路雜填土路基加固方案設(shè)計

2.1 項目概況

某公路全長22.5 km，路線起訖樁號為K5+450～K27+950，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為一級公路，雙向四車道，設(shè)計速度80 km/h，沿線存在三處面積較大的垃圾填埋區(qū)域。本文是以K15+622處的雜填土區(qū)域?yàn)檠芯繉ο螅撎幟娣e約246 m2，主要以建筑垃圾與生活垃圾為主，有機(jī)物比較多，同時雜填土區(qū)域最高點(diǎn)標(biāo)高超出擬建道公路0 m～3 m，底部距道路約5 m～7 m。雜填土回填模量小于《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）中的要求，需進(jìn)行加固處理方能回填路基。

2.2 雜填土加固方案設(shè)計

由于雜填土區(qū)域最高點(diǎn)標(biāo)高超出擬建道公路標(biāo)高，需要先將雜填土初步整平，把顆粒較大的雜物清除到路基范圍外。針對于該項目，本文提出兩種方案：第一種方案，整平場地后，僅采用強(qiáng)夯法加固雜填土，強(qiáng)夯2遍后再評價處治效果;第二種方案，強(qiáng)夯+固化土綜合處治，即先在雜填土中加入固化劑充分拌和，并在固化材料初凝前6 h開展強(qiáng)夯作業(yè)。方案1和方案2強(qiáng)夯點(diǎn)位布置如圖2所示：

2.2.1 固化土方案設(shè)計

固化劑加固土壤的設(shè)計方案如下：第一，先將雜填土中的雜物清除，并對其大顆粒進(jìn)行破碎，同時還應(yīng)控制土體含水率在最佳含水率±2%;第二，從強(qiáng)度、滲透性、崩解性等方面確定固化劑的最佳配合比;第三，按固化劑的最佳配合比來計算固化劑質(zhì)量和所需水量;第四，將固化劑、水等充分拌和后均勻地噴灑在雜填土上，噴灑速度應(yīng)慢一些，中途不得隨意停車。

2.2.2 強(qiáng)夯方案設(shè)計

施工設(shè)備：雜填土的強(qiáng)夯施工需要的機(jī)械包括車輛夯錘、起重機(jī)具、推土機(jī)等，其中夯錘形狀采用圓形，起重機(jī)具選擇履帶式起重。

施工參數(shù)：首先要確定強(qiáng)夯的有效加固深度，該參數(shù)和夯錘重量、落距、路基土性能等因素密切相關(guān)，目前還沒有準(zhǔn)確的計算理論，通常是根據(jù)現(xiàn)場強(qiáng)夯試驗(yàn)結(jié)果確定。如果沒條件開展現(xiàn)場試驗(yàn)，可參考當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)或《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，如表1所示：

其次要確定夯擊遍數(shù)，該參數(shù)與雜填土中的土質(zhì)類型有關(guān)。如果雜填土中碎石、砂質(zhì)土含量較多，可夯擊2～3遍;如果雜填土以性能較差的粘質(zhì)土為主，可適當(dāng)提高夯擊遍數(shù)（3～8遍）。

施工步驟：場地整平→機(jī)械進(jìn)場→調(diào)校起重設(shè)備→起吊夯錘→按設(shè)計夯擊能和夯擊遍數(shù)完成夯擊→夯擊成果檢測。

3 公路雜填土地基加固效果評價

雜填土地基的沉降和承載力為指標(biāo)來評價其處治效果。

3.1 雜填土地基沉降變化

雜填土地基沉降量通過現(xiàn)場長期監(jiān)測試驗(yàn)得到，沿著路基縱向布置兩組監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測位置分別為路基中心和路肩位置。監(jiān)測儀器為電感式單點(diǎn)沉降計，采用鉆孔式安裝。

在監(jiān)測初期（前40 d），未處治和經(jīng)過方案一、方案二處治后的地基沉降變形迅速降低。當(dāng)監(jiān)測時間超過280 d，路基沉降基本趨于穩(wěn)定，此時未處治的雜填土地基中心處的沉降量22.8 cm，路肩處沉降量為15.5 cm;方案一處治后的軟土路基中心處的沉降量13.6 cm，路肩處沉降量為9.8 cm;方案二處治后的軟土路基中心處的沉降量8.8 cm，路肩處沉降量為6.4 cm。方案一和方案二處治雜填土后路基中心沉降分別減少了40.3%、61.4%，路肩沉降分別減少了36.8%、57.3%。

3.2 雜填土地基承載力變化

雜填土地基承載力可利用淺層平板荷載試驗(yàn)確定，加載方式是快速堆載，每級荷載加載后，間隔15 min要記錄地基頂沉降變形值，沉降突變處即為雜填土地基的承載力。此外為了節(jié)約試驗(yàn)周期和工程造價，不再進(jìn)行地基土的卸載回彈試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：相對于原地基承載力80 kPa而言，經(jīng)過方案一、方案二處治后的地基承載力明顯提高，分別達(dá)到了150 kPa，180 kPa，地基承載力增長率為87.5%，125%。

綜上，固化土法+強(qiáng)夯對公路雜填土地基的處治效果更佳。

4 結(jié)語

在分析公路雜填土常見加固方法及原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合某公路項目對雜填土路基的處治方案和處治效果進(jìn)行了評價，主要得到以下幾個方面的結(jié)論：（1）雜填土性能較差，需采用技術(shù)處理后方能用于路基施工中;（2）雜填土處理方法主要有換填法、注漿法、石灰或固化劑固化土壤法、強(qiáng)夯法、水泥攪拌樁加固法等;（3）加固土+強(qiáng)夯綜合處治雜填土效果較好，使得雜填土地基沉降大幅降低，地基承載力明顯提高，建議在雜填土路基建設(shè)項目中推廣應(yīng)用該方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]韋升維.公路雜填土處理及其材料加固特性試驗(yàn)研究[J].西部交通科技，2020（12）：74-76.

[2]王福生.雜填土場地公路路基處理措施研究[J].路基工程，2009（4）：110-111.

[3]劉守明.強(qiáng)夯法在加固雜填土地基中的應(yīng)用[J].公路與汽運(yùn)，2006（3）：84-86.