換填法在路基雜填土處理中的應用
——以菖蒲路（孔雀臺路-大龍山路）為例

肖 楊

（安徽省城建設計研究總院股份有限公司，安徽 230051）

0 引言

雜填土工程性質表現為強度低、壓縮性高，往往均勻性也差，這類填土未經處理不宜作為建筑物地基[1-2]。本文結合合肥高新區現有的路基處理研究經驗，分析了合肥高新區雜填土的基本特征；并結合工程實際情況，提出一套適用于合肥高新區淤泥質土及粉質土的固化處理方案，可為后續合肥市高新區類似工程地基或路基處理提供良好的借鑒方案。

1 換填法在路基雜填土處理中的應用

雜填土的物理力學特性表現為高壓縮性，即在自重壓力或較小的外部壓力作用下，雜填土的體積會發生明顯的壓縮[3]，并且伴隨著水體的排出。多數情況下，雜填土內部還伴隨著生活垃圾及腐殖質，化學成分復雜，結構性能不穩定[4]。

建筑用地周邊的雜填土成分會因為建筑垃圾土和工業廢料土的加入變得更為復雜，由于建筑垃圾土和工業垃圾土的存在，該區域的雜填土強度會表現出明顯的差異性，工程上也無法對含有磚頭和瓦片等建筑垃圾的雜填土進行分類利用，該類雜填土置換后的堆放處理，也是工程上常見的問題[5]。混合填土的材料組成往往也十分復雜，且會因為其堆積時間短、結構松散而造成濕陷和大變形，不同的材料組成將直接影響混合填土的工程性質—以磚為主要成分的建筑垃圾土，工程性質優于與之組成成分相同的普通土壤；建筑廢土和工業廢土工程性質一般優于生活廢土，因為生活廢土含有大量的有機質和未分解的植物物質，因此具有較大的壓縮性和較低的強度。

一般路基施工中，對于厚度不大的雜填土，可進行清除處理，厚度較大的雜填土，需要在清除一定厚度后，按照上部結構對路基的要求，進行必要的加固或改良，提高地基土的承載能力，保證地基穩定，減少上部結構不均勻沉降，換填法便是路基雜填土處理中最常見的方法。

1.1 換填法的優勢

（1）提高地基承載力。淺基礎地基承載力主要與地基下土體的抗剪強度有關，砂、礫石和其他填料具有較高剪切強度，利用這些材料代替軟土層，可以提高地基的壓縮模量，提高地基的承載力。

（2）減少沉降。路基淺部沉降在整個沉降中占有很大比例，如果采用砂級或其他高等級、高密實度的材料代替淺層軟土，可以有效地減少路基沉降。密集砂、石層或其他填筑材料具有高密實性，荷載作用下路基中的應力通過此類填筑材料得到擴散，作用在深厚土層上的應力相應減小，換填之后的軟土路基的沉降也會隨之減少。

（3）加速軟土層排水固結。當路基與透水性軟弱土層直接接觸時，軟弱土層中的水不能迅速排出，采用透水性好的路基填料對軟土路基進行換填處理后，能夠有效排出與路基直接接觸的軟弱土層中的水，加速該層軟土的排水固結，提高路基承載力。

（4）防止凍脹。由于緩沖材料的粒徑較大，顆粒間孔隙較大，一般不易發生毛細現象。因此，當墊層深度滿足局部凍結深度要求時，換填法可防止寒冷地區土壤凍脹[6-7]。

（5）消除較差路基土的濕陷脹縮。當用素土或石灰土換填濕陷性黃土時，填充物破壞了原有的土結構，消除了部分被換填土的濕陷性。此外，換填材料還能吸收一些水分，減少軟弱底層的水浸，從而減少或消除原有基礎的濕陷性，同樣，采用非膨脹填料替代膨脹土，也可以消除或減少路基的膨脹收縮[8]。

1.2 換填法的適用范圍

當路基范圍內軟土層較淺時，可完全換填，路基范圍內有古井、墳墓等特殊結構時采用局部換填。換填法的處理深度一般控制在3m 以內，超過3m 后，需換填的路基范圍和填筑工程量會大大增加，工期延長，成本增加。另外，在實際施工中，大體積回填土的土壤均勻性、雜質含量和含水率難以嚴格控制，且施工質量和施工進度受天氣影響很大，在城區范圍內，土方運輸和環境保護也會受到嚴格管控。因此，當軟弱層厚度超過一定厚度時，應考慮其他處置方式。

1.3 換填法在淤泥質軟土和粉質土處理中的應用

淤泥質軟土是淤泥和淤泥質土的統稱，淤泥質軟土的物理力學性能極差，表現為含水率和孔隙比大，滲透性和強度低，具有很強的觸變性和流變性。粉質土是指天然含水量大于液限，天然孔隙比在1.0～1.5 之間的黏質土，粉質土壓縮性高，強度低，如果采用粉質土做為路基填料會導致路基不均勻沉降，容易造成路面開裂。

當路基段存在淤泥質軟土時，淤泥層厚度在4m 以內時，可將淤泥土層全部挖除，換填合格路基填料，當淤泥質土層厚度較大且不易換填時，可采用沉井基礎處置深部淤泥，工程經驗表明：小于3m 厚的淤泥土層采用換填法處理具有很好的效果，工程上也沿用至今。粉質土的處理方法主要有充填、脫水、化學處理等，在粉質土處理中，先將路基下一定深度的軟土去除，然后用滿足要求的材料進行填筑壓實。換填法在針對淤泥質土的處置時，可采用砂墊層或者拌合土墊層處理需要換填的路基段：采用砂墊層換填有提高淺基礎承載力、減少土體沉降量、加速軟弱土的排水固結等優勢；采用拌合土墊層換填，可以達到節約材料、控制土體性質等目的。

換填法作業如圖1 所示，典型淤泥質土如圖2 所示。

圖1 換填法作業

圖2 典型淤泥質土

2 換填法在不良地質土工程中的應用研究

2.1 研究背景

近年來，合肥高新區圍繞“服務經濟發展、服務民生改善”，分區施策、統籌推進，持續提升建成區域路網，升級服務功能，密織示范區路網，拓展服務范圍，促進區域內外高效對接。隨著高新區工程建設集中迸發式的發展，該地區的粉質土、淤泥質土等不良土層的處理問題逐漸凸顯。傳統的路基處理，會將淤泥質土、建筑垃圾等雜填土進行清除，會造成大規模的土方外運，在運輸過程中，也會對環境造成嚴重的污染與影響。過量的挖方、填方還會大大增加施工周期，對高新區整體規劃建設將產生不利影響，并且會增加施工投資。

2.2 項目巖土層概況

菖蒲路（孔雀臺路-大龍山路）為城市支路，總長約1.36km。道路規劃紅線寬度32m，雙向4 車道，設計時速40km/h，道路兩側多規劃為工業用地。

根據野外鉆探取芯觀測、靜力觸探試驗并結合室內試驗成果，依其強度及巖土層物理力學性質不同，將場地巖土層自上而下分述如下：

①1 層雜填土（Q4ml）：層厚0.6～2.5m，層底標高25.46～41.83m，灰褐、灰、褐黃、黃褐等。雜色、松散狀態（軟塑）為主，局部稍密狀態，很濕，以黏性土回填為主，部分地段含有碎混凝土塊，場地為新近堆填，尚未完成自重固結。

①2 層含淤泥質填土（Q4ml）：層厚0.6～11.0m，層底標高18.00～35.05m，灰黃、褐黃、灰及黑灰色等，松散狀態（軟塑-流塑狀態），飽和，含腐殖質，有臭味，該層土主要分布于原地勢低洼的溝渠、水塘范圍及其周邊；局部地段的新近回填土因受雨水長期浸泡，工程性質與該層土相似，并入該層。

②1 層粉質粘土（Q4al）：厚度0.7-3.8m，層底標高22.19-28.06m，褐灰、黃灰色等，以軟塑-可塑狀態，飽和，含氧化鐵、鐵錳質染斑等，稍有光澤，無搖振反應，干強度及韌性低，該層土主要分布于坳溝內。

③1 層粉土夾粉細砂（Q4al）：該層未鉆，最大控制層厚4.0m，灰褐、灰白、灰紅色，其中所夾粉細砂稍密～中密狀態，稍密～中密狀態，濕-很濕，氧化鐵、粉質等，無光澤，搖振反應一般，干強度及韌性低，該層部分地段底部鈣質結核富集。

④1 層強風化砂質泥巖（J2s）：該層部分鉆孔未鉆穿，最大控制層厚7.5m，褐紅、棕紅色，密實狀態，濕，含云母、長石及少量石英，泥質結構，層狀構造，構造層理不甚清晰，膠結不致密，手捏易碎，一般無完整巖芯。

菖蒲路工程地質剖面見圖3 所示。

圖3 菖蒲路（孔雀臺路-大龍山路）工程地質剖面圖

2.3 勘察結論及施工建議

（1）本工程經過場地未發現活動斷裂，區域穩定性較好；在本工程擬建場地范圍內，未發現巖溶、滑坡、崩塌、地震液化、采空區、水庫坍岸等影響本工程場地整體穩定性的不良地質問題。

（2）擬建道路沿線地貌屬江淮丘陵地貌單元。

（3）在本工程擬建場地范圍內，無影響場地整體穩定性的不良地質作用。

（4）路基部分：擬建道路可按照一般路基進行設計。道路設計、施工時，宜清除或部分清除①1 層及①2層溝塘淤泥后進行換填；對于部分清除填土的地段，應對原填土層進行加固處理。黏土層可作為路基淺基礎持力層，黏土層具有弱膨脹性，道路路基設計、施工時，應按照《公路路基設計規范》膨脹土地區路基進行設計，做好路基結構防排水與濕度控制措施設計，連續施工，及時封閉。

2.4 路基加固設計

綜上所述，結合地勘報告，具體路基處理方式如下：

（1）樁號0+00～2+90、3+20～13+61.247 段：清除沿線①1 層雜填土、①2 層含淤泥質填土及。機動車道采用4%石灰改良土回填至距路床頂面下80cm 處，其后用6%石灰改良土回填至路床頂面；不足80cm 處，需超挖到80cm。非機動車道及人行道采用4%石灰改良土回填至距路床頂面下40cm 處，其后用6%石灰改良土回填至路床頂面，不足40cm 需超挖到40cm。

（2）樁號2+90～3+20 段溝塘：在施工時應將地表水排干，徹底清除淤泥后，在塘底鋪設20cm 道砟石墊層，再鋪設20cm 碎石。然后按上述方法進行路基施工。對于沿線施工時無法填埋的溝塘，需按設計要求對路基做好護砌。膨脹土路段應嚴格按照規范要求進行施工，做好封閉、保水、保濕工作。膨脹土路段改良后的脹縮總率應小于0.7%。回填土如一層壓實達不到規定的壓實度要求，必須分層壓實。確保機動車道路床頂土基回彈模量不小于30MPa。

3 結束語

綜上所述，換填法加固處理方法與傳統的道路路基處理方法相比，對淤泥質土、粉質土等不良雜填土層進行部分清除處理，利用改良土對原有土層進行加固處理的方式，具有縮短工期、提高環保性、節省投資等諸多優勢。該方法應用在合肥菖蒲路（孔雀臺路-大龍山路）路基雜填土的處理中，取得了良好的經濟效益和社會效益。