李明娟，梅崇文

（1.嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江嘉興 314051；2.嘉興市規(guī)劃設(shè)計(jì)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(duì)比分析*——以石灰土和宕渣兩種換填材料進(jìn)行分析

李明娟1，梅崇文2

（1.嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江嘉興 314051；2.嘉興市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江嘉興 314051）

依托浙江嘉興濱海大道試驗(yàn)段工程，簡(jiǎn)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(duì)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(yīng)用提供依據(jù)。

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(zhǎng)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(guān)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(dāng)極易造成工程建筑投資浪費(fèi)、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(shè)計(jì)，因建設(shè)主體變更等多方面原因造成工程未實(shí)施到位，2013年對(duì)濱海大道（東方大道—乍王公路段）進(jìn)行改造?？紤]設(shè)計(jì)文件的時(shí)效性、相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的更新、交通組成情況及地質(zhì)條件變化，原施工圖中路面結(jié)構(gòu)及路基處理措施需重新復(fù)核或設(shè)計(jì)。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(jù)交通量調(diào)查資料并進(jìn)行軸載換算，其交通等級(jí)為特重。軟土地基等不良地質(zhì)條件要求對(duì)路基進(jìn)行必要的處治以增強(qiáng)地基承載力，尤其是重載交通作用下的港區(qū)道路，對(duì)路基強(qiáng)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(xiàn)象。因此，重交通軟基處理措施成為港區(qū)道路設(shè)計(jì)的重中之重。

2 工程地質(zhì)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(duì)最高溫度39.4℃，絕對(duì)最低溫度-9.3℃。年平均降水量1 188.0mm，最大達(dá)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(xiàn)在1月，平均0.67 m；最高為9月，平均1.11 m。

地質(zhì)勘察資料顯示，擬建道路表層主要由素填土、粉質(zhì)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(gè)地質(zhì)單元層，其土層性質(zhì)分別為：1）素填土（）。雜色，松散～稍密，濕；以黏性土為主，含有機(jī)質(zhì)、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(zhì)黏土褐黃色，可塑～軟塑，飽和；含氧化鐵、鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)等；稍有光澤，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)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(biāo)高1.30～3.40 m，平均標(biāo)高2.25 m；層厚1.50～3.60 m，平均層厚2.50 m。 3）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土灰色，流塑，飽和；含云母、有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)等；稍有光澤，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)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(biāo)高-0.20～0.00 m，平均標(biāo)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(zhì)較差，主要以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，粉質(zhì)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(biāo)高為2.8 m，平均設(shè)計(jì)標(biāo)高約3.0 m，路面結(jié)構(gòu)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(duì)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(xiàn)路基軟化、土基含水量高及滲透性差等問題，導(dǎo)致路基路面出現(xiàn)嚴(yán)重水損。

3.1換填法

長(zhǎng)三角地區(qū)軟基處理措施主要有翻挖換填法、復(fù)合地基加固法、堆載預(yù)壓法及高真空密實(shí)法等，這里僅對(duì)嘉興地區(qū)常用的淺層軟基處理工藝進(jìn)行對(duì)比分析。借鑒嘉興城市道路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，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(qiáng)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(zhì)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(dāng)石塊含量超過70%時(shí)稱為清宕渣，宕渣一般采用固體體積率控制壓實(shí)度。一般用作路基頂面以下800mm范圍內(nèi)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(zhì)量為4%～12%）和水均勻攪拌而成，能大大改善土質(zhì)，提高路基土的承載比，增加土基的密實(shí)度。嚴(yán)禁將石灰土用于高等級(jí)道路基層，但可用于低等級(jí)道路基層和各級(jí)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(jù)JTG D30-2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，在道路設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)一般路段軟基處理后工后容許沉降≤0.30 m。對(duì)于淺層軟基處理方案的選擇，主要遵循以下原則：1）針對(duì)不同地質(zhì)條件、交通情況及軟土地基深度選用不同的處理方法；2）結(jié)合建設(shè)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(shí)，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(xiàng)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(yàn)段進(jìn)行路用效果綜合對(duì)比分析，具體換填深度和范圍根據(jù)計(jì)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(zhì)地堅(jiān)硬，不含雜質(zhì)，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(zhì)生石灰或鈣質(zhì)消石灰。生石灰在使用前提前7 d充分消解，并全部經(jīng)過1 cm篩分處理。土采用塑性指數(shù)為10～20的黏性土，對(duì)于塑性指數(shù)大于20的黏性土應(yīng)進(jìn)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(zhì)含量不得超過10%。

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

3.4經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

綜合單價(jià)考慮材料單價(jià)、無機(jī)結(jié)合料單價(jià)、借土填方費(fèi)、征地費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、到場(chǎng)費(fèi)、施工費(fèi)及其他費(fèi)用。宕渣受市場(chǎng)行情和運(yùn)距的影響，價(jià)格波動(dòng)較大，表3僅為宕渣采購(gòu)價(jià)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(jīng)計(jì)算，其綜合單價(jià)為147.5元/m3。

表3　路基換填材料綜合單價(jià)對(duì)比

施工質(zhì)量方面，與宕渣相比，石灰土的質(zhì)量易于控制，施工質(zhì)量較好；施工進(jìn)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(jīng)濟(jì)，但受運(yùn)距和市場(chǎng)的影響較大；從環(huán)境保護(hù)方面考慮，開采易造成國(guó)土資源流失、破壞生態(tài)環(huán)境。

3.5質(zhì)量檢驗(yàn)

宕渣是一種極易風(fēng)化的土石混合材料，產(chǎn)地僅限于浙江及周邊地區(qū)，屬于地方性材料，應(yīng)用區(qū)域較小，現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范均無相關(guān)的施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。建議應(yīng)用時(shí)取得相關(guān)主管部門的批準(zhǔn)，并參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行密實(shí)度等試驗(yàn)。而石灰土質(zhì)量控制要求較為成熟，已形成了較規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量易于控制。

3.5.1壓實(shí)度

宕渣作為換填材料，其質(zhì)量控制指標(biāo)主要采用固體體積率控制壓實(shí)度。根據(jù)主干路回填路基上路床壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，車行道壓實(shí)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(jí)的下基層及中、輕交通的基層，重交通作用下其壓實(shí)度≥95%，7 d齡期抗壓強(qiáng)度≥0.8 MPa。濱海大道交通等級(jí)為特重，作為軟基換填材料，壓實(shí)度和7 d齡期抗壓強(qiáng)度參考回填路基壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，其壓實(shí)度≥95%，7 d齡期抗壓強(qiáng)度≥0.8 MPa。

換填材料應(yīng)進(jìn)行分層填筑、壓實(shí)，每層厚度≤20 cm，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度和固體體積率進(jìn)行控制。

3.5.2路基彎沉檢測(cè)

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

為檢驗(yàn)軟基處理效果和地基承載力，對(duì)兩種軟基處理方案分別修筑50 m試驗(yàn)段，對(duì)其30、60和90 d路基頂部回彈彎沉進(jìn)行檢測(cè)。不同時(shí)間路基頂部的代表彎沉值見表4。

表4　不同時(shí)間路基頂部的代表彎沉

從表4可以看出：隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，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(shè)計(jì)要求。宕渣初期彎沉值較小，隨時(shí)間的增長(zhǎng)，代表彎沉值降低較少；而石灰土初期彎沉值較大，隨時(shí)間的增長(zhǎng)，代表彎沉值降低較多，且處理效果比宕渣好。

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

4 結(jié)語(yǔ)

該文依托濱海大道試驗(yàn)段工程中淺層軟基處理，從經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量可控性及工期等角度綜合考慮，淺層（3 m以內(nèi)）軟土地基宜采用翻挖換填處理。壓實(shí)度和彎沉檢測(cè)結(jié)果表明，換填處理提高了土的壓縮系數(shù)，加速了軟弱土層的排水固結(jié)，改善了淺層軟基承載力和變形能力，提高了路基強(qiáng)度和抗變形能力。施工中應(yīng)根據(jù)道路交通組成、地質(zhì)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(jī)結(jié)合料改善土質(zhì)，因地制宜，確保道路建設(shè)質(zhì)量。

［1］ CJJ 194-2013，城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ JTG D30-2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

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

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

U416.1

A

1671-2668（2016）05-0097-03

浙江省嘉興市2014年度科技計(jì)劃項(xiàng)目（Z2014AY11030）

2016-05-05