兰州地区特殊性地层路基处理方法探讨

王勤军

（兰州市城市建设设计院，甘肃兰州 730030）

0 前言

近年来，随着兰州市经济的不断发展，城市基础设施建设不断扩大，新建、扩建道路规模越来越大。本文针对在几种特殊性地层上进行路基处理方面存在的一些问题，作以探讨。

1 大厚度高湿陷黄土层

兰州市高阶地（伏龙坪、范家坪、彭家坪等）黄土层厚度达30～40 m，具Ⅲ～Ⅳ级自重湿陷性，湿陷厚度可达20 m以上。近年来，兰州市新建的市政道路，大多集中在这些区域。通过对高阶地上采用探井采取的九百多件土样的室内试验，对场地湿陷性进行评价统计结果见表1。

如何采取合理的路基处理方法呢？对该黄土路基的处理，应考虑道路等级、路堤填高、浸水可能性、湿陷后的危害程度以及经济技术等多方面的因素，其目的在于消除黄土层的部分或全部湿陷性，进而改善黄土层的工程性质，减轻路基的变形，确保道路安全使用。目前，对湿陷性黄土路基的处理深度见表2。

由于兰州地区年降水量仅311.7 mm，且集中在7、8、9三个月，而年蒸发量达1 446.4 mm，降水量少，蒸发量大，所以在自然条件下，湿陷性黄土受水浸湿的程度及浸湿的厚度远小于室内试验条件，发生湿陷的可能性比理论计算的要小。工程实践证明，理论计算值同实际存在着一定的差距。

根据兰州地区的实际情况，针对这些高阶地上大厚度高湿陷性黄土场地，在道路建设过程中，路基的处理方法多采用整片换土垫层法，垫层材料采用3：7灰土，换土垫层厚度一般为1.0～1.5 m，通过已建成道路近十年来的运行表明，路基安全稳定，道路运行正常。

表1 黄土湿陷量计算结果统计表

表2 湿陷性黄土地基处理深度

考虑到整片换土垫层法造价较高的特点，近几年，兰州地区在处理大厚度高湿陷性黄土场地时，冲击压实法得到了广泛的应用，实践表明，经25 kJ羊角碾冲击压实机冲压40～50遍后，其下1～2m深度内已形成连续、均匀、密实的坚固硬壳层，压实度0～30 cm达95%以上，30～90 cm达93%以上，90～150 cm达90%以上，完全符合湿陷性黄土地基浅部处理加固的目的。

当然，强夯法、挤密桩法等，都是处理大厚度高湿陷性黄土路基有效的方法，在不同范围内也得到了一定的应用。

总之，对于大厚度高湿陷性黄土场地，进行路基处理时，应充分考虑路基的浸水可能性及修复的难易程度，制定经济合理的处理方案，达到既安全可靠，又节约投资的目的。

2 地下水位埋藏较浅的软土层

软土层具有含水量高、压缩性高、强度低、灵敏度高、渗透性差等特点。兰州市区的软土地层，大多数分布在黄河河漫滩以及两岸的Ⅰ～Ⅱ级阶地，主要为淤泥质土、饱和的粉土层等。如兰州市黄河两岸的南、北滨河路，雁滩的部分路段，在修建过程中，均有大量软土的存在。尤其是近年来，西固地区地下水位快速上升，使上部的道路和浅基础建筑均受到不同程度的损坏。如西固14#路(西固东、西路)、11#路等，地处黄河南岸II级阶地上，上部地层主要为黄土状粉土，厚度达15 m以上，由于水位上升，目前地下水埋深仅1～2 m，局部地段小于1 m。由于地下水位的上升，造成道路翻浆、拥包、龟裂等现象十分严重，直接影响到道路正常通行能力。

自2002年以来，兰州市政府对东西向城市主要道路进行了整治。如在西固14#路道路整治中，通过对上部软土层进行取样试验，含水量W%为22%～25%，孔隙比e为1.02～1.62，饱和度Sr%为92%～97%，液限WL%为24%～26%，塑限WP%为17%～20%。同时，对该地层进行了原位测试，其主要指标统计见表3。

目前，软土路基处理的方法有很多种，如动力挤密法（强夯、机械碾压等）、应力条分法（反压护道法、土工材料加固法等）、复合地基法（CFG桩、碎石桩、砂桩等）、排水固结法等，任何一种加固方法都不可能是万能的，各种加固方法都有其适用条件和范围，所以在具体确定软基处理方法时，必须充分考虑施工条件、软土的性状、道路等级、经济条件等多方面的因素，进行综合确定。

针对兰州西固14#路、11#路软弱土层较厚的特点，考虑到多方面的因素，在路基处理时，下部采用了抛石挤淤，上部1 m进行砾石换填，经整治处理的道路经过近七、八年的运行，效果较好。近年来，兰州在软土上修建道路的一般做法是，软土厚度小于2 m时，换填砾类土垫层，分层回填碾压加固。当水位较高，软土厚度大于3 m时，一般下部采用抛石处理，上部换填1 m左右，处理效果比较理想。当然，为了加大软土层的处理深度，CFG桩、砂桩、碎石桩、加固土桩等方法，也逐渐得到了研究和应用。

表3 原位测试主要指标统计表

3 垃圾土

垃圾土是城市地表覆盖的、由人类活动堆填的建筑垃圾、生活垃圾和工业废料，结构松散，分布无规律，极不均匀。建筑垃圾的主要组成物质中有砖块、瓦片、混凝土块和灰渣等。生活垃圾的组成物质十分复杂，包括人类生活的各种废弃物，如煤碴、塑料包装材料、废弃电池、电线电缆等。垃圾土由于其成分复杂，回填的厚度、时间、方法的随意性，所以不均匀性是其突出的特点。垃圾土由于堆填时未经压实，所以土质疏松，浸水后会产生较强的湿陷。垃圾土的密度差，结构性差，孔隙率高，强度低，压缩性高。

兰州市厚度较大的垃圾土，主要分布有以下几个区域：（1）雁滩地区，该区域原为黄河河漫滩地，后来由于填河造地，形成目前II级阶地地貌，填筑物多为建筑垃圾的生活垃圾，厚度达5～10 m；（2）南、北两山的冲沟地带，如在彭家坪、范家坪、龚家坪，部分沟道经倾倒垃圾填沟造地，垃圾厚度可达10～30 m；（3）黄河两岸岸坡地带，原来由于人们的环境保护意识差，加上管理不到位，大量的垃圾土被倾倒在黄河两岸岸边，厚度达5 m左右。这些垃圾土多形成近10～20 a，其成份、含水量、密实度等变化较大，其自重固结一般认为均未完成，处于欠固结状态。部分地段，垃圾土也是潜水含水层。

目前，垃圾土的勘探方法多采用钻探，并视情况布置一定数量的探井。勘探点的间距20～40 m，勘探深度穿透垃圾土，对垃圾土的成分判定是非常重要的，同时采用动力触探测试，以探查垃圾土的密实度和均匀性。在兰州市政道路建设过程中，不同程度的存在垃圾土，给道路建设也造成了很大的影响，对部分道路的垃圾土情况统计见表4。

表4 部分道路垃圾分布统计表

针对垃圾土的具体分布情况，在道路穿越垃圾土路段进行路基处理时，一般将垃圾挖除2～3 m，对底部进行碾压夯实，其上换填2～3 m的砂砾土、素土等。道路建成通车后，经观察，夯实处理对建筑垃圾区域效果较好，而对生活垃圾居多的区域效果一般。对于高等级道路，若在大厚度垃圾土地段仅进行碾压后换填2～3 m，在公路使用寿命期内，地基的稳定性是否发生变化，还需进一步监测。兰州市部分道路穿越垃圾土地段，道路建成运行几年后，局部路段已不同程度的出现路面开裂及不均匀沉陷，沉陷地段多为生活垃圾区域。故建议对高等级道路下的生活垃圾土应进行深部处理，如选用强夯置换法、柱锤冲扩桩等方法。

强夯置换法是采用夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩，来加固大厚度的垃圾土路段。强夯置换法具有加固效果显著、施工期短、费用低等优点，强夯置换深度不超过7 m。在强夯置换法处理地基的上部，再换填适当厚度的素土、灰土、砂砾石等。

柱锤冲扩桩是成孔及成孔过程中对原土进行动力挤密、动力固结、充填置换作用，及生石灰的水化和胶凝作用。地基处理深度不超过6 m。柱锤冲扩桩处理垃圾土已取得较好的效果。

4 结语

随着科学技术的迅速发展，对新型材料的研究使用，对道路路基的处理方法越来越多，也积累了一定的经验。综观国内道路建设，在近十几年来，采用的孔内深层强夯法、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法、夯坑置换法、压力灌浆法等等，都不失为好的方法，这就要求在道路勘察时要准确查明地质条件，设计时应优化设计方案，施工时应加强质量控制监测，以保证道路建设达到既安全实用又节约造价的目的。

本文中的一些看法基于近年来道路建设中的体会，文中有不妥之处，望同行批评指正。