港区道路浅层软基处理中换填材料的对比分析*——以石灰土和宕渣两种换填材料进行分析

李明娟，梅崇文

（1.嘉兴南洋职业技术学院，浙江嘉兴 314051；2.嘉兴市规划设计研究院有限公司，浙江嘉兴 314051）

港区道路浅层软基处理中换填材料的对比分析*——以石灰土和宕渣两种换填材料进行分析

李明娟1，梅崇文2

（1.嘉兴南洋职业技术学院，浙江嘉兴 314051；2.嘉兴市规划设计研究院有限公司，浙江嘉兴 314051）

依托浙江嘉兴滨海大道试验段工程，简要介绍了港区重载交通下浅层软基处理方法——翻挖换填法；通过嘉兴地区常用的宕渣和石灰土两种换填材料的路用性能综合对比分析，合理选择换填材料，为石灰土在港区重载交通作用下浅层软基处理中的推广应用提供依据。

公路；港区道路；石灰土；宕渣；换填材料；浅层软基处理

嘉兴地处长三角地区，属于杭嘉湖平原，水系分布较密，地下水位较高，软土地基分布较广，软基处理好坏直接关系到道路的使用性能和寿命。城市道路软基处理往往受到投资、工期及地下管线等众多因素的制约，特别是在浅层软基处理中，处理方法选择不当极易造成工程建筑投资浪费、工期增加或处理效果不佳等问题，合理选择浅层软基处理方法尤为重要。

1 工程概况

滨海大道为嘉兴港区东西方向重要交通主干道，2005年完成施工图设计，因建设主体变更等多方面原因造成工程未实施到位，2013年对滨海大道（东方大道—乍王公路段）进行改造。考虑设计文件的时效性、相关设计规范的更新、交通组成情况及地质条件变化，原施工图中路面结构及路基处理措施需重新复核或设计。滨海大道为乍浦港集装箱码头通往各大型厂矿企业的重要通道，重交通、特重交通所占比重较大，根据交通量调查资料并进行轴载换算，其交通等级为特重。软土地基等不良地质条件要求对路基进行必要的处治以增强地基承载力，尤其是重载交通作用下的港区道路，对路基强度和稳定性提出了更高的要求，需采取措施减少重载交通下路基不均匀沉降现象。因此，重交通软基处理措施成为港区道路设计的重中之重。

2 工程地质资料

拟建道路位于嘉兴港区，南临杭州湾，属Ⅳ4区，地貌上属于杭嘉湖平原区的钱塘江河口冲～海积平原亚区的腹心地带，全为第四系底层覆盖。年平均气温15.9℃，绝对最高温度39.4℃，绝对最低温度-9.3℃。年平均降水量1 188.0mm，最大达1 805.3mm，最小仅724.7mm。年平均日照2 017 h。多年平均水位为0.94 m（黄海高程系，下同），历史上最高水位2.50 m（1954年）、最低水位-0.29 m（1934年）。一年中最低水位出现在1月，平均0.67 m；最高为9月，平均1.11 m。

地质勘察资料显示，拟建道路表层主要由素填土、粉质黏土组成，局部路段含有①-2淤填土。从上而下依次分为3个地质单元层，其土层性质分别为：1）素填土（）。杂色，松散～稍密，湿；以黏性土为主，含有机质、植物根系等；局部表层为杂填土，层厚0.70～2.30 m，平均层厚1.20 m。2）粉质黏土褐黄色，可塑～软塑，饱和；含氧化铁、铁锰质斑点等；稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，属中等压缩性土；层顶埋深0.70～1.80 m，平均埋深1.20 m；层顶标高1.30～3.40 m，平均标高2.25 m；层厚1.50～3.60 m，平均层厚2.50 m。 3）淤泥质粉质黏土灰色，流塑，饱和；含云母、有机质、腐殖质等；稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，属高压缩性土；层顶埋深2.95～4.70 m，平均埋深3.55 m；层顶标高-0.20～0.00 m，平均标高0.00 m。

滨海大道（龙王路—乍王公路，K2+725—975）沿线浅层土层情况如图1所示。由图1可知沿线地下土质较差，主要以淤泥质粉质黏土为主，粉质黏土层厚度为1.5～3.6 m，平均厚度为2.50 m。道路持力层位于软土路基上，其孔隙比＞1，含水率＞35%，属于中（或高）压缩性土，且地基承载力偏低。道路最低控制标高为2.8 m，平均设计标高约3.0 m，路面结构厚度0.70 m，而嘉兴港区常水位较高，路基处于潮湿或过湿状态。

图1　滨海大道浅层土层情况（单位：m）

3 软土地基处理

嘉兴软土分布较广，市政道路中软土地基对路基的稳定性影响尤为突出。路基处于潮湿、过湿状态，容易出现路基软化、土基含水量高及渗透性差等问题，导致路基路面出现严重水损。

3.1换填法

长三角地区软基处理措施主要有翻挖换填法、复合地基加固法、堆载预压法及高真空密实法等，这里仅对嘉兴地区常用的浅层软基处理工艺进行对比分析。借鉴嘉兴城市道路设计经验，一般路段浅层软基处理主要采用翻挖换填法，将软弱土层部分或全部挖除后换填强度高、性能稳定的路基填料，如粉煤灰三渣、宕渣及石灰土等。

3.2材料特性

鉴于嘉兴地区地下水位高、埋深浅及天然地基承载力低等地质特征，该地区常用的软基换填材料主要为宕渣和石灰土，其材料性能见表1。

（1）宕渣。粒径大于40mm的石块含量为30%～70%的自然土石混合材料，且石块的最大粒径不大于150mm。当石块含量超过70%时称为清宕渣，宕渣一般采用固体体积率控制压实度。一般用作路基顶面以下800mm范围内的路基填料，最大粒径不大于100mm。

表1　宕渣与石灰土的材料性能

（2）石灰土。又称为石灰稳定土，即在土中掺入一定量的石灰（一般石灰掺配质量为4%～12%）和水均匀搅拌而成，能大大改善土质，提高路基土的承载比，增加土基的密实度。严禁将石灰土用于高等级道路基层，但可用于低等级道路基层和各级道路底基层，可作为路基换填材料。其适用性不如水泥稳定土。

3.3拟定软基处理方案

3.3.1软基处理原则

根据JTG D30-2015《公路路基设计规范》的要求，在道路设计使用年限内一般路段软基处理后工后容许沉降≤0.30 m。对于浅层软基处理方案的选择，主要遵循以下原则：1）针对不同地质条件、交通情况及软土地基深度选用不同的处理方法；2）结合建设期、工程投资等条件合理选择软基处理方案；3）确保不同土层的分层压实，有效控制层厚和层间处理，减少路基差异沉降。

3.3.2浅层软基处理

该项目软基处理方案采用翻挖换填法，换填材料选用宕渣和石灰土，并分别修筑50 m试验段进行路用效果综合对比分析，具体换填深度和范围根据计算确定（见表2）。

表2　浅层软基处理方案

宕渣为透水性良好的材料，质地坚硬，不含杂质，粒径≤150mm，含泥量≤15%，石料压碎值≤35%或洛杉矶法压碎率≤50%。

石灰采用钙质生石灰或钙质消石灰。生石灰在使用前提前7 d充分消解，并全部经过1 cm筛分处理。土采用塑性指数为10～20的黏性土，对于塑性指数大于20的黏性土应进行粉碎处理，且土中15～25 cm土块含量不宜超过5%。石灰改善土中土料硫酸盐含量不得超过0.8%，腐殖质含量不得超过10%。

水泥采用初凝时间＞3 h、终凝时间≥6 h的42.5级普通硅酸盐水泥；拌和土采用粗粒土，其均匀系数≥10，塑性指数为10～17，土中小于0.6mm颗粒的含量＜30%。

3.4经济效益对比

综合单价考虑材料单价、无机结合料单价、借土填方费、征地费、运输费、到场费、施工费及其他费用。宕渣受市场行情和运距的影响，价格波动较大，表3仅为宕渣采购价格。方案二的换填材料为60 cm石灰稳定土、20 cm水泥石灰稳定土，经计算，其综合单价为147.5元/m3。

表3　路基换填材料综合单价对比

施工质量方面，与宕渣相比，石灰土的质量易于控制，施工质量较好；施工进度方面，与石灰土相比，宕渣的施工速度较快；投资方面，宕渣比石灰土经济，但受运距和市场的影响较大；从环境保护方面考虑，开采易造成国土资源流失、破坏生态环境。

3.5质量检验

宕渣是一种极易风化的土石混合材料，产地仅限于浙江及周边地区，属于地方性材料，应用区域较小，现行技术标准和规范均无相关的施工工艺和质量控制标准。建议应用时取得相关主管部门的批准，并参照相关标准进行密实度等试验。而石灰土质量控制要求较为成熟，已形成了较规范的标准，质量易于控制。

3.5.1压实度

宕渣作为换填材料，其质量控制指标主要采用固体体积率控制压实度。根据主干路回填路基上路床压实度标准，车行道压实度≥95%，宕渣固体体积率≥84%。

石灰土为半刚性材料，一般用于各类交通等级的下基层及中、轻交通的基层，重交通作用下其压实度≥95%，7 d龄期抗压强度≥0.8 MPa。滨海大道交通等级为特重，作为软基换填材料，压实度和7 d龄期抗压强度参考回填路基压实度标准，其压实度≥95%，7 d龄期抗压强度≥0.8 MPa。

换填材料应进行分层填筑、压实，每层厚度≤20 cm，并严格按照设计要求的压实度和固体体积率进行控制。

3.5.2路基弯沉检测

弯沉值是路基路面整体刚度的重要指标，只有路基顶面回弹弯沉值小于设计弯沉值，才能保证路面的承载力和使用寿命。该项目路基顶面交工验收弯沉值为212.9（0.01mm），路床顶面土基回弹模量≥45 MPa。

为检验软基处理效果和地基承载力，对两种软基处理方案分别修筑50 m试验段，对其30、60和90 d路基顶部回弹弯沉进行检测。不同时间路基顶部的代表弯沉值见表4。

表4　不同时间路基顶部的代表弯沉

从表4可以看出：随着时间的增长，路基顶部代表弯沉值越来越小，路基承载力不断提高，满足设计要求。宕渣初期弯沉值较小，随时间的增长，代表弯沉值降低较少；而石灰土初期弯沉值较大，随时间的增长，代表弯沉值降低较多，且处理效果比宕渣好。

由于宕渣质量不易控制，加上填筑前施工单位常忽视对其进行相关性能试验，宕渣处理软基的效果不确定性，对于道路整体质量控制要求较高时，宜采用石灰土等质量易于控制的材料进行软基处理。

4 结语

该文依托滨海大道试验段工程中浅层软基处理，从经济性、质量可控性及工期等角度综合考虑，浅层（3 m以内）软土地基宜采用翻挖换填处理。压实度和弯沉检测结果表明，换填处理提高了土的压缩系数，加速了软弱土层的排水固结，改善了浅层软基承载力和变形能力，提高了路基强度和抗变形能力。施工中应根据道路交通组成、地质条件等因素合理选择路基填料，充分利用宕渣等土石材料和石灰、水泥等无机结合料改善土质，因地制宜，确保道路建设质量。

［1］ CJJ 194-2013，城市道路路基设计规范［S］.

［2］ JTG D30-2015，公路路基设计规范［S］.

［3］ 龚晓南.地基处理手册（第三册）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［4］ 李笑笑，郝竟宇.天津滨海地区软土路基处理方法［J］.市政公用建设，2012（3）.

U416.1

A

1671-2668（2016）05-0097-03

浙江省嘉兴市2014年度科技计划项目（Z2014AY11030）

2016-05-05