城市道路路基设计中对于杂填土处理方案的探究

施常青 杭州高新开发建设管理运营有限公司

1 前言

伴随着我国整体国力的不断提升，城市化进程不断加快，在城市建设过程中，产生了大量的建筑垃圾和弃方土体，部分弃方伴随生活垃圾等形成了杂填土分布于局部地段的表层，对于城市道路建设产生了不利的影响。城市道路路基设计过程中，对于该部分杂填土的处理一直以来均作为一个难点问题受到较大关注。

2 城市道路中杂填土地质的特性以及危害分析

杂填土为含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的人工填土，杂填土具备均匀性差、地基承载力低、压缩性高等特点。对于道路工程而言，往往需要将地基表层土作为道路持力层，杂填土土基对于道路施工质量产生较大影响，易造成道路不均匀沉降、开裂等病害，同时，杂填土由于其不均匀特性，在地质勘察时也很难将杂填土的物理工程特性参数进行明确，这也给杂填土路基处理设计造成了一定的困难。在实际工程中，遇见杂填土地质时，通常需要先对杂填土的成分、密实度等进行分析，初步判断杂填土的物理工程特性，以便为方案设计提供参考依据。

2.1 城市道路工程中杂填土的成分分析

城市道路工程中杂填土主要由各种建筑垃圾、生活垃圾、工业废料土组成。其中，建筑垃圾主要是由碎砖、碎瓦片、朽木等各种有机物较少的垃圾组成。生活垃圾的类型较多，由废纸、厨房垃圾、玻璃、炉灰、陶瓷片等组成，这种垃圾一般有机质和未分解的腐殖质较多。工业废料土则是由工业生产中产生的废料堆积而成，比如矿渣、煤渣。由此可见，杂填土成分复杂、颗粒尺寸悬殊、性质各异、厚薄不均、规律性差，因而同一场地表现为压缩性和强度的明显差异，极易造成不均匀沉降，需要进行特殊地基处理。

2.2 杂填土的危害分析

由于杂填土不均匀、高压缩、强度低等特性，导致道路建成后短时间内容易出现较大的沉降、道路开裂等相关病害。特别是杂填土中存在大量生活垃圾时，如杂草、树叶、塑料袋、废纸、果皮、菜根等，其有机质含量较高，有机质在进行分解时，长期处于潮湿和松散状态，密实度低，均匀性差，随着时间的推移，杂填土中的有机质不断分解，固体物质间空隙变大，造成道路建设质量问题。因此在进行城市道路路基建设时必须要认真分析杂填土的危害并采用科学方法进行防治才能避免杂填土带来的建设质量问题。

3 道路路基设计时针对杂填土的几种常见处理方法简析

杂填土之间由于成分、堆积年限、密实度等方面差异较大，在道路路基设计过程中，针对杂填土路基的处理方案，需要结合实际情况进行分析，常见的处理方法有以下几种。

3.1 换填法

换填法是道路路基设计时针对杂填土的一种常用方法，又称作换土法。这种方法是用质地较为坚硬且性能稳定、抗侵蚀性强的材料替换路基范围内稳定性较差的软土。这种方法比较适合浅层地基的处理，除了杂填土之外，淤泥、松散素填土等类型的软土也适合用此方法。砂子、碎石、卵石等质地较为坚硬且强度较高、性能稳定的材料往往是换填法中最常用到的材料，换填法的运用可以提高路基抗变形和保持稳定的能力。在换填过程中要具体问题具体分析，充分考虑不同材料的粒径、含量等因素，采用分层填筑、压实和检测的方法，避免因为压实不理想而造成地基沉降。该方案的优势较为明显，处理效果较好，可适用于置换各种类型的杂填土，但换填深度超过一定深度时，该方案的经济型较差。根据实际工程的相关经验，深度超过3m时，换填法经济性较差，应考虑采用其他处理方案。

3.2 深层搅拌加固法

深层搅拌加固法是利用深层搅拌机械将水泥、石灰等材料与杂填土强制拌合的一种方法，采用深层搅拌加固法可以大大提高路基强度，加固效果显著且能在最短时间内投入使用，对于软黏土、粉土、砂土等地质均具有较为良好的效果。深层搅拌加固法在施工过程中噪声小，污染小，且不会对邻近建筑物产生不良影响，是路基施工中较为常用的施工方法。但由于杂填土的成分较为复杂，不均匀性差，采用该方法时，往往不易达到较好的成桩质量，因此杂填土路基处理时应谨慎选择深层搅拌加固法。

3.3 强夯法

强夯法又被称为动力固结法，需要使用强夯机对杂填土进行强力夯实，这种方法的运用不但能够提高杂填土地基的承载能力和压缩模量，还能确保地基的均匀和密实，通过强夯法可以改变地基土的空隙分布，使地基更加稳固，不易发生变形。强夯法并不适用于所有类型的杂填土，根据经验，由生活垃圾组成的杂填土强夯的效果并不理想，而建筑类型的杂填土采用强夯法则效果显著。同时，强夯法的施工条件要求较为严苛，市政道路工程往往位于城区内部，当周边存在建筑物需要进行保护时，该方法并不适用。

3.4 冲击压实法

冲击压实法是路基建设中常见的方法之一，是利用冲击压实机周期性、大振幅、低频率地对路基填料进行冲击，压密填方，该方法运行速度快、施工工序少、工期短，对路基进行冲击压实可以将松散的土层均匀的压实，从而有效提高路基整体强度和质量，减少路基的沉降。该方法对于杂填土的适用性以及相关优缺点与强夯法较为类似。

3.5 刚性桩复合地基法

刚性桩复合地基法是将预制桩压到地基土中，常见的有预应力混凝土管桩等。使用刚性桩复合地基法可以对承载力较弱的地基进行加固而形成人工地基，减少变形和沉降的发生。刚性桩是一种高粘结强度桩，与散体桩复合地基和柔性桩复合地基相比，具有承载力强、有效控制地基变形的特点，可以有效提高施工质量，特别是近年来随着施工工艺的不断发展，刚性桩在道路地基施工中的使用越来越广泛。当杂填土以建筑垃圾成分为主，且状态较为松散时，采用刚性桩处理效果较好，由于刚性桩施工时的挤土效应，对于松散的杂填土有“挤密”作用，可一定程度上提高原土体天然地基承载力，提升道路地基的质量。但刚性桩施工时挤土效应较强，周边存在需要保护的构筑物时，该方案需充分论证后方可适用。

城市道路路基建设中针对杂填土的处理方法较多，具体选取何种方法需根据具体施工情况决定，在保证施工质量的情况下，充分考虑到施工成本、施工工期、环境维护等因素，综合判断后选择最佳的施工方案。

4 采用预应力管桩处理的专题剖析

4.1 适用性分析

预应力混凝土管桩属于刚性桩复合地基一种，近年来被广泛应用于房屋建筑工程中，但在市政道路工程里面应用较少。当道路路基下存在较厚的松散杂填土层，且杂填土成分主要以建筑垃圾、工业废渣为主时，采用预应力管桩可达到一个较为理想的处理效果，但需要注意的是管桩施工时应充分考虑挤土效应对于周边构筑物的影响，并做好相关防护措施。管桩处理时，应协调好管桩与地下管线之间的相互关系，并充分考虑道路下地下空间利用的规划情况，比如远期道路下是否有地铁的建设规划等，当存在与地下构筑物冲突情况时应谨慎使用。

4.2 优缺点分析

预应力管桩作为杂填土路基处理方案时，具有处理效果好、施工质量容易控制、施工速度快，经济性较好等特点，其挤密的作用机理与杂填土松散特性相匹配，相辅相成。适用于厚度较大的杂填土处理。但预应力管桩在设计与施工过程中需要协调其与地下管线以及地下构筑物之间的相互关系，实施相对较为复杂，需要提前做好现场勘测工作。

4.3 常见问题

4.3.1 桩型的选择及布置

预应力管桩根据混凝土强度以及壁厚的不同，一般可分为预应力高强混凝土管桩（代号PHC），预应力混凝土管桩（代号PC），预应力混凝土薄壁管桩（代号PTC），按配筋的差异又可分为A桩、B桩、AB桩等。通常杂填土厚度约为1m~10m左右较为常见，当采用预应力管桩处理杂填土时，各种类型的预应力管桩一般均可适用，设计时可根据当地经济状况选取较为经济适用的预应力管桩桩型。

管桩布置宜采用正方形布置形式，桩径取常用的450mm，桩间距可取2.2m~2.6m，同时在桩端顶部设置相应尺寸的桩帽。为防止出现不均匀沉降，桩帽上方设置不少于40cm的级配碎石垫层，设置两道土工格栅，使桩和桩间土共同受力。

4.3.2 预应力管桩沉桩施工工艺的选择

管桩沉桩方法有多种，在我国国内施工过的方法有：锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等，而以静压法、锤击法用得最多。锤击法因其噪声较大，市政道路工程中往往不适用，但局部路段位于郊区时可采用该方法；静压法机械较大，当现状路基承载力较差时需采取一定措施临时处理后方可实施，一般在城区道路中均以静压的方法居多。局部路段如遇高压架空线缆等特殊情况，可根据实际情况更换沉桩方法，或采用局部路段换填等方式进行处理。

管桩施工时，应采取措施尽可能降低挤土效应，打桩推进方向宜逐排改变，以免土壤朝一个方向挤压，而导致土壤挤压不均匀，对于同一排桩，必要时采用间隔跳打的方式。作为杂填土处理时，为大面积桩群，宜采用后两种打桩顺序，以免土壤受到严重挤压，使桩难以打入，或使先打入的桩受挤压而倾斜。宜分成几个区域，由多台打桩机采用合理的顺序进行打设。打桩时对不同基础标高的桩，宜先深后浅，对不同规格的桩，宜先大后小，先长后短，宜防止桩的位移或偏斜。

4.3.3 其他常见问题

预应力管桩设计与施工时，应特别注意与地下管线之间的关系。管桩设计时应充分调查地下管线的现状分布情况，确保管桩施工对现有的地下管线不造成影响。对于新建管线，应充分利用管桩作为管线基础，并仔细核对管桩与管线位置的相互关系，尽可能采取竖向避让方式进行避让。施工阶段应对管桩与管线的位置进行复核，确保桩位对管线施工不构成阻碍。

5 结束语

城市道路路基设计时要根据施工具体情况选择最科学的方法来防范杂填土的危害，从而有效提升施工质量，确保城市道路建设的有序进行。对于几种常见的处理方案中，需要根据具体情况选择最合适的处理方案，当杂填土厚度较厚、性状较为松散且以建筑垃圾成分为主时，采用预应力管桩的方式处理是一种较为合适的方法，当适用条件具备时，市政道路工程设计与施工时可考虑采用该种方法。