换填法在路基杂填土处理中的应用——以菖蒲路（孔雀台路-大龙山路）为例

肖 杨

（安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽 230051）

0 引言

杂填土工程性质表现为强度低、压缩性高，往往均匀性也差，这类填土未经处理不宜作为建筑物地基[1-2]。本文结合合肥高新区现有的路基处理研究经验，分析了合肥高新区杂填土的基本特征；并结合工程实际情况，提出一套适用于合肥高新区淤泥质土及粉质土的固化处理方案，可为后续合肥市高新区类似工程地基或路基处理提供良好的借鉴方案。

1 换填法在路基杂填土处理中的应用

杂填土的物理力学特性表现为高压缩性，即在自重压力或较小的外部压力作用下，杂填土的体积会发生明显的压缩[3]，并且伴随着水体的排出。多数情况下，杂填土内部还伴随着生活垃圾及腐殖质，化学成分复杂，结构性能不稳定[4]。

建筑用地周边的杂填土成分会因为建筑垃圾土和工业废料土的加入变得更为复杂，由于建筑垃圾土和工业垃圾土的存在，该区域的杂填土强度会表现出明显的差异性，工程上也无法对含有砖头和瓦片等建筑垃圾的杂填土进行分类利用，该类杂填土置换后的堆放处理，也是工程上常见的问题[5]。混合填土的材料组成往往也十分复杂，且会因为其堆积时间短、结构松散而造成湿陷和大变形，不同的材料组成将直接影响混合填土的工程性质—以砖为主要成分的建筑垃圾土，工程性质优于与之组成成分相同的普通土壤；建筑废土和工业废土工程性质一般优于生活废土，因为生活废土含有大量的有机质和未分解的植物物质，因此具有较大的压缩性和较低的强度。

一般路基施工中，对于厚度不大的杂填土，可进行清除处理，厚度较大的杂填土，需要在清除一定厚度后，按照上部结构对路基的要求，进行必要的加固或改良，提高地基土的承载能力，保证地基稳定，减少上部结构不均匀沉降，换填法便是路基杂填土处理中最常见的方法。

1.1 换填法的优势

（1）提高地基承载力。浅基础地基承载力主要与地基下土体的抗剪强度有关，砂、砾石和其他填料具有较高剪切强度，利用这些材料代替软土层，可以提高地基的压缩模量，提高地基的承载力。

（2）减少沉降。路基浅部沉降在整个沉降中占有很大比例，如果采用砂级或其他高等级、高密实度的材料代替浅层软土，可以有效地减少路基沉降。密集砂、石层或其他填筑材料具有高密实性，荷载作用下路基中的应力通过此类填筑材料得到扩散，作用在深厚土层上的应力相应减小，换填之后的软土路基的沉降也会随之减少。

（3）加速软土层排水固结。当路基与透水性软弱土层直接接触时，软弱土层中的水不能迅速排出，采用透水性好的路基填料对软土路基进行换填处理后，能够有效排出与路基直接接触的软弱土层中的水，加速该层软土的排水固结，提高路基承载力。

（4）防止冻胀。由于缓冲材料的粒径较大，颗粒间孔隙较大，一般不易发生毛细现象。因此，当垫层深度满足局部冻结深度要求时，换填法可防止寒冷地区土壤冻胀[6-7]。

（5）消除较差路基土的湿陷胀缩。当用素土或石灰土换填湿陷性黄土时，填充物破坏了原有的土结构，消除了部分被换填土的湿陷性。此外，换填材料还能吸收一些水分，减少软弱底层的水浸，从而减少或消除原有基础的湿陷性，同样，采用非膨胀填料替代膨胀土，也可以消除或减少路基的膨胀收缩[8]。

1.2 换填法的适用范围

当路基范围内软土层较浅时，可完全换填，路基范围内有古井、坟墓等特殊结构时采用局部换填。换填法的处理深度一般控制在3m 以内，超过3m 后，需换填的路基范围和填筑工程量会大大增加，工期延长，成本增加。另外，在实际施工中，大体积回填土的土壤均匀性、杂质含量和含水率难以严格控制，且施工质量和施工进度受天气影响很大，在城区范围内，土方运输和环境保护也会受到严格管控。因此，当软弱层厚度超过一定厚度时，应考虑其他处置方式。

1.3 换填法在淤泥质软土和粉质土处理中的应用

淤泥质软土是淤泥和淤泥质土的统称，淤泥质软土的物理力学性能极差，表现为含水率和孔隙比大，渗透性和强度低，具有很强的触变性和流变性。粉质土是指天然含水量大于液限，天然孔隙比在1.0～1.5 之间的黏质土，粉质土压缩性高，强度低，如果采用粉质土做为路基填料会导致路基不均匀沉降，容易造成路面开裂。

当路基段存在淤泥质软土时，淤泥层厚度在4m 以内时，可将淤泥土层全部挖除，换填合格路基填料，当淤泥质土层厚度较大且不易换填时，可采用沉井基础处置深部淤泥，工程经验表明：小于3m 厚的淤泥土层采用换填法处理具有很好的效果，工程上也沿用至今。粉质土的处理方法主要有充填、脱水、化学处理等，在粉质土处理中，先将路基下一定深度的软土去除，然后用满足要求的材料进行填筑压实。换填法在针对淤泥质土的处置时，可采用砂垫层或者拌合土垫层处理需要换填的路基段：采用砂垫层换填有提高浅基础承载力、减少土体沉降量、加速软弱土的排水固结等优势；采用拌合土垫层换填，可以达到节约材料、控制土体性质等目的。

换填法作业如图1 所示，典型淤泥质土如图2 所示。

图1 换填法作业

图2 典型淤泥质土

2 换填法在不良地质土工程中的应用研究

2.1 研究背景

近年来，合肥高新区围绕“服务经济发展、服务民生改善”，分区施策、统筹推进，持续提升建成区域路网，升级服务功能，密织示范区路网，拓展服务范围，促进区域内外高效对接。随着高新区工程建设集中迸发式的发展，该地区的粉质土、淤泥质土等不良土层的处理问题逐渐凸显。传统的路基处理，会将淤泥质土、建筑垃圾等杂填土进行清除，会造成大规模的土方外运，在运输过程中，也会对环境造成严重的污染与影响。过量的挖方、填方还会大大增加施工周期，对高新区整体规划建设将产生不利影响，并且会增加施工投资。

2.2 项目岩土层概况

菖蒲路（孔雀台路-大龙山路）为城市支路，总长约1.36km。道路规划红线宽度32m，双向4 车道，设计时速40km/h，道路两侧多规划为工业用地。

根据野外钻探取芯观测、静力触探试验并结合室内试验成果，依其强度及岩土层物理力学性质不同，将场地岩土层自上而下分述如下：

①1 层杂填土（Q4ml）：层厚0.6～2.5m，层底标高25.46～41.83m，灰褐、灰、褐黄、黄褐等。杂色、松散状态（软塑）为主，局部稍密状态，很湿，以黏性土回填为主，部分地段含有碎混凝土块，场地为新近堆填，尚未完成自重固结。

①2 层含淤泥质填土（Q4ml）：层厚0.6～11.0m，层底标高18.00～35.05m，灰黄、褐黄、灰及黑灰色等，松散状态（软塑-流塑状态），饱和，含腐殖质，有臭味，该层土主要分布于原地势低洼的沟渠、水塘范围及其周边；局部地段的新近回填土因受雨水长期浸泡，工程性质与该层土相似，并入该层。

②1 层粉质粘土（Q4al）：厚度0.7-3.8m，层底标高22.19-28.06m，褐灰、黄灰色等，以软塑-可塑状态，饱和，含氧化铁、铁锰质染斑等，稍有光泽，无摇振反应，干强度及韧性低，该层土主要分布于坳沟内。

③1 层粉土夹粉细砂（Q4al）：该层未钻，最大控制层厚4.0m，灰褐、灰白、灰红色，其中所夹粉细砂稍密～中密状态，稍密～中密状态，湿-很湿，氧化铁、粉质等，无光泽，摇振反应一般，干强度及韧性低，该层部分地段底部钙质结核富集。

④1 层强风化砂质泥岩（J2s）：该层部分钻孔未钻穿，最大控制层厚7.5m，褐红、棕红色，密实状态，湿，含云母、长石及少量石英，泥质结构，层状构造，构造层理不甚清晰，胶结不致密，手捏易碎，一般无完整岩芯。

菖蒲路工程地质剖面见图3 所示。

图3 菖蒲路（孔雀台路-大龙山路）工程地质剖面图

2.3 勘察结论及施工建议

（1）本工程经过场地未发现活动断裂，区域稳定性较好；在本工程拟建场地范围内，未发现岩溶、滑坡、崩塌、地震液化、采空区、水库坍岸等影响本工程场地整体稳定性的不良地质问题。

（2）拟建道路沿线地貌属江淮丘陵地貌单元。

（3）在本工程拟建场地范围内，无影响场地整体稳定性的不良地质作用。

（4）路基部分：拟建道路可按照一般路基进行设计。道路设计、施工时，宜清除或部分清除①1 层及①2层沟塘淤泥后进行换填；对于部分清除填土的地段，应对原填土层进行加固处理。黏土层可作为路基浅基础持力层，黏土层具有弱膨胀性，道路路基设计、施工时，应按照《公路路基设计规范》膨胀土地区路基进行设计，做好路基结构防排水与湿度控制措施设计，连续施工，及时封闭。

2.4 路基加固设计

综上所述，结合地勘报告，具体路基处理方式如下：

（1）桩号0+00～2+90、3+20～13+61.247 段：清除沿线①1 层杂填土、①2 层含淤泥质填土及。机动车道采用4%石灰改良土回填至距路床顶面下80cm 处，其后用6%石灰改良土回填至路床顶面；不足80cm 处，需超挖到80cm。非机动车道及人行道采用4%石灰改良土回填至距路床顶面下40cm 处，其后用6%石灰改良土回填至路床顶面，不足40cm 需超挖到40cm。

（2）桩号2+90～3+20 段沟塘：在施工时应将地表水排干，彻底清除淤泥后，在塘底铺设20cm 道砟石垫层，再铺设20cm 碎石。然后按上述方法进行路基施工。对于沿线施工时无法填埋的沟塘，需按设计要求对路基做好护砌。膨胀土路段应严格按照规范要求进行施工，做好封闭、保水、保湿工作。膨胀土路段改良后的胀缩总率应小于0.7%。回填土如一层压实达不到规定的压实度要求，必须分层压实。确保机动车道路床顶土基回弹模量不小于30MPa。

3 结束语

综上所述，换填法加固处理方法与传统的道路路基处理方法相比，对淤泥质土、粉质土等不良杂填土层进行部分清除处理，利用改良土对原有土层进行加固处理的方式，具有缩短工期、提高环保性、节省投资等诸多优势。该方法应用在合肥菖蒲路（孔雀台路-大龙山路）路基杂填土的处理中，取得了良好的经济效益和社会效益。