公路杂填土处理与路基加固分析

沈健

摘 要：为了提高公路路基工程的建设水平，首先分析了换填法、注浆法、石灰或固化剂固化土壤法、强夯法、水泥搅拌桩法等加固特点及加固机理，随后依托某公路项目，提出了两种处治方案，并利用沉降和地基承载力来对比其加固效果，研究成果表明固土+强夯综合处治杂填土地基效果较好，可为类似的公路杂填土路基设计与施工提供一定的理论指导。

关键词：公路;杂填土;处治措施;地基加固

0 引言

目前国内针对杂填土路基处理研究往往是采用数值模拟手段，无法很好的指导现场的施工，同时也没有形成系统性资料来指导杂填土路基的设计。工程师在开展杂填土路基设计时，往往以工程类比法为主，选择的设计方案较保守，造成一定的资源浪费[1]。因此，研究公路杂填土处理方法及加固具有十分重要的工程意义。

1 公路杂填土常用处理方法

相对于碎石、砂砾土等路基填料而言，杂填土中成分复杂（垃圾、腐殖物、淤泥等），承载力低，甚至包含污染物，属于不良地质的范畴。不宜在杂填土上直接填筑路基或将杂填土作为路基填料，需要采用技术处理后方能用于路基施工中[2]。

1.1 换填法

换填法就是将地基中的杂填土挖除，再分层回填压实强度高、颗粒级配良好的素土或砂石料作为路基持力层。换填法施工方法简单，造价低，适用于深度不大（≤3 m）的杂填土处理。经过换填法处治的杂填土路基物理力学性能明显提高，主要体现在以下几个方面：第一，沉降量降低。换填后土基密实度高，能够更好的扩散作用在土基上的应力，从而降低路基沉降变形;第二，排水固结快。砂石料孔隙大、透水性好，土层间孔隙水压力容易消散，提高其固结速度;第三，消除杂填土湿陷性。素土换填杂填土后，能吸收少量水分，减少土基的浸水湿陷效应。

1.2 注浆法

注浆法就是将能固化浆液通过注浆孔注入杂填土路基中，并通过挤压周围土体来改善杂填土强度指标，提高其承载能力和施工质量。

1.3 石灰或固化剂固化土壤法

杂填土中加入石灰后会和土层中水分发生相关物理化学反应（如离子交换作用、结晶作用、碳化作用、火山灰作用等），生成碳酸钙等胶结物。这些胶结物可把杂填土的颗粒胶结起来，从而提高土体的强度和稳定性[3]。此外，固化剂加入到土体后，其高分子聚合物会在水中溶解，对土颗粒表面自由能起到一定的衰减作用，使土颗粒的凝聚作用加强，故固化剂处理的杂填土水稳定性和強度更好。

1.4 强夯法

强夯法又称动力固结法，是通过起重装置将一定重量的夯锤抬高至设计高度，随后使夯锤脱钩自由降落，利用夯锤的冲击能来夯实杂填土，以提高其强度与承载力，如图1所示。强夯法的加固机理是基于动力固结理论，即夯锤下降冲击杂填土，在土层中产生较强的应力波，使得土体原来的骨架结构破坏，空气和水分被压缩，加速土体的固结。同时，土颗粒间距减小，孔隙体积降低，形成新的土骨架结构。

1.5 水泥搅拌桩加固法

水泥在杂填土中搅拌形成复合地基，将原地基分成加固区和非加固区，其加固机理主要体现在增强体的设置对加固区土体有挤密作用、加筋作用等。水泥搅拌桩在施工过程中会对桩间土体产生一定程度的挤密，并施工结束后在软土中形成加筋体，使软土孔隙体积减小，可压缩性降低，抗剪强度和压缩模量提高。同时，水泥搅拌桩间的粗粒土透水性好，会在地基中形成良好的排水通道，这些排水通道会大幅减少软基中的排水距离，加速软土固结，以提高软土地基承载力。

2 公路杂填土路基加固方案设计

2.1 项目概况

某公路全长22.5 km，路线起讫桩号为K5+450～K27+950，建设标准为一级公路，双向四车道，设计速度80 km/h，沿线存在三处面积较大的垃圾填埋区域。本文是以K15+622处的杂填土区域为研究对象，该处面积约246 m2，主要以建筑垃圾与生活垃圾为主，有机物比较多，同时杂填土区域最高点标高超出拟建道公路0 m～3 m，底部距道路约5 m～7 m。杂填土回填模量小于《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）中的要求，需进行加固处理方能回填路基。

2.2 杂填土加固方案设计

由于杂填土区域最高点标高超出拟建道公路标高，需要先将杂填土初步整平，把颗粒较大的杂物清除到路基范围外。针对于该项目，本文提出两种方案：第一种方案，整平场地后，仅采用强夯法加固杂填土，强夯2遍后再评价处治效果;第二种方案，强夯+固化土综合处治，即先在杂填土中加入固化剂充分拌和，并在固化材料初凝前6 h开展强夯作业。方案1和方案2强夯点位布置如图2所示：

2.2.1 固化土方案设计

固化剂加固土壤的设计方案如下：第一，先将杂填土中的杂物清除，并对其大颗粒进行破碎，同时还应控制土体含水率在最佳含水率±2%;第二，从强度、渗透性、崩解性等方面确定固化剂的最佳配合比;第三，按固化剂的最佳配合比来计算固化剂质量和所需水量;第四，将固化剂、水等充分拌和后均匀地喷洒在杂填土上，喷洒速度应慢一些，中途不得随意停车。

2.2.2 强夯方案设计

施工设备：杂填土的强夯施工需要的机械包括车辆夯锤、起重机具、推土机等，其中夯锤形状采用圆形，起重机具选择履带式起重。

施工参数：首先要确定强夯的有效加固深度，该参数和夯锤重量、落距、路基土性能等因素密切相关，目前还没有准确的计算理论，通常是根据现场强夯试验结果确定。如果没条件开展现场试验，可参考当地经验或《建筑地基处理技术规范》，如表1所示：

其次要确定夯击遍数，该参数与杂填土中的土质类型有关。如果杂填土中碎石、砂质土含量较多，可夯击2～3遍;如果杂填土以性能较差的粘质土为主，可适当提高夯击遍数（3～8遍）。

施工步骤：场地整平→机械进场→调校起重设备→起吊夯锤→按设计夯击能和夯击遍数完成夯击→夯击成果检测。

3 公路杂填土地基加固效果评价

杂填土地基的沉降和承载力为指标来评价其处治效果。

3.1 杂填土地基沉降变化

杂填土地基沉降量通过现场长期监测试验得到，沿着路基纵向布置两组监测点，监测位置分别为路基中心和路肩位置。监测仪器为电感式单点沉降计，采用钻孔式安装。

在监测初期（前40 d），未处治和经过方案一、方案二处治后的地基沉降变形迅速降低。当监测时间超过280 d，路基沉降基本趋于稳定，此时未处治的杂填土地基中心处的沉降量22.8 cm，路肩处沉降量为15.5 cm;方案一處治后的软土路基中心处的沉降量13.6 cm，路肩处沉降量为9.8 cm;方案二处治后的软土路基中心处的沉降量8.8 cm，路肩处沉降量为6.4 cm。方案一和方案二处治杂填土后路基中心沉降分别减少了40.3%、61.4%，路肩沉降分别减少了36.8%、57.3%。

3.2 杂填土地基承载力变化

杂填土地基承载力可利用浅层平板荷载试验确定，加载方式是快速堆载，每级荷载加载后，间隔15 min要记录地基顶沉降变形值，沉降突变处即为杂填土地基的承载力。此外为了节约试验周期和工程造价，不再进行地基土的卸载回弹试验。试验结果表明：相对于原地基承载力80 kPa而言，经过方案一、方案二处治后的地基承载力明显提高，分别达到了150 kPa，180 kPa，地基承载力增长率为87.5%，125%。

综上，固化土法+强夯对公路杂填土地基的处治效果更佳。

4 结语

在分析公路杂填土常见加固方法及原理的基础上，结合某公路项目对杂填土路基的处治方案和处治效果进行了评价，主要得到以下几个方面的结论：（1）杂填土性能较差，需采用技术处理后方能用于路基施工中;（2）杂填土处理方法主要有换填法、注浆法、石灰或固化剂固化土壤法、强夯法、水泥搅拌桩加固法等;（3）加固土+强夯综合处治杂填土效果较好，使得杂填土地基沉降大幅降低，地基承载力明显提高，建议在杂填土路基建设项目中推广应用该方法。

参考文献：

[1]韦升维.公路杂填土处理及其材料加固特性试验研究[J].西部交通科技，2020（12）：74-76.

[2]王福生.杂填土场地公路路基处理措施研究[J].路基工程，2009（4）：110-111.

[3]刘守明.强夯法在加固杂填土地基中的应用[J].公路与汽运，2006（3）：84-86.