蘭州地區(qū)特殊性地層路基處理方法探討

王勤軍

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計院，甘肅蘭州 730030）

0 前言

近年來，隨著蘭州市經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷擴大，新建、擴建道路規(guī)模越來越大。本文針對在幾種特殊性地層上進行路基處理方面存在的一些問題，作以探討。

1 大厚度高濕陷黃土層

蘭州市高階地（伏龍坪、范家坪、彭家坪等）黃土層厚度達30～40 m，具Ⅲ～Ⅳ級自重濕陷性，濕陷厚度可達20 m以上。近年來，蘭州市新建的市政道路，大多集中在這些區(qū)域。通過對高階地上采用探井采取的九百多件土樣的室內(nèi)試驗，對場地濕陷性進行評價統(tǒng)計結(jié)果見表1。

如何采取合理的路基處理方法呢？對該黃土路基的處理，應(yīng)考慮道路等級、路堤填高、浸水可能性、濕陷后的危害程度以及經(jīng)濟技術(shù)等多方面的因素，其目的在于消除黃土層的部分或全部濕陷性，進而改善黃土層的工程性質(zhì)，減輕路基的變形，確保道路安全使用。目前，對濕陷性黃土路基的處理深度見表2。

由于蘭州地區(qū)年降水量僅311.7 mm，且集中在7、8、9三個月，而年蒸發(fā)量達1 446.4 mm，降水量少，蒸發(fā)量大，所以在自然條件下，濕陷性黃土受水浸濕的程度及浸濕的厚度遠(yuǎn)小于室內(nèi)試驗條件，發(fā)生濕陷的可能性比理論計算的要小。工程實踐證明，理論計算值同實際存在著一定的差距。

根據(jù)蘭州地區(qū)的實際情況，針對這些高階地上大厚度高濕陷性黃土場地，在道路建設(shè)過程中，路基的處理方法多采用整片換土墊層法，墊層材料采用3：7灰土，換土墊層厚度一般為1.0～1.5 m，通過已建成道路近十年來的運行表明，路基安全穩(wěn)定，道路運行正常。

表1 黃土濕陷量計算結(jié)果統(tǒng)計表

表2 濕陷性黃土地基處理深度

考慮到整片換土墊層法造價較高的特點，近幾年，蘭州地區(qū)在處理大厚度高濕陷性黃土場地時，沖擊壓實法得到了廣泛的應(yīng)用，實踐表明，經(jīng)25 kJ羊角碾沖擊壓實機沖壓40～50遍后，其下1～2m深度內(nèi)已形成連續(xù)、均勻、密實的堅固硬殼層，壓實度0～30 cm達95%以上，30～90 cm達93%以上，90～150 cm達90%以上，完全符合濕陷性黃土地基淺部處理加固的目的。

當(dāng)然，強夯法、擠密樁法等，都是處理大厚度高濕陷性黃土路基有效的方法，在不同范圍內(nèi)也得到了一定的應(yīng)用。

總之，對于大厚度高濕陷性黃土場地，進行路基處理時，應(yīng)充分考慮路基的浸水可能性及修復(fù)的難易程度，制定經(jīng)濟合理的處理方案，達到既安全可靠，又節(jié)約投資的目的。

2 地下水位埋藏較淺的軟土層

軟土層具有含水量高、壓縮性高、強度低、靈敏度高、滲透性差等特點。蘭州市區(qū)的軟土地層，大多數(shù)分布在黃河河漫灘以及兩岸的Ⅰ～Ⅱ級階地，主要為淤泥質(zhì)土、飽和的粉土層等。如蘭州市黃河兩岸的南、北濱河路，雁灘的部分路段，在修建過程中，均有大量軟土的存在。尤其是近年來，西固地區(qū)地下水位快速上升，使上部的道路和淺基礎(chǔ)建筑均受到不同程度的損壞。如西固14#路(西固東、西路)、11#路等，地處黃河南岸II級階地上，上部地層主要為黃土狀粉土，厚度達15 m以上，由于水位上升，目前地下水埋深僅1～2 m，局部地段小于1 m。由于地下水位的上升，造成道路翻漿、擁包、龜裂等現(xiàn)象十分嚴(yán)重，直接影響到道路正常通行能力。

自2002年以來，蘭州市政府對東西向城市主要道路進行了整治。如在西固14#路道路整治中，通過對上部軟土層進行取樣試驗，含水量W%為22%～25%，孔隙比e為1.02～1.62，飽和度Sr%為92%～97%，液限WL%為24%～26%，塑限WP%為17%～20%。同時，對該地層進行了原位測試，其主要指標(biāo)統(tǒng)計見表3。

目前，軟土路基處理的方法有很多種，如動力擠密法（強夯、機械碾壓等）、應(yīng)力條分法（反壓護道法、土工材料加固法等）、復(fù)合地基法（CFG樁、碎石樁、砂樁等）、排水固結(jié)法等，任何一種加固方法都不可能是萬能的，各種加固方法都有其適用條件和范圍，所以在具體確定軟基處理方法時，必須充分考慮施工條件、軟土的性狀、道路等級、經(jīng)濟條件等多方面的因素，進行綜合確定。

針對蘭州西固14#路、11#路軟弱土層較厚的特點，考慮到多方面的因素，在路基處理時，下部采用了拋石擠淤，上部1 m進行礫石換填，經(jīng)整治處理的道路經(jīng)過近七、八年的運行，效果較好。近年來，蘭州在軟土上修建道路的一般做法是，軟土厚度小于2 m時，換填礫類土墊層，分層回填碾壓加固。當(dāng)水位較高，軟土厚度大于3 m時，一般下部采用拋石處理，上部換填1 m左右，處理效果比較理想。當(dāng)然，為了加大軟土層的處理深度，CFG樁、砂樁、碎石樁、加固土樁等方法，也逐漸得到了研究和應(yīng)用。

表3 原位測試主要指標(biāo)統(tǒng)計表

3 垃圾土

垃圾土是城市地表覆蓋的、由人類活動堆填的建筑垃圾、生活垃圾和工業(yè)廢料，結(jié)構(gòu)松散，分布無規(guī)律，極不均勻。建筑垃圾的主要組成物質(zhì)中有磚塊、瓦片、混凝土塊和灰渣等。生活垃圾的組成物質(zhì)十分復(fù)雜，包括人類生活的各種廢棄物，如煤碴、塑料包裝材料、廢棄電池、電線電纜等。垃圾土由于其成分復(fù)雜，回填的厚度、時間、方法的隨意性，所以不均勻性是其突出的特點。垃圾土由于堆填時未經(jīng)壓實，所以土質(zhì)疏松，浸水后會產(chǎn)生較強的濕陷。垃圾土的密度差，結(jié)構(gòu)性差，孔隙率高，強度低，壓縮性高。

蘭州市厚度較大的垃圾土，主要分布有以下幾個區(qū)域：（1）雁灘地區(qū)，該區(qū)域原為黃河河漫灘地，后來由于填河造地，形成目前II級階地地貌，填筑物多為建筑垃圾的生活垃圾，厚度達5～10 m；（2）南、北兩山的沖溝地帶，如在彭家坪、范家坪、龔家坪，部分溝道經(jīng)傾倒垃圾填溝造地，垃圾厚度可達10～30 m；（3）黃河兩岸岸坡地帶，原來由于人們的環(huán)境保護意識差，加上管理不到位，大量的垃圾土被傾倒在黃河兩岸岸邊，厚度達5 m左右。這些垃圾土多形成近10～20 a，其成份、含水量、密實度等變化較大，其自重固結(jié)一般認(rèn)為均未完成，處于欠固結(jié)狀態(tài)。部分地段，垃圾土也是潛水含水層。

目前，垃圾土的勘探方法多采用鉆探，并視情況布置一定數(shù)量的探井?？碧近c的間距20～40 m，勘探深度穿透垃圾土，對垃圾土的成分判定是非常重要的，同時采用動力觸探測試，以探查垃圾土的密實度和均勻性。在蘭州市政道路建設(shè)過程中，不同程度的存在垃圾土，給道路建設(shè)也造成了很大的影響，對部分道路的垃圾土情況統(tǒng)計見表4。

表4 部分道路垃圾分布統(tǒng)計表

針對垃圾土的具體分布情況，在道路穿越垃圾土路段進行路基處理時，一般將垃圾挖除2～3 m，對底部進行碾壓夯實，其上換填2～3 m的砂礫土、素土等。道路建成通車后，經(jīng)觀察，夯實處理對建筑垃圾區(qū)域效果較好，而對生活垃圾居多的區(qū)域效果一般。對于高等級道路，若在大厚度垃圾土地段僅進行碾壓后換填2～3 m，在公路使用壽命期內(nèi)，地基的穩(wěn)定性是否發(fā)生變化，還需進一步監(jiān)測。蘭州市部分道路穿越垃圾土地段，道路建成運行幾年后，局部路段已不同程度的出現(xiàn)路面開裂及不均勻沉陷，沉陷地段多為生活垃圾區(qū)域。故建議對高等級道路下的生活垃圾土應(yīng)進行深部處理，如選用強夯置換法、柱錘沖擴樁等方法。

強夯置換法是采用夯坑內(nèi)回填塊石、碎石等粗顆粒材料，用夯錘夯擊形成連續(xù)的強夯置換墩，來加固大厚度的垃圾土路段。強夯置換法具有加固效果顯著、施工期短、費用低等優(yōu)點，強夯置換深度不超過7 m。在強夯置換法處理地基的上部，再換填適當(dāng)厚度的素土、灰土、砂礫石等。

柱錘沖擴樁是成孔及成孔過程中對原土進行動力擠密、動力固結(jié)、充填置換作用，及生石灰的水化和膠凝作用。地基處理深度不超過6 m。柱錘沖擴樁處理垃圾土已取得較好的效果。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對新型材料的研究使用，對道路路基的處理方法越來越多，也積累了一定的經(jīng)驗。綜觀國內(nèi)道路建設(shè)，在近十幾年來，采用的孔內(nèi)深層強夯法、水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）法、夯坑置換法、壓力灌漿法等等，都不失為好的方法，這就要求在道路勘察時要準(zhǔn)確查明地質(zhì)條件，設(shè)計時應(yīng)優(yōu)化設(shè)計方案，施工時應(yīng)加強質(zhì)量控制監(jiān)測，以保證道路建設(shè)達到既安全實用又節(jié)約造價的目的。

本文中的一些看法基于近年來道路建設(shè)中的體會，文中有不妥之處，望同行批評指正。