城市道路路基設(shè)計(jì)中對(duì)于雜填土處理方案的探究

施常青 杭州高新開發(fā)建設(shè)管理運(yùn)營有限公司

1 前言

伴隨著我國整體國力的不斷提升，城市化進(jìn)程不斷加快，在城市建設(shè)過程中，產(chǎn)生了大量的建筑垃圾和棄方土體，部分棄方伴隨生活垃圾等形成了雜填土分布于局部地段的表層，對(duì)于城市道路建設(shè)產(chǎn)生了不利的影響。城市道路路基設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于該部分雜填土的處理一直以來均作為一個(gè)難點(diǎn)問題受到較大關(guān)注。

2 城市道路中雜填土地質(zhì)的特性以及危害分析

雜填土為含有大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物的人工填土，雜填土具備均勻性差、地基承載力低、壓縮性高等特點(diǎn)。對(duì)于道路工程而言，往往需要將地基表層土作為道路持力層，雜填土土基對(duì)于道路施工質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，易造成道路不均勻沉降、開裂等病害，同時(shí)，雜填土由于其不均勻特性，在地質(zhì)勘察時(shí)也很難將雜填土的物理工程特性參數(shù)進(jìn)行明確，這也給雜填土路基處理設(shè)計(jì)造成了一定的困難。在實(shí)際工程中，遇見雜填土地質(zhì)時(shí)，通常需要先對(duì)雜填土的成分、密實(shí)度等進(jìn)行分析，初步判斷雜填土的物理工程特性，以便為方案設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

2.1 城市道路工程中雜填土的成分分析

城市道路工程中雜填土主要由各種建筑垃圾、生活垃圾、工業(yè)廢料土組成。其中，建筑垃圾主要是由碎磚、碎瓦片、朽木等各種有機(jī)物較少的垃圾組成。生活垃圾的類型較多，由廢紙、廚房垃圾、玻璃、爐灰、陶瓷片等組成，這種垃圾一般有機(jī)質(zhì)和未分解的腐殖質(zhì)較多。工業(yè)廢料土則是由工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢料堆積而成，比如礦渣、煤渣。由此可見，雜填土成分復(fù)雜、顆粒尺寸懸殊、性質(zhì)各異、厚薄不均、規(guī)律性差，因而同一場地表現(xiàn)為壓縮性和強(qiáng)度的明顯差異，極易造成不均勻沉降，需要進(jìn)行特殊地基處理。

2.2 雜填土的危害分析

由于雜填土不均勻、高壓縮、強(qiáng)度低等特性，導(dǎo)致道路建成后短時(shí)間內(nèi)容易出現(xiàn)較大的沉降、道路開裂等相關(guān)病害。特別是雜填土中存在大量生活垃圾時(shí)，如雜草、樹葉、塑料袋、廢紙、果皮、菜根等，其有機(jī)質(zhì)含量較高，有機(jī)質(zhì)在進(jìn)行分解時(shí)，長期處于潮濕和松散狀態(tài)，密實(shí)度低，均勻性差，隨著時(shí)間的推移，雜填土中的有機(jī)質(zhì)不斷分解，固體物質(zhì)間空隙變大，造成道路建設(shè)質(zhì)量問題。因此在進(jìn)行城市道路路基建設(shè)時(shí)必須要認(rèn)真分析雜填土的危害并采用科學(xué)方法進(jìn)行防治才能避免雜填土帶來的建設(shè)質(zhì)量問題。

3 道路路基設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)雜填土的幾種常見處理方法簡析

雜填土之間由于成分、堆積年限、密實(shí)度等方面差異較大，在道路路基設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)雜填土路基的處理方案，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，常見的處理方法有以下幾種。

3.1 換填法

換填法是道路路基設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)雜填土的一種常用方法，又稱作換土法。這種方法是用質(zhì)地較為堅(jiān)硬且性能穩(wěn)定、抗侵蝕性強(qiáng)的材料替換路基范圍內(nèi)穩(wěn)定性較差的軟土。這種方法比較適合淺層地基的處理，除了雜填土之外，淤泥、松散素填土等類型的軟土也適合用此方法。砂子、碎石、卵石等質(zhì)地較為堅(jiān)硬且強(qiáng)度較高、性能穩(wěn)定的材料往往是換填法中最常用到的材料，換填法的運(yùn)用可以提高路基抗變形和保持穩(wěn)定的能力。在換填過程中要具體問題具體分析，充分考慮不同材料的粒徑、含量等因素，采用分層填筑、壓實(shí)和檢測的方法，避免因?yàn)閴簩?shí)不理想而造成地基沉降。該方案的優(yōu)勢較為明顯，處理效果較好，可適用于置換各種類型的雜填土，但換填深度超過一定深度時(shí)，該方案的經(jīng)濟(jì)型較差。根據(jù)實(shí)際工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，深度超過3m時(shí)，換填法經(jīng)濟(jì)性較差，應(yīng)考慮采用其他處理方案。

3.2 深層攪拌加固法

深層攪拌加固法是利用深層攪拌機(jī)械將水泥、石灰等材料與雜填土強(qiáng)制拌合的一種方法，采用深層攪拌加固法可以大大提高路基強(qiáng)度，加固效果顯著且能在最短時(shí)間內(nèi)投入使用，對(duì)于軟黏土、粉土、砂土等地質(zhì)均具有較為良好的效果。深層攪拌加固法在施工過程中噪聲小，污染小，且不會(huì)對(duì)鄰近建筑物產(chǎn)生不良影響，是路基施工中較為常用的施工方法。但由于雜填土的成分較為復(fù)雜，不均勻性差，采用該方法時(shí)，往往不易達(dá)到較好的成樁質(zhì)量，因此雜填土路基處理時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎選擇深層攪拌加固法。

3.3 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法又被稱為動(dòng)力固結(jié)法，需要使用強(qiáng)夯機(jī)對(duì)雜填土進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，這種方法的運(yùn)用不但能夠提高雜填土地基的承載能力和壓縮模量，還能確保地基的均勻和密實(shí)，通過強(qiáng)夯法可以改變地基土的空隙分布，使地基更加穩(wěn)固，不易發(fā)生變形。強(qiáng)夯法并不適用于所有類型的雜填土，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，由生活垃圾組成的雜填土強(qiáng)夯的效果并不理想，而建筑類型的雜填土采用強(qiáng)夯法則效果顯著。同時(shí)，強(qiáng)夯法的施工條件要求較為嚴(yán)苛，市政道路工程往往位于城區(qū)內(nèi)部，當(dāng)周邊存在建筑物需要進(jìn)行保護(hù)時(shí)，該方法并不適用。

3.4 沖擊壓實(shí)法

沖擊壓實(shí)法是路基建設(shè)中常見的方法之一，是利用沖擊壓實(shí)機(jī)周期性、大振幅、低頻率地對(duì)路基填料進(jìn)行沖擊，壓密填方，該方法運(yùn)行速度快、施工工序少、工期短，對(duì)路基進(jìn)行沖擊壓實(shí)可以將松散的土層均勻的壓實(shí)，從而有效提高路基整體強(qiáng)度和質(zhì)量，減少路基的沉降。該方法對(duì)于雜填土的適用性以及相關(guān)優(yōu)缺點(diǎn)與強(qiáng)夯法較為類似。

3.5 剛性樁復(fù)合地基法

剛性樁復(fù)合地基法是將預(yù)制樁壓到地基土中，常見的有預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等。使用剛性樁復(fù)合地基法可以對(duì)承載力較弱的地基進(jìn)行加固而形成人工地基，減少變形和沉降的發(fā)生。剛性樁是一種高粘結(jié)強(qiáng)度樁，與散體樁復(fù)合地基和柔性樁復(fù)合地基相比，具有承載力強(qiáng)、有效控制地基變形的特點(diǎn)，可以有效提高施工質(zhì)量，特別是近年來隨著施工工藝的不斷發(fā)展，剛性樁在道路地基施工中的使用越來越廣泛。當(dāng)雜填土以建筑垃圾成分為主，且狀態(tài)較為松散時(shí)，采用剛性樁處理效果較好，由于剛性樁施工時(shí)的擠土效應(yīng)，對(duì)于松散的雜填土有“擠密”作用，可一定程度上提高原土體天然地基承載力，提升道路地基的質(zhì)量。但剛性樁施工時(shí)擠土效應(yīng)較強(qiáng)，周邊存在需要保護(hù)的構(gòu)筑物時(shí)，該方案需充分論證后方可適用。

城市道路路基建設(shè)中針對(duì)雜填土的處理方法較多，具體選取何種方法需根據(jù)具體施工情況決定，在保證施工質(zhì)量的情況下，充分考慮到施工成本、施工工期、環(huán)境維護(hù)等因素，綜合判斷后選擇最佳的施工方案。

4 采用預(yù)應(yīng)力管樁處理的專題剖析

4.1 適用性分析

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁屬于剛性樁復(fù)合地基一種，近年來被廣泛應(yīng)用于房屋建筑工程中，但在市政道路工程里面應(yīng)用較少。當(dāng)?shù)缆仿坊麓嬖谳^厚的松散雜填土層，且雜填土成分主要以建筑垃圾、工業(yè)廢渣為主時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力管樁可達(dá)到一個(gè)較為理想的處理效果，但需要注意的是管樁施工時(shí)應(yīng)充分考慮擠土效應(yīng)對(duì)于周邊構(gòu)筑物的影響，并做好相關(guān)防護(hù)措施。管樁處理時(shí)，應(yīng)協(xié)調(diào)好管樁與地下管線之間的相互關(guān)系，并充分考慮道路下地下空間利用的規(guī)劃情況，比如遠(yuǎn)期道路下是否有地鐵的建設(shè)規(guī)劃等，當(dāng)存在與地下構(gòu)筑物沖突情況時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

4.2 優(yōu)缺點(diǎn)分析

預(yù)應(yīng)力管樁作為雜填土路基處理方案時(shí)，具有處理效果好、施工質(zhì)量容易控制、施工速度快，經(jīng)濟(jì)性較好等特點(diǎn)，其擠密的作用機(jī)理與雜填土松散特性相匹配，相輔相成。適用于厚度較大的雜填土處理。但預(yù)應(yīng)力管樁在設(shè)計(jì)與施工過程中需要協(xié)調(diào)其與地下管線以及地下構(gòu)筑物之間的相互關(guān)系，實(shí)施相對(duì)較為復(fù)雜，需要提前做好現(xiàn)場勘測工作。

4.3 常見問題

4.3.1 樁型的選擇及布置

預(yù)應(yīng)力管樁根據(jù)混凝土強(qiáng)度以及壁厚的不同，一般可分為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（代號(hào)PHC），預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（代號(hào)PC），預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁（代號(hào)PTC），按配筋的差異又可分為A樁、B樁、AB樁等。通常雜填土厚度約為1m~10m左右較為常見，當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力管樁處理雜填土?xí)r，各種類型的預(yù)應(yīng)力管樁一般均可適用，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)狀況選取較為經(jīng)濟(jì)適用的預(yù)應(yīng)力管樁樁型。

管樁布置宜采用正方形布置形式，樁徑取常用的450mm，樁間距可取2.2m~2.6m，同時(shí)在樁端頂部設(shè)置相應(yīng)尺寸的樁帽。為防止出現(xiàn)不均勻沉降，樁帽上方設(shè)置不少于40cm的級(jí)配碎石墊層，設(shè)置兩道土工格柵，使樁和樁間土共同受力。

4.3.2 預(yù)應(yīng)力管樁沉樁施工工藝的選擇

管樁沉樁方法有多種，在我國國內(nèi)施工過的方法有：錘擊法、靜壓法、震動(dòng)法、射水法、預(yù)鉆孔法及中掘法等，而以靜壓法、錘擊法用得最多。錘擊法因其噪聲較大，市政道路工程中往往不適用，但局部路段位于郊區(qū)時(shí)可采用該方法；靜壓法機(jī)械較大，當(dāng)現(xiàn)狀路基承載力較差時(shí)需采取一定措施臨時(shí)處理后方可實(shí)施，一般在城區(qū)道路中均以靜壓的方法居多。局部路段如遇高壓架空線纜等特殊情況，可根據(jù)實(shí)際情況更換沉樁方法，或采用局部路段換填等方式進(jìn)行處理。

管樁施工時(shí)，應(yīng)采取措施盡可能降低擠土效應(yīng)，打樁推進(jìn)方向宜逐排改變，以免土壤朝一個(gè)方向擠壓，而導(dǎo)致土壤擠壓不均勻，對(duì)于同一排樁，必要時(shí)采用間隔跳打的方式。作為雜填土處理時(shí)，為大面積樁群，宜采用后兩種打樁順序，以免土壤受到嚴(yán)重?cái)D壓，使樁難以打入，或使先打入的樁受擠壓而傾斜。宜分成幾個(gè)區(qū)域，由多臺(tái)打樁機(jī)采用合理的順序進(jìn)行打設(shè)。打樁時(shí)對(duì)不同基礎(chǔ)標(biāo)高的樁，宜先深后淺，對(duì)不同規(guī)格的樁，宜先大后小，先長后短，宜防止樁的位移或偏斜。

4.3.3 其他常見問題

預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計(jì)與施工時(shí)，應(yīng)特別注意與地下管線之間的關(guān)系。管樁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分調(diào)查地下管線的現(xiàn)狀分布情況，確保管樁施工對(duì)現(xiàn)有的地下管線不造成影響。對(duì)于新建管線，應(yīng)充分利用管樁作為管線基礎(chǔ)，并仔細(xì)核對(duì)管樁與管線位置的相互關(guān)系，盡可能采取豎向避讓方式進(jìn)行避讓。施工階段應(yīng)對(duì)管樁與管線的位置進(jìn)行復(fù)核，確保樁位對(duì)管線施工不構(gòu)成阻礙。

5 結(jié)束語

城市道路路基設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)施工具體情況選擇最科學(xué)的方法來防范雜填土的危害，從而有效提升施工質(zhì)量，確保城市道路建設(shè)的有序進(jìn)行。對(duì)于幾種常見的處理方案中，需要根據(jù)具體情況選擇最合適的處理方案，當(dāng)雜填土厚度較厚、性狀較為松散且以建筑垃圾成分為主時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力管樁的方式處理是一種較為合適的方法，當(dāng)適用條件具備時(shí)，市政道路工程設(shè)計(jì)與施工時(shí)可考慮采用該種方法。