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摘要：本文作者通过多年道路工程建设的摸索，认为连云港市采用山场碎石土换填法处理软土地基比较合适在具体设计施工中，对山场碎石土换填厚度及其顶层竣工验收弯沉值计算方法等问题分歧较大，这直接影响工程的投资与质量，故结合近期实施的工程给予研究。
关键词：连云港市;道路工程;软土地基;地基处理
Abstract: The author through the exploration of the multi-year road construction, Lianyungang City, Hill Field gravelly soil replacement method which used to deal with soft soil replacement thickness of the gravelly soil is more appropriate in the specific design and construction, and its top-level completion acceptance deflection calculation methods divergence, which directly affects the investment and quality of the project, and therefore combined with the recent implementation of the project to give the study.
Key words: Lianyungang; road works; soft ground; foundation treatment
中图分类号；U416.1 文献标识码： A 文章编号：
0前言
随着社会经济的不断发展与进步,人类在软土地基上进行的工程建设越来越多,其地基处理技术也日益多样化,许多新型实用的技术被越来越多地应用到工程实践中。就市政工程而言,由于工期紧、施工场地狭窄,同时还要维持既有道路交通正常运营等原因,软基处理较市政公路具有更高的要求。
连云港市地处黄海之滨，是一座新兴的海滨城市，市区内地质多为第4纪海相软土沉积，在对其处理方面，过于保守会造成投资浪费，过于冒险又会产生严重的质量隐患。所以软土地基处理方法的选，是城市道路建设的关键点之一,下面就连云港市新浦区的道路为例，浅谈连云港市软土地基的处理。
1概述
1.1工程地质
连云港新浦区的浅层土主要有4个土层,勘察资料表明从上至下依次是,1）杂填土,厚0~1.2m呈不连续分布,主要由粘土、少量碎石及生活垃圾组成。2）粘土层,黄灰色,土质均匀,饱和,软~硬塑,该层即为俗称的“硬壳层”,厚1.5~2.0m,天然含水量40%~50%,孔隙比为1.16,左右,承载力标准值约75kPa,高压缩性土。3)淤泥层,灰青色,流塑,厚6~9m,天然含水量55%~74%,孔隙比约1.5~2.1,承载力标准值约40kPa,属于典型的软土层。4）粘土层,灰绿色,饱和硬塑,厚4.8~5.2,承载力标准值约180kPa。
1.2适合连云港市的软土处理方法:换土法
软土处理通常有搅拌桩、排水固结、挤密和换土等4类方法。搅拌桩法主要包括粉喷桩、水泥浆搅拌桩等。就连云港市来说,在道桥等市政工程中多用粉喷桩,如桥头路堤为控制沉降采用粉喷桩,并且是在路堤高度为2.5~5m条件下采用。在城市道路中处理软土很少采用搅拌桩法,这主要是因为该法工程费用较高。排水固结法主要为塑料排水板结合堆载预压,以排除地下水位加速地基土固结。排水固结法主要解决路基沉降，同时可以提高地基强度，对软粘土地基，排水固结法是最经济合理的，但由于城市道路工程多有工期紧的特点，同时施工空间有限，缺乏堆载的条件,所以城市道路软土的处理很少采用排水固结法。连云港市新浦区的地质多为饱和软粘土地质，土的渗透性小，挤密法加固不易将土挤密实，还会破坏土的结构性强度，所以连云港市在城市道路建设中一直未采用挤密法加固软土地基自20世纪80年代末开始,一直到现在,连云港市在城市道路建设中基本上是采用换土法处理软土地基,即采用山场碎石土进行浅层换填,事实证明这种处理办法是成功的。
1.3山场碎石土换填法成功的因素
首先较好地利用了就地取材原则,连云港山土资源丰富,开采山场碎石中产生的碎石土本是废物,现在用于换填软土是废物利用,并且促进了当地的经济发展。其次是换填费用较低,尽管山场碎石土已由原来的10元/m2上涨到约30元/m2,但和其它软土处理方法相比,价格仍是较低。第三城市道路的功能及特点决定了其路基形式为路堑式,该型式路面结构传给土基的荷载一般较小,换土法能满足土基强度要求,路面工后沉降一般在5~20cm范围内,小于国家规定的不大于30cm的要求。另外,山场碎石土换填法施工方便,施工中技术含量不高,对施工环境也没有较高要求。
2确定山场碎石土换填厚度的依据
2.1理论依据
连云港市地下水位较高, 一般在黄海-85高程2.7左右,基含水量高, 一般在40%以上。根据《城市道路设计规范》（CJJ37-1990）第8.8.3条款,“路基土质不良或含水量过高时,部分或全部换填符合路基填土要求且含水量适当的土。换土厚度不宜小于80cm” 。另外在邓学钧主编的《路基路面工程》第5.4节中也提到换填厚度一般在60~100cm之間,厚施工难，太薄效果差，结合连云港市的地质及换填材料情况，目前山场碎石土的换填厚度一般在80~110cm。最小不宜低于60cm,否则,不但效果很差,而且很难施工,稍不注意就出现“弹簧”现象，大不宜超过120cm,否则,土基中的“硬壳层”全部被破坏,这不仅会极大地增加施工难度,而且增加的效果不明显,自然也就不经济了。
2.2实践依据
连云港市的工程建设实践告诉我们,山场碎石土换填厚度宜为80~110cm。连云港市自20世纪80年代中期开始在城市道路中采用山场碎石土垫层起初换填厚度一般为40~60cm,当时国家验收标准仅有感观要求,没有实测弯沉值等硬指标要求,此条件下建成的城市道路,经过几年的使用我们发现不少道路破损严重,分析后认为山场碎石土换填厚度较小是主要原因之一。20世纪90年代中后期修建的城市道路,山场碎石土换填厚度多在80cm以上,目前使用情况相当好,基本没发现明显破损情况。
2.3路基的受力状态影响着山场碎石土的换填厚度
连云港市的路面一般有3层,即沥青或水泥混凝土面层、二灰碎石基层、山场碎石土垫层、路面结构总厚度在1.2~1.5m左右,此厚度比较适合路基的受力状态。科学及实践证明,从路基的实际状态分析,路基顶面约1.5m范围内的土层,路基工作区深度范围内较强烈地感受到行车荷载的反复作用,在工作区范围内的路基!对于支承路面结构和行车荷载影响较大,在工作区范围以外的路基,影响逐渐减少。
3软土地基采用山场碎石土换填法处理后,其路面结构理论计算探讨
3.1土基回弹模量En值的确定
不论是沥青路面还是水泥混凝土路面, 其计算理论都是建立在弹性力学理论体系基础上,这就要求土基回弹模量必须达到某一最小值后,才可以采用弹性理论进行路面结构设计。《城市道路设计规范》（CJJ37-1990）第8.1.2条指出,“路槽底面土基回弹模量值宜大于或等于20MPa,特殊情况下不得小于15MPa,不能满足此要求时应采取措施提高土基强度”。而连云港市的土基属于典型的软土,土基回弹模量仅为5MPa左右,明显满足不了弹性理论计算条件。对此经过多次研究及反复实践验证,并参照《城市道路设计规范》（CJJ37-1990）第8.8.3条“不能进行碾压的湿软土基,又无晾晒、换土或其他加固与稳定处理条件时可用砂、砂砾、碎石、矿渣等材料设置承托层,作为上层的施工依托。其厚度宜采用15~30cm”。我们做了多次实验段：路槽开挖后,铺筑30cm山场碎石土,挖掘机碾压3遍)起初采用8t压路机碾压均出现了“弹簧”现象),然后采用标准承载板测定方法测算出土基回弹模量值在15~20MPa范围内,平均值为18MPa,又参照《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-1997）p.78表E2,我院设计时统一取土基回弹模量En等于18.5MPa。这样就满足了弹性理论计算条件,可以用相应的公式进行路面结构计算了。例如100cm厚山场碎石土垫层，路面结构计算时将其分解成两部,30cm山场碎石土用于改善土基,土基回弹模量值提高到18.5MPa,其余70cm山场碎石土为垫层材料的有效计算厚度。
3.2山场碎石土等结构层材料设计参数的确定
设计要求所用山场碎石土中碎石含量>70%,碎石最大粒径≯20cm。我们参照《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-1997）附录D表D3,同时考虑到连云港市的山场碎石土材质情况及路基干湿状况,结合我市的实践经验,山场碎石土抗压回弹模量取55MPa。
4山场碎石土垫层施工工艺及验收标准
4.1山场碎石土施工
根据连云港市地质情况及已施工的道路情况,山场碎石土垫层一般置于粘土“硬壳土”之上,换填之后土基中的“硬壳层”厚度约为40~80cm,在基槽开挖中需尽可能减少对土基的扰动同时做好路槽内的排水工作,它不仅有利于保持土基的强度,而且对施工中防止出现“弹簧”现象也很有作用。换填之后地基中“硬壳层”厚度小于40cm时,宜先铺设一层竹篱笆,再施工山场碎石土,这样更便于施工。山场碎石土需要分层回填,目前连云港分层施工情况:第1层60cm左右,然后为15~30cm一层。第1层施工厚度是施工规范规定的2倍,明显太厚,不少专家提出过异议,后来做了一些试验,在同一条道路中,第1个200m试验段为先铺筑30cm山场碎石土,挖掘机碾压3遍,然后按要求施工其余山场碎石土。第2个200m试验段为先铺筑60cm山场碎石土,12t压路机輾压2遍,再用18t压路机辗压3遍,然后按要求施工其余山场碎石土。这两试验段山场碎石土顶层现场实测弯沉值仅相差2%。后来又做了一些对比试验,试验测试结果均同上。分析认为这可能是因为连云港市的软土层较厚、含水量大且地下水位较高等原因。所以从施工方便考虑，目前仍维持这种分层施工情况。目前连云港市在山场碎石土施工阶段,辗压机械通常采用12t、18t2个类型。
4.2山场碎石土垫层验收
根据山场碎石土本身的特点，我们分两步对其成品验收，一是感观,18t压路机辗压过后,无松劲、无波浪、无弹簧,无明显轮迹,二是测其顶弯沉值,现场实测弯沉代表值小于或等于理论实测弯沉值。由于山场碎石土粒径较大,不便现场取样等,所以验收山场碎石土垫层时,不测其压实度指标。
5山场碎石土的替换问题思考
山场碎石土属于不可再生的一次性资源。由于保护环境的需要，连云港市已加大山体及其植被保护的力度,到处在实施封山育林,据统计全市范围内78家山场已关停67家,造成山场碎石土供给量剧减,价格自然逐渐上涨,尽管政府部门采取了合理开发利用山体的措施,但这种供需矛盾仍然越来越突出,为了缓和这种供需矛盾,急待我们进行广泛的研究,寻求山场碎石土的替换品。连云港市锦屏磷矿堆积有约2000万t的尾矿砂。目前“尾矿砂在道路基(垫)层中的应用研究”课题已进入立项阶段。
关键词：连云港市;道路工程;软土地基;地基处理
Abstract: The author through the exploration of the multi-year road construction, Lianyungang City, Hill Field gravelly soil replacement method which used to deal with soft soil replacement thickness of the gravelly soil is more appropriate in the specific design and construction, and its top-level completion acceptance deflection calculation methods divergence, which directly affects the investment and quality of the project, and therefore combined with the recent implementation of the project to give the study.
Key words: Lianyungang; road works; soft ground; foundation treatment
中图分类号；U416.1 文献标识码： A 文章编号：
0前言
随着社会经济的不断发展与进步,人类在软土地基上进行的工程建设越来越多,其地基处理技术也日益多样化,许多新型实用的技术被越来越多地应用到工程实践中。就市政工程而言,由于工期紧、施工场地狭窄,同时还要维持既有道路交通正常运营等原因,软基处理较市政公路具有更高的要求。
连云港市地处黄海之滨，是一座新兴的海滨城市，市区内地质多为第4纪海相软土沉积，在对其处理方面，过于保守会造成投资浪费，过于冒险又会产生严重的质量隐患。所以软土地基处理方法的选，是城市道路建设的关键点之一,下面就连云港市新浦区的道路为例，浅谈连云港市软土地基的处理。
1概述
1.1工程地质
连云港新浦区的浅层土主要有4个土层,勘察资料表明从上至下依次是,1）杂填土,厚0~1.2m呈不连续分布,主要由粘土、少量碎石及生活垃圾组成。2）粘土层,黄灰色,土质均匀,饱和,软~硬塑,该层即为俗称的“硬壳层”,厚1.5~2.0m,天然含水量40%~50%,孔隙比为1.16,左右,承载力标准值约75kPa,高压缩性土。3)淤泥层,灰青色,流塑,厚6~9m,天然含水量55%~74%,孔隙比约1.5~2.1,承载力标准值约40kPa,属于典型的软土层。4）粘土层,灰绿色,饱和硬塑,厚4.8~5.2,承载力标准值约180kPa。
1.2适合连云港市的软土处理方法:换土法
软土处理通常有搅拌桩、排水固结、挤密和换土等4类方法。搅拌桩法主要包括粉喷桩、水泥浆搅拌桩等。就连云港市来说,在道桥等市政工程中多用粉喷桩,如桥头路堤为控制沉降采用粉喷桩,并且是在路堤高度为2.5~5m条件下采用。在城市道路中处理软土很少采用搅拌桩法,这主要是因为该法工程费用较高。排水固结法主要为塑料排水板结合堆载预压,以排除地下水位加速地基土固结。排水固结法主要解决路基沉降，同时可以提高地基强度，对软粘土地基，排水固结法是最经济合理的，但由于城市道路工程多有工期紧的特点，同时施工空间有限，缺乏堆载的条件,所以城市道路软土的处理很少采用排水固结法。连云港市新浦区的地质多为饱和软粘土地质，土的渗透性小，挤密法加固不易将土挤密实，还会破坏土的结构性强度，所以连云港市在城市道路建设中一直未采用挤密法加固软土地基自20世纪80年代末开始,一直到现在,连云港市在城市道路建设中基本上是采用换土法处理软土地基,即采用山场碎石土进行浅层换填,事实证明这种处理办法是成功的。
1.3山场碎石土换填法成功的因素
首先较好地利用了就地取材原则,连云港山土资源丰富,开采山场碎石中产生的碎石土本是废物,现在用于换填软土是废物利用,并且促进了当地的经济发展。其次是换填费用较低,尽管山场碎石土已由原来的10元/m2上涨到约30元/m2,但和其它软土处理方法相比,价格仍是较低。第三城市道路的功能及特点决定了其路基形式为路堑式,该型式路面结构传给土基的荷载一般较小,换土法能满足土基强度要求,路面工后沉降一般在5~20cm范围内,小于国家规定的不大于30cm的要求。另外,山场碎石土换填法施工方便,施工中技术含量不高,对施工环境也没有较高要求。
2确定山场碎石土换填厚度的依据
2.1理论依据
连云港市地下水位较高, 一般在黄海-85高程2.7左右,基含水量高, 一般在40%以上。根据《城市道路设计规范》（CJJ37-1990）第8.8.3条款,“路基土质不良或含水量过高时,部分或全部换填符合路基填土要求且含水量适当的土。换土厚度不宜小于80cm” 。另外在邓学钧主编的《路基路面工程》第5.4节中也提到换填厚度一般在60~100cm之間,厚施工难，太薄效果差，结合连云港市的地质及换填材料情况，目前山场碎石土的换填厚度一般在80~110cm。最小不宜低于60cm,否则,不但效果很差,而且很难施工,稍不注意就出现“弹簧”现象，大不宜超过120cm,否则,土基中的“硬壳层”全部被破坏,这不仅会极大地增加施工难度,而且增加的效果不明显,自然也就不经济了。
2.2实践依据
连云港市的工程建设实践告诉我们,山场碎石土换填厚度宜为80~110cm。连云港市自20世纪80年代中期开始在城市道路中采用山场碎石土垫层起初换填厚度一般为40~60cm,当时国家验收标准仅有感观要求,没有实测弯沉值等硬指标要求,此条件下建成的城市道路,经过几年的使用我们发现不少道路破损严重,分析后认为山场碎石土换填厚度较小是主要原因之一。20世纪90年代中后期修建的城市道路,山场碎石土换填厚度多在80cm以上,目前使用情况相当好,基本没发现明显破损情况。
2.3路基的受力状态影响着山场碎石土的换填厚度
连云港市的路面一般有3层,即沥青或水泥混凝土面层、二灰碎石基层、山场碎石土垫层、路面结构总厚度在1.2~1.5m左右,此厚度比较适合路基的受力状态。科学及实践证明,从路基的实际状态分析,路基顶面约1.5m范围内的土层,路基工作区深度范围内较强烈地感受到行车荷载的反复作用,在工作区范围内的路基!对于支承路面结构和行车荷载影响较大,在工作区范围以外的路基,影响逐渐减少。
3软土地基采用山场碎石土换填法处理后,其路面结构理论计算探讨
3.1土基回弹模量En值的确定
不论是沥青路面还是水泥混凝土路面, 其计算理论都是建立在弹性力学理论体系基础上,这就要求土基回弹模量必须达到某一最小值后,才可以采用弹性理论进行路面结构设计。《城市道路设计规范》（CJJ37-1990）第8.1.2条指出,“路槽底面土基回弹模量值宜大于或等于20MPa,特殊情况下不得小于15MPa,不能满足此要求时应采取措施提高土基强度”。而连云港市的土基属于典型的软土,土基回弹模量仅为5MPa左右,明显满足不了弹性理论计算条件。对此经过多次研究及反复实践验证,并参照《城市道路设计规范》（CJJ37-1990）第8.8.3条“不能进行碾压的湿软土基,又无晾晒、换土或其他加固与稳定处理条件时可用砂、砂砾、碎石、矿渣等材料设置承托层,作为上层的施工依托。其厚度宜采用15~30cm”。我们做了多次实验段：路槽开挖后,铺筑30cm山场碎石土,挖掘机碾压3遍)起初采用8t压路机碾压均出现了“弹簧”现象),然后采用标准承载板测定方法测算出土基回弹模量值在15~20MPa范围内,平均值为18MPa,又参照《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-1997）p.78表E2,我院设计时统一取土基回弹模量En等于18.5MPa。这样就满足了弹性理论计算条件,可以用相应的公式进行路面结构计算了。例如100cm厚山场碎石土垫层，路面结构计算时将其分解成两部,30cm山场碎石土用于改善土基,土基回弹模量值提高到18.5MPa,其余70cm山场碎石土为垫层材料的有效计算厚度。
3.2山场碎石土等结构层材料设计参数的确定
设计要求所用山场碎石土中碎石含量>70%,碎石最大粒径≯20cm。我们参照《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-1997）附录D表D3,同时考虑到连云港市的山场碎石土材质情况及路基干湿状况,结合我市的实践经验,山场碎石土抗压回弹模量取55MPa。
4山场碎石土垫层施工工艺及验收标准
4.1山场碎石土施工
根据连云港市地质情况及已施工的道路情况,山场碎石土垫层一般置于粘土“硬壳土”之上,换填之后土基中的“硬壳层”厚度约为40~80cm,在基槽开挖中需尽可能减少对土基的扰动同时做好路槽内的排水工作,它不仅有利于保持土基的强度,而且对施工中防止出现“弹簧”现象也很有作用。换填之后地基中“硬壳层”厚度小于40cm时,宜先铺设一层竹篱笆,再施工山场碎石土,这样更便于施工。山场碎石土需要分层回填,目前连云港分层施工情况:第1层60cm左右,然后为15~30cm一层。第1层施工厚度是施工规范规定的2倍,明显太厚,不少专家提出过异议,后来做了一些试验,在同一条道路中,第1个200m试验段为先铺筑30cm山场碎石土,挖掘机碾压3遍,然后按要求施工其余山场碎石土。第2个200m试验段为先铺筑60cm山场碎石土,12t压路机輾压2遍,再用18t压路机辗压3遍,然后按要求施工其余山场碎石土。这两试验段山场碎石土顶层现场实测弯沉值仅相差2%。后来又做了一些对比试验,试验测试结果均同上。分析认为这可能是因为连云港市的软土层较厚、含水量大且地下水位较高等原因。所以从施工方便考虑，目前仍维持这种分层施工情况。目前连云港市在山场碎石土施工阶段,辗压机械通常采用12t、18t2个类型。
4.2山场碎石土垫层验收
根据山场碎石土本身的特点，我们分两步对其成品验收，一是感观,18t压路机辗压过后,无松劲、无波浪、无弹簧,无明显轮迹,二是测其顶弯沉值,现场实测弯沉代表值小于或等于理论实测弯沉值。由于山场碎石土粒径较大,不便现场取样等,所以验收山场碎石土垫层时,不测其压实度指标。
5山场碎石土的替换问题思考
山场碎石土属于不可再生的一次性资源。由于保护环境的需要，连云港市已加大山体及其植被保护的力度,到处在实施封山育林,据统计全市范围内78家山场已关停67家,造成山场碎石土供给量剧减,价格自然逐渐上涨,尽管政府部门采取了合理开发利用山体的措施,但这种供需矛盾仍然越来越突出,为了缓和这种供需矛盾,急待我们进行广泛的研究,寻求山场碎石土的替换品。连云港市锦屏磷矿堆积有约2000万t的尾矿砂。目前“尾矿砂在道路基(垫)层中的应用研究”课题已进入立项阶段。