器基础与结构工程 ｜ 舶 目ｌ ～ 淤泥固化技术在处理城市道路软土路基中的应用 肖 兵，罗海兵，周莉 ２２２００１） （连 港 规 『仃政波Ｉ十研究院ｌ仃限责任公 ， 苏连云港摘要： ｆｆ｝海城Ｉ 修建道路时，软｛ 路毖的处理问题十分天键。淤泥 化土ｊｌ有强度岛、稳定性女ｒ、 １７能等特 满足作 地丛材料的卡Ｈ天要求。结合连云港ｆｆ『某道路 程实例，从技术、经济、社会效益 ，Ｊ‘向分析淤 城』ｆＪ道路软｛：路丛叶ｌ的优势 关键词：城ｍ道路：淤泥川化：软土路 中图分类号：Ｕ ４ｌ６．１ 文献标志码：Ｂ 文章编号：ｌ００９—７７６７（２０１２）０５～０ｌ２８—０４ 化技术 处删 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｄ Ｃｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｓｏｆｔ Ｓｏｉｌ Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｒｏａｄ Ｘｉａｏ Ｂｉｎｇ，Ｌｕｏ Ｈａｉｂｉｎｇ，Ｚｈｏｕ Ｌｉ 沿海城市的地质多为海相软土沉积，在软土路基 水量大于液限，天然孔隙比大于】．５：ｌ、Ｊ，天然孔隙比小 上修建道路时，采用的软基处理方法是否恰当合理．直 于１．５而大于１．０时．称淤泥质土 淤 大多具有 水 接影响到道路Ｔ程的质量以及使用功能。常用的软土 率高、孔隙比大、压缩性高、渗透性低、强度低、 敏 处理方法有：搅拌桩法、排水固结法、强夯法、挤密法 高等特点，并表现 明显的触变性和流变性。和换填法等 ，其ｒ｛Ｉ搅拌桩法费用较高， 城订了道路Ｔ程 淤泥的承载力较低，属丁典型的软Ｌ，小 作为天 中极少采用：排水同结法经济合理，但由于城市道路 然地基，因为它会产生不均匀沉降，使十勾（建）筑物 ｌ 程大多Ｔ期紧且施ｆ 空间有限，缺乏堆载条件，亦很 产生裂缝、倾斜等病害，影响正常使川 少采用；挤密法和强夯法则只适用于低饱和度的砂土、 １．２淤泥固化原理 粉土等地基【卜 。 淤泥同化技术．即在淤泥中添加Ｉ｝ｊ水泥、矿粉、粉 具有山石资源的沿海城市在道路建设中，常采用 煤灰、石灰、石膏等材料按一定酣比制成的同化制，进 山场碎石土换填浅层软土路基．事实证明这种处理办 行搅拌混合，制成淤泥同化土。掺人的同化刹 淤 之 法符合现阶段的经济条件，是基本成功的。但由于施Ｔ 间发生一系列物理、化学作用，产生的胶凝性水化物 过程ｒ｝Ｊ山场碎 土的厩实程度难以很好控制，导致后 使松散的土颗粒胶结为一体．并不断凝结硬化，从Ｉ 期路基容易产生不均匀沉降，造成路面破坏；同时，山 使淤泥分散的单元结构渐变为具有一定整体强度的 场碎石土属于不可＿耳生的一次性资源，且开采碎石破 结构Ｉ Ｉ 经该技术处理后的淤泥同化土孔隙比减小，岔 坏山体、造成环境污染，随着国家加大对山体及其植 水率降低，压缩性减小，其强度和稳定性较之淤泥有 被保护的力度，造成山场碎石土供给量剧减，供不应 极大幅度的提高 同时同化土的透水系数很小，＿『避 求，价格上涨．、为缓和这种供需矛盾，有待于进行更加 免有害物质溶 造成污染。Ｊ一泛的研究，寻求一种软土路基处理的新材料。 １ 淤泥固化技术改善软土原理 １．１淤泥的特点 ２淤泥固化前后物理力学性质对比 试验选取江苏省连云港市某【×：的沿海淤泥作为 研究对象，天然含水率在４５％～７５％之间 对所取 淤泥是指在静水或缓慢的流水环境中沉积，经物 样进行土丁试验，将测得结果取平均值，其物理力学 辉、化学和生物化学作用形成的饱和细粒土。其天然含 性质指标见表１。 １２８啼荭投】Ｉ：２０１２ Ｎｏ．５（Ｓｅｐ．）Ｖｏ１．３０ 基础与结构工程器 ０《 《 驰投Ｓ钢 始 辨 ｌ 鼢姆 辨露 表１ 淤泥的物理力学性质指标 在淤泥中加入一定掺量的固化剂进行技术处理 使淤泥土南流塑变为可塑或坚硬状态，压缩性大大 后．对得到的淤泥同化土进行土丁试验数据分析，各项 减小；黏聚力增强、内摩擦角增大，从而使其抗剪强 物理力学性质指标见表２。 度得以提高。固化材料的加入，使土体颗粒问排列形 南表ｌ、表２可知，淤泥经同化后，土体性能和各 式发生变化，淤泥结构得以重组，固化后的土体具有 项参数均发生明显变化：含水率大幅降低，孔隙比减小， 强度高、压缩性低的特性，满足作为路基材料的功能 饱和度也相应降低；液性指数和压缩系数显著降低， 要求。表２淤泥固化土的物理力学性质指标 ３淤泥固化土处理路基后各项指标分析 表３不同结构方案的路表弯沉值与造价比较 道路工程设计中，路基应满足下列基本要求：具有 足够的强度、刚度和整体稳定性。路表弯沉值和层底 弯拉应力直接反映路面结构的整体刚度和强度。现行 沥青路面设计规范以路表弯沉作为主要设计指标，以 沥青面层底面和半刚性基层底面的弯拉应力作为设 计的验算指标 城市道路的路基填筑高度通常与周边地形相差不 大，路基边坡土体失稳坍塌的情况极少。一般情况下， 路基结构按规范要求确定，无须进行稳定性设计。然而 从以上分析可看出：在达到相近的路表弯沉指标 软土路基则需要通过稳定性分析与验算，以作Ｉ叶Ｊ合理 的前提下，基层、面层厚度不变时可适当减薄垫层的 的路基结构设计，其中对路基边坡稳定性的分析与验 厚度，同时设置足够厚度的同化土层后也可适当减小 算是极其重要的。另外，在软土路基上修建道路工程， 水泥稳定碎石基层的厚度；采用同化土作为道路垫层 必然导致路基的沉降，沉降过大则会影响道路和地下 的２个方案造价明显低于采用山场碎石土作为道路 管线的正常使用，因而有必要对路基沉降进行计算ｆ ４ｌ。 泥固化技术处理软土路基后的各项技术指标进行计 垫层的传统方案。 由上文可知．淤泥和淤泥质土的含水量高、液性 下面以连云港市某区的道路工程为例，对采用淤 ３．２边坡稳定性分析 算与分析。 ３．１竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 指数大，土体呈流动或流塑状态，且其黏聚力和内摩 擦角均较小。通过淤泥固化土的土工试验结果可知，经 以连云港市某区的城市主干道为例，将采用淤泥 固化处理后的淤泥，其液性指数有明显的降低，使土体 固化技术处理路基的方法与传统方法（采用山场碎石 由流塑状态变为硬塑或坚硬状态：同时其黏聚力和内 土换填浅层软土路基）进行对比，探讨道路达到相近 摩擦角都有显著的提高，这样就大大提高了路基的稳 的路表弯沉指标时不同的结构方案。并对不同的结构 定性。路基断面图见图２ 方案进行经济性比较。 Ｊ ｒＧ Ｄ３０—２００４（（公路路基设计规范》中规定：路堤 城市主干道道路结构的传统方案和利用同化土 边坡高度不大于２０ ｍ时，土质边坡坡度不宜陡于ｌ：１．５ 作垫层的２种方案见图１。３种方案的路表弯沉值、层 （细、中粒土）和１：ｌ３（巨粒土）。分别取路堤边坡坡率为 底拉应力计算结果以及造价比较见表３ １：１．５和１：１，对图２所示的路基断面进行边坡稳定性 ２０１２￣５期（９竹）第３ｏ卷啼荭投求１２９ 器基础与结构工程 露 鑫 ，鄹蓥：嚣玉 ｇ 一一ｌ｜ ≯ 乎 ∥ ４ ｃ一细粒式沥青混凝土 ４ ｃｍ细粒式沥青混凝土 ８ ｃｍ粗粒式沥青混凝土ｌ ８ ｍ粗粒式沥青混凝土ｅ １５ 水泥稳定碎石“ ｄ ４ １５ 水泥稳定碎石 ａ １５ ｃｍ水泥稳定碎石 日 １５ 水泥稳定碎石 ｌ ｃｍ水洗稳定碎石 ＞ １ ５．ｃｒｒ 泥稳定碎石 ｌ２Ｏ ｃｍ固化土 土基压实 ４ Ｃｎｌ细粒式沥青混凝土 ８ ｃｍ粗粒式沥青混凝土Ｉ Ｉ １｛１ｃｍ水泥稳定碎 ———————— ！ 猩塑塞壁互 ２【】（】 固化土 ：： ＜ ＞ — —一——————————————一～ ：苴：ｆ ｔ・）减薄鹱层 网ｌ 城市主干道道路结构 ｌ５．ｏｏ 。… ４００ ．。 ／ 厂 厂／ 疆一鬻０一 ０・ Ｉ－珏≯ 赫。 ０◆ ００ ／誊 ｌｌ ０ 固化土１ｌ５０ ｋＰａ＠｝ｌ ｌ Ｉ…＊～…一一～＿置 、＼ 量 一 一‘ 一一一一…一 ≮蠢辩 强翳 驾再｜强 。毒Ｉ 尊 盈 ０ …一 一， ｒ ｜｜。。ｒ◆ 衄 壬１００ ｋＰａ．Ｉ ｌ ｌ ８ｏ ｋＰａ— 一 也基 一■Ｉ一＿＿ 刺 网２路基断面 （ｍ） 分析和验算，得知２种情况下最不利滑动面的安全系数 ３．３．１相同弯沉指标下不同结构的路基沉降计算 南上艾分析可知，相同的路表弯沉情７兄Ｆ，采Ｈｊ Ｋ分别为２．２６１（坡率为１：１．５），２．２３０（坡率为¨），均大 下面 于ｆＫ１＝１．２～１－４，因而路堤边坡稳定性较好。此外，固化 碎石土和固化土作垫层需设计不同的结构方案 、土表面不易泥化，边坡具有一定的抵抗雨水冲刷能力。 对采用图１中的３种结构时路基的沉降量分别进彳Ｔ ３．３路基沉降计算 计算，道路填筑宽度取１５ ＨＩ，路基土的各项物婵力学 导致路基沉降的原因是多方面的，如路堤荷载、施 指标参照地质勘察报告取值，荷载采用永久作用效应 Ｔ机械、汽车荷载的影响等。以下主要考虑恒载和汽车 组合，同化土的重度取１６．５ ｋＮ／ｍ。，压实后碎石土的重 ｋＮ／ｍ ．汽车荷载则根据ＪＴＧ Ｄ６０—２００４ 荷载对路基的影响，分别对淤泥同化土及山场碎石土 度按经验取２２ 处理软土地基的路基沉降进行计算与比较１５Ｉ。 《公路桥涵设计通用规范》中车辆荷载的规定取值 路 １３０ 荭牧求２０１２ Ｎｏ．５（Ｓｅｐ．）Ｖｏ１．３０ 基础与结构工程器 婚 瓣％ｉ 敞Ｓｔｒ｛ 《籼 Ｅｎｇｉｎｅｅｒ：ｉ￣ 骠 基沉降量根据ＧＢ ５０００７—２ｏｏ２｛建筑地基基础设计规 每年都会进行大规模清淤，疏浚出来的淤泥通常采用 一方面占用大量土地，造成土 范》，采用分层总和法计算并进行修正ｆ ，得到的路基 堆放和抛弃的方式处理．地资源浪费；另一方面，淤泥中含有的重金属和有机 最终沉降量如下： 方案ａ）：ｓ＝ Ｓ ＝１．１ｌ Ｘ２８８．３２＝３２０．０ ｍｍ； 方案ｂ）：Ｓ： Ｓ ＝１．１×ｌ７９．５９：１９７．６ ｍｍ； 物也会对周边环境和海洋造成二次污染。采用淤泥同 化技术处理淤泥不但能改善海洋环境，而且避免了清 淤抛洒对海洋造成的负面影响．使传统的被动清淤转 变为主动的淤泥回收。 方案ｃ）：ｓ＝ ｓ ＝１．１ｘ２０８．５６＝２２９．４ ｍｍ。 ３．３．２相同厚度垫层的路基沉降计算 采用淤泥固化技术来处理软土地基，可以替代开山 根据罔２所示的路基断面．道路填筑宽度为１５ ｍ， 同化土与碎石土厚度均取２．０ ｍ，对路基沉降进行计算， 采石进行浅层换填软基的传统方法，解决了填海石料不 路基土的各项物理力学指标参照地质勘察报告取值。 足及破坏山体的问题。淤泥固化技术的开发使得城市道 Ｔ程进度和质量得到了保障，同时 采用分层总和法计算并进行修正，得到的路基最终沉 路建设资金投入降低，＿降量如下： 碎石土方案：ｓ＝ｌｆｒ ５ ＝１．１６ｘ３０３．４５＝３５２．０ ｍｍ； 同化土方案：ｓ＝ ＝１．１×２１５．２６＝２３６．８ Ｆｉｌｍ。 响应了国家“科技创新、循环经济”的号召，保护了自然 生态环境和自然资源，必将为沿海开发做出较大贡献。 ５结论 １）在达到相近的路表弯沉指标的前提下，采用淤 软基的路基沉降量均小于山场碎石土处理软基的路 泥固化土作为道路垫层的２个结构方案造价均低于 基沉降量。 ４经济与社会效益分析 ４．１经济效益 通过以上计算分析可看出，利用淤泥固化土处理 采用山场碎石土作垫层的传统方案。 ２）坡率为１：１．５和１：１的固化土路堤边坡稳定性 均满足要求。固化土的整体性较好，表面不易泥化。 ３）利用淤泥固化技术处理软基的路基沉降小于山 ４）经技术经济分析，在道路－［程中淤泥同化土可 沿海城市的地质多为淤泥、淤泥质土，在道路、码 虽为适合进行大范围应用的高强度基础建设材料，但 头等基础设施的建设中，更加需要大量的土石方，石料 场碎石土处理软基的路基沉降。 作为一种不可再生的自然资源，石料的开采已受到国 以替代山场碎石土进行软基处理。 ＿ 家监控和，采料不便捷，价格也越来越昂贵。而利用 淤泥同化技术处理后的海洋、湖泊淤泥，不仅性能可 参考文献： 与石料媲美，而且造价低廉，经挖掘、固化之后，便可 ［１］龚晓南．复合地基理论及工程应用［Ｍ】．北京：中国建筑］＿业 直接投人使用。由于它采用＿丁业废料粉煤灰、废石膏等 出版社，２００２：１－３３． 作为辅助固化材料，可进一步降低＿Ｔ程造价。 随着国家控制开山采石推行力度的加大，淤 另外，沿海开发还涉及到需要大量的绿化种植土。据沿 ［２】吴方华，李大钊，闫红民．自然级配碎石土换填法处理软土 地基工法ｆＪ１．城市道桥与防洪，２００６（６）：１０９－１ １３． 泥固化土替代山场碎石土的经济效益将愈来愈显著。 【３］李奇云．浅析淤泥化学固化的原理［Ｊ］．江苏水利，２０１１（８）： ３２—３４． ４］陈希哲．土力学地基基础［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００４： 海地区相关权威人士分析，绿化用土的需求量与地基 ［加固的需求量相当，也会产生相应的经济效益。 ４．２社会效益 １ ｌ９一ｌ３４． 【５］中国建筑科学研究院．ＧＢ ５０００７—２００２建筑地基基础设计规 我国有漫长的海岸线和众多的内河人海口，因此 海洋和滩涂提供了十分丰富和庞大的海洋淤泥软土 范ｆｓ】．北京：中国建筑工业出版社，２００２． 收稿日期：２０１２—０４～０５ 资源。为保证海洋航道、港口的畅通，我国沿海各省、市 作者简介：肖兵，女，硕士，主要研究方向为桥梁与隧道工程。 （上接第４０页） 挡土墙结构形式受力明确，而且比桩板式挡土墙更加 实际工程中的应用，很好地解决了地基承载力不够的 经济。囊０舞 问题，而且避免了土方的大量开挖和回填。当墙身比 较高时，桩基础亦可以设置为双排桩，三排桩等，设计 作者简介：周文芳，女，工程师，硕士，主要从事市政工程结构设计 时应尽量将挡土墙的重心与桩基础中心靠拢。桩基础 工作 收稿日期：２０１２—０２—２８ ２０１Ｚ￣５期（９一）第３０卷，；｝ 技东１３１
