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摘要：在沿海城市中修建道路时，软土路基的处理问题十分关键。淤泥固化土具有强度高、稳定性好、环保节能等特点，满足作为地基材料的相关要求。结合连云港市某道路工程实例，从技术、经济、社会效益等方面分析淤泥固化技术在处理城市道路软土路基中的优势。
关键词：城市道路；淤泥固化；软土路基
1、淤泥固化技术改善软土原理
1.1、淤泥的特点
淤泥是指在静水或缓慢的流水环境中沉积，经物理、化学和生物化学作用形成的饱和细粒土。其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.5；当天然孔隙比小于1.5而大于1.0时，称淤泥质土。淤泥大多具有含水率高、孔隙比大、压缩性高、渗透性低、强度低、灵敏度高等特点，并表现出明显的触变性和流变性。淤泥的承载力较低，属于典型的软土，不宜作为天然地基，因为它会产生不均匀沉降，使构（建）筑物等产生裂缝、倾斜等病害，影响正常使用。
1.2、淤泥固化原理
淤泥固化技术，即在淤泥中添加由水泥、矿粉、粉煤灰、石灰、石膏等材料按一定配比制成的固化剂，进行搅拌混合，制成淤泥固化土。掺入的固化剂与淤泥之间发生一系列物理、化学作用，产生的胶凝性水化物使松散的土颗粒胶结为一体，并不断凝结硬化，从而使淤泥分散的单元结构渐变为具有一定整体强度的结构[3]。经该技术处理后的淤泥固化土孔隙比减小，含水率降低，压缩性减小，其强度和稳定性较之淤泥有极大幅度的提高，同时固化土的透水系数很小，可避免有害物质溶出造成污染。
2、淤泥固化土处理路基后各项指标分析
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。然而软土路基则需要通过稳定性分析与验算，以作出合理的路基结构设计，其中对路基边坡稳定性的分析与验算是极其重要的。另外，在软土路基上修建道路工程，必然导致路基的沉降，沉降过大则会影响道路和地下管线的正常使用，因而有必要对路基沉降进行计算[4]。下面以连云港市某区的道路工程为例，对采用淤泥固化技术处理软土路基后的各项技术指标进行计算与分析。
2.1、竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
以连云港市某区的城市主干道为例，将采用淤泥固化技术处理路基的方法与传统方法（采用山场碎石土换填浅层软土路基）进行对比，探讨道路达到相近的路表弯沉指标时不同的结构方案，并对不同的结构方案进行经济性比较。城市主干道道路结构的传统方案和利用固化土作垫层的2种方案。3种方案的路表弯沉值、层底拉应力计算结果以及造价比较见表3。从以上分析可看出：在达到相近的路表弯沉指标的前提下，基层、面层厚度不变时可适当减薄垫层的厚度，同时设置足够厚度的固化土层后也可适当减小水泥稳定碎石基层的厚度；采用固化土作为道路垫层的2个方案造价明显低于采用山场碎石土作为道路垫层的传统方案。
2.2、边坡稳定性分析
由上文可知，淤泥和淤泥质土的含水量高、液性指数大，土体呈流动或流塑状态，且其黏聚力和内摩擦角均较小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过淤泥固化土的土工试验结果可知，经固化处理后的淤泥，其液性指数有明显的降低，使土体由流塑状态变为硬塑或坚硬状态；同时其黏聚力和内摩擦角都有显著的提高，这样就大大提高了路基的稳定性。路基断面图见图2。JTGD30-2004《公路路基设计规范》中规定：路堤边坡高度不大于20m时，土质边坡坡度不宜陡于1∶1.5（细、中粒土）和1∶1.3（巨粒土）。分别取路堤边坡坡率为1∶1.5和1∶1。分析和验算，得知2种情况下最不利滑动面的安全系数K分别为2.261（坡率为1∶1.5），2.230（坡率为1∶1），均大于[K]=1.2～1.4，因而路堤边坡稳定性较好。此外，固化土表面不易泥化，边坡具有一定的抵抗雨水冲刷能力。
2.3、路基沉降计算
导致路基沉降的原因是多方面的，如路堤荷载、施工机械、汽车荷载的影响等。以下主要考虑恒载和汽车荷载对路基的影响，分别对淤泥固化土及山场碎石土处理软土地基的路基沉降进行计算与比较[5]。
（1）相同弯沉指标下不同结构的路基沉降计算
由上文分析可知，相同的路表弯沉情况下，采用碎石土和固化土作垫层需设计不同的结构方案。下面对采用3种结构时路基的沉降量分别进行计算，道路填筑宽度取15m，路基土的各项物理力学指标参照地质勘察报告取值，荷载采用永久作用效应组合，固化土的重度取16.5kN/m3，压实后碎石土的重度按经验取22kN/m3，汽车荷载则根据JTGD60-2004《公路桥涵设计通用规范》中车辆荷载的规定取值。路基沉降量根据GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》，采用分层总和法计算并进行修正[5]，得到的路基最终沉降量如下：方案a）：s=ψss′=1.11×288.32=320.0mm；方案b）：s=ψss′=1.1×179.59=197.6mm；方案c）：s=ψss′=1.1×208.56=229.4mm。
（2）相同厚度垫层的路基沉降计算
根据路基断面，道路填筑宽度为15m，固化土与碎石土厚度均取2.0m，对路基沉降进行计算，路基土的各项物理力学指标参照地质勘察报告取值。采用分层总和法计算并进行修正，得到的路基最终沉降量如下：碎石土方案：s=ψss′=1.16×303.45=352.0mm；固化土方案：s=ψss′=1.1×215.26=236.8mm。通过以上计算分析可看出，利用淤泥固化土处理软基的路基沉降量均小于山场碎石土处理软基的路基沉降量。
3、经济与社会效益分析
3.1、经济效益
沿海城市的地质多为淤泥、淤泥质土，在道路、码头等基础设施的建设中，更加需要大量的土石方，石料虽为适合进行大范围应用的高强度基础建设材料，但作为一种不可再生的自然资源，石料的开采已受到国家监控和限制，采料不便捷，价格也越来越昂贵。而利用淤泥固化技术处理后的海洋、湖泊淤泥，不仅性能可与石料媲美，而且造价低廉，经挖掘、固化之后，便可直接投入使用。由于它采用工业废料粉煤灰、废石膏等作为辅助固化材料，可进一步降低工程造价。随着国家控制开山采石政策推行力度的加大，淤泥固化土替代山场碎石土的经济效益将愈来愈显著。另外，沿海开发还涉及到需要大量的绿化种植土。据沿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。
3.2、社会效益
我国有漫长的海岸线和众多的内河入海口，因此海洋和滩涂提供了十分丰富和庞大的海洋淤泥软土资源。为保证海洋航道、港口的畅通，我国沿海各省、市每年都会进行大规模清淤，疏浚出来的淤泥通常采用堆放和抛弃的方式处理，一方面占用大量土地，造成土地资源浪费；另一方面，淤泥中含有的重金属和有机物也会对周边环境和海洋造成二次污染。采用淤泥固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。采用淤泥固化技术来处理软土地基，可以替代开山采石进行浅层换填软基的传统方法，解决了填海石料不足及破坏山体的问题。淤泥固化技术的开发使得城市道路建设资金投入降低，工程进度和质量得到了保障，同时响应了国家“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。
4、结论
1）在达到相近的路表弯沉指标的前提下，采用淤泥固化土作为道路垫层的2个结构方案造价均低于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场碎石土处理软基的路基沉降。4）经技术经济分析，在道路工程中淤泥固化土可以替代山场碎石土进行软基处理。
参考文献：
[1]龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2012：1-33.
[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[J].城市道桥与防洪，2016（6）：109-113.
[3]李奇云.浅析淤泥化学固化的原理[J].江苏水利，2011（8）：32-34
论文作者:张青
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/13
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