城市道路軟弱地基的設計對策和方法

劉志平

（蘭州市城市建設設計院，甘肅 蘭州 730030）

城市道路軟弱地基的設計對策和方法

劉志平

（蘭州市城市建設設計院，甘肅 蘭州 730030）

軟弱地基是城市道路設計與建設的核心問題，諸多道路由于沒有解決軟土路基的問題，形成了路面塌陷、不均勻沉降等病害，對城市交通運輸和基礎設施安全帶來很大影響。討論了城市道路軟弱地基的主要類型和基本特點，分析了軟弱地基的主要危害和形成過程，并總結了目前軟弱地基的設計措施和處置技術，最后結合一個城市快速路建設的背景，提出了軟弱地基的水泥攪拌樁加固設計方法，對攪拌樁的布置、尺寸規格、施工要求進行了設計，研究可為類似工程提供參考借鑒。

城市道路；軟弱地基；軟土基礎；設計對策

0　引言

隨著我國城市化進程的加快發展，城市道路等基礎設施也在不斷建設和完善，為了在有限的土地資源空間內，最大程度地優化建設道路的質量，對城市道路的設計和建造提出了越來越高的要求［1，2］。

城市道路大都分布在水系發達的區域，部分城市的建設不可避免地遇到軟弱地基問題，例如軟土、濕陷性黃土、砂土等不利的軟弱基礎，在道路建設中，需要對這些軟弱基礎給予充分的重視，在設計階段就需要考慮對軟弱基礎的施工處置方法和措施，以準確估計軟弱基礎對于道路建設的安全威脅，并在施工階段將這些風險進行合理控制和降低，保證道路后期的運營安全和長期使用性能［2，3］。此外，城市道路的建設不僅僅是路基和路面結構，為了方便城市基礎設施的規劃和排布，往往將城市給水排水管道、電力和煤氣管線等包括進來，使得道路的建設標準和質量要求更加嚴格。

軟弱地基下城市道路的主要問題是安全性問題和不均勻沉降問題，如果軟弱地基處置不當，很容易引發路面塌陷和不均勻沉降等病害［3，4］，這些病害不僅嚴重影響城市道路的使用功能和安全，還影響交通的運輸，帶來較為嚴重的經濟和社會影響。

本論文研究城市道路軟弱地基，分析軟土地基基本特點和主要危害，并分析目前軟土基礎的設計對策和處置方法，提出不同處置方法的應用條件和背景，最后結合一工程案例分析，在明確道路地質條件等基本特點后，選擇適宜的軟土路基設計加固方法，提出設計對策和詳細方案，解決城市道路軟弱地基的危害，保障城市道路和交通等基礎設施的運營穩定。

1　城市道路軟弱地基基本特點和主要危害

軟弱基礎是地基基礎中包含不利于承載和受力的部分，例如濕陷性黃土、軟土、砂土等情形，這些土層在承載作用下，會出現承載力不足和變形過大的問題，導致道路在使用過程中不斷發生變形和變化，引發道路設計高程變化，路面行車安全和使用均受到威脅。

城市道路的軟弱地基主要是軟土基礎，軟土是一種含水率很高、孔隙比大、壓縮性強、強度低的土層，具有易變形、承載低等特點。根據土質類型，大致可以把軟土分為淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土、粘土、粉質粘土、粉土等，各種土的指標參數及常用取值范圍見表1。軟土的這些物理構成要素，使得軟土基礎在部荷載作用下很容易自行破壞，基本的特點是：受荷作用下具有非常顯著的流變性，導致受荷下產生緩慢的剪切變形，從而形成沉降，加上軟土的抗剪強度本來就很低，極容易發生突發性剪切破壞，導致路面坍塌破壞。

軟土地基的主要危害是路面塌陷和不均勻沉降。路面塌陷是由于地基土的承載力不足導致瞬時的地基土破壞或者過大變位，不均勻沉降則是受荷作用下地基土的長期變形過程。實際上地基土的破壞時受荷和土體的耦合作用過程，首先由于軟弱土層的物理特點，受荷作用下土層發生較大變位和變形，變形的發生進一步降低土層的抗剪承載力，導致土層變形進一步發散，最終如果發散過程連續，就會形成路面坍塌和過大的不均勻沉降。這些造成路面不平，對行車安全形成很大威脅，同時引發交通擁堵、交通事故等問題，進一步對城市經濟和社會環境形成影響。因此，需要在設計階段，充分考慮軟弱地基的影響，形成設計對策和方法。

表1　軟土的分類及其指標

2　城市道路軟弱地基設計對策和方法

城市道路的軟弱地基加固方法多樣，主要是針對軟弱地基存在特點和類型進行設計加固，按照市政道路軟弱地基的深度，可以分為表層加固設計和深層加固設計，兩種加固方法具有多種加固設計策略，而且適用條件不同。

2.1表層加固設計及特點

（1）砂墊層加固

對于表層軟土地基分布范圍較小，厚度不大的軟弱地基表層，可以采用砂礫墊層的加固施工方法，改善排水固結特性，降低地下水對軟弱土層特性的削減，同時改善路基施工的作業條件。換填的砂礫一般可以選擇中砂或者粗砂，且有較好的級配，一般顆粒的不均勻參數不大于5，保證換填材料的結構特性和承載安全。

（2）表層排水設計

軟土地基很容易受到雨水或者地下水的作用，而出現材料特性和結構特性的變化，因而需要進行表層有效排水。表層排水設計一般適用于軟弱地基在表層的情況，采用設置盲溝進行排水，盲溝的設計需要考慮到縱向和橫向的排布。

（3）鋪墊材料加固設計

由于軟弱地基的承載性能差，可以采用承載能力強、結構性能穩定的土工材料進行鋪墊加固設計，充分發揮鋪墊材料的整體連續性好、抗拉強度高、耐腐蝕等優點，有效降低軟弱土層的不均勻沉降和變形，相關部分的土工材料還能夠起到反濾和排水作用。鋪墊材料的加固一般適用于軟弱土層厚度不大，分布范圍不廣的情形，可以集中采用鋪墊材料進行加固。

（4）化學添加劑加固設計

軟土在摻入石灰石和水泥后，可以有效改善粘性土層的物理特性，降低土壤含水量而產生團聚效應，并隨著時間的推移產生化學性固結，形成很好的穩定土層。這種加固設計方法主要針對粘性土軟弱地層，適用于表層加固。

2.2深層加固的設計及特點

（1）排水固結設計

對于較大范圍的飽和軟土和沖填土地基，可以采用排水固結加固，設置排水井，采用抽水、抽氣、加壓等措施加速排水固結，從而提高軟弱土層的承載力，降低不均勻沉降。這種方法是最簡單的措施，但是其效果不易控制。

（2）水泥粉煤灰碎石樁加固設計

水泥粉煤灰碎石樁是通過水泥的土層的水化反應和凝硬反應，形成結晶化合物而延伸到土層空隙中，加固土層的物理特性，從而提高承載力和強度，起到改善受力安全和降低變形沉降的目的，水泥粉煤灰碎石樁是加固深層大范圍軟土的一種較為經濟、使用、可靠的方法。

（3）水泥攪拌樁加固設計

水泥攪拌樁加固的基本原理是通過水泥加固土的物理化學反應，使得水泥和土層進行作用反應形成凝膠體，形成整體性很好的土層，提高土體強度和承載力，水泥攪拌樁有干拌和濕拌兩種方法，兩種方法的適用條件差異。

3　工程案例解析

3.1工程概況

某城市快速路建設中，道路的地質狀況是剝蝕丘陵地貌，道路沿線具有水塘、農田和其他軟質疏松的堆積土，地表自上而下的土層參數：（1）耕植土，土質松散，包含樹木根莖等腐蝕質，厚度在0.5 m以內；（2）堆積土，沒有壓實整體呈現干松狀態，分布范圍很廣，深度0.5～2.0 m不等；（3）淤泥層，含有豐富的有機質、泥炭等，具有很大的孔隙率，壓縮性高，局部呈現流塑狀態，厚度很大，在4.0～10.0 m；（4）殘積土層，局部有粘性土，局部含有灰巖礫石，分布1～12 m不等。

3.2軟弱地基設計處置措施

由于本道路建設范圍內軟弱土層分布范圍和深度都很大，特別是淤泥層的分布厚度很大，需要采用深層加固設計方法，經過綜合分析，采用水泥攪拌樁加固設計，不僅能夠滿足設計要求，也符合本區域的建設條件和特點。

水泥攪拌樁采用樁徑0.5 m，樁長10～14 m不等的進行加固，縱向1.2 m設置一根，橫向1.2 m設置一排，設計水泥摻入比為1∶0.5，樁身水泥摻入量設計標準不低于10%。經過設計驗算，樁身強度安全系數2.1，復合地基承載力176 kPa，大于下臥層的承載力標準150 kPa。整個水泥攪拌樁設計滿足安全性要求。

水泥攪拌樁的施工工藝設計如下：首先進行水泥漿的制備工作，然后進行樁位放樣和攪拌機定位，進行水泥攪拌樁的預攪下層施工，重復進行提升、噴漿、攪拌等工作，到達設計高程后進行成樁養護和資料檢驗，滿足要求后進入下一批次的施工。目前道路運營良好，沒有出現路面不均勻沉降、塌陷等病害和安全問題。

6　結語

隨著我國城市化進程的加快發展，城市道路的建設質量和要求越來越高。對于市政道路建設的軟弱地基問題，需要在設計階段給予充分的重視和考慮，降低軟弱地基對道路運營的風險。

論文總結了城市道路軟土地基的主要類型和存在特點，分析了軟弱地基所形成的主要病害和威脅，指出進行城市道路軟弱地基的表層和深層加固設計對策，并對每種工藝的特點進行了總結分析，最后結合一工程案例，通過分析道路沿線地質條件和覆土特點，提出采用水泥攪拌樁加固設計方法，給出了設計方法和施工工法，目前該道路運營良好。

［1］羅杰慧.淺論市政道路工程軟基加固技術［J］.中國水運:下半月，2015（6）:237-238.

［2］鄭剛，龔曉南，謝永利，等.地基處理技術發展綜述［J］.土木工程學報，2012，45（2）:127-146.

［3］陳秋南，張永興，王祥秋，等.某道路軟弱地基的治理技術［J］.建筑科學，2003（4）:13.

［4］孫寶雷.市政道路軟基處理現狀及設計研究［J］.城市建筑，2014（4）: 250.

U416.1

A

1009-7716（2016）09-0105-03

2016-05-30

劉志平（1977-），女，甘肅會寧人，高級工程師，從事市政道路設計工作。