新農至西中島公路軟基處理方案及加固效果

王莉

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津市 300381）

1　概述

隨著我國經濟的發展、社會的建設和城市的發展，很多城市選擇了新城區建設，有的城市向大陸縱深發展，也有很多城市選擇了向大海延伸。每年陸地面積擴展速度以數百上千平方米計，但軟土地基處理技術的發展遠遠跟不上這一迅猛勢頭。目前吹填土土性也愈來愈復雜，總體上看，從吹填砂礫、粉砂和移山倒海土石料逐漸向細粒土方向發展，由此帶來的巖土工程問題也日趨復雜，技術含量也更高。

新農至西中島公路項目位于大連長興島沿海地區，設計標準為一級公路，全線長約18 km，先后連通陸地、交流島、駱駝島和西中島，其中十余千米路段穿越海灘、鹽田及吹填的軟土地區。沿線所經地貌按成因可分為沖洪積平原、海積階地和潮間帶等。沿線特殊土主要類型為素填土、淤泥質粉質黏土。其中素填土為第四系全新統人工回填，黃褐色，稍濕，松散，主要由粉砂、黏性土及碎石回填而成，層厚0.50～5.40 m；淤泥質粉質黏土為灰褐色，濕，軟塑，局部混粉砂，分布不均勻，呈透鏡體分布，無搖震反應，稍有光澤反應，干強度低，韌性低，該層主要分布場地東側，層厚1.00～6.80 m。這種地基土的特點是強度低、固結慢、變形大。軟土路基主要位于潮間帶，地表水深0.5～2.0 m。由于該工程受海水波浪侵襲和周邊規劃高程的影響，路基填土較高，平均填土高度約5 m，局部橋頭路段填土高度8 m左右。

在軟土地區修筑路堤將產生一系列問題，如地基抗剪強度不夠引起路堤側向整體滑動，邊坡外側土體隆起，橋頭路堤縱向沿路線向河床方向產生整體滑動，導致橋臺破壞：人工構造物與路堤銜接處產生差異沉降，引起橋頭跳車及路面破壞；路基底面沿橫向產生盆形沉降曲線，導致路面橫坡變緩，影響橫向排水等。對于高速行駛的車輛來說，其安全性、經濟性、舒適性均會受到影響，大大降低了道路的功能，同時也給養護部門帶來了諸多不便。因此選擇合適的方法對軟土路基加以處理，具有十分重要的意義。

2　工程地質條件

根據勘察場地鉆孔揭露，場地巖土體構成及分布規律自上而下的順序對各土層的基本特征綜述見表1。

依據本工程地質勘察報告，給出各段土層的承載力容許值見表2。

3　軟基處理方案

3.1　常用軟基處理方法

結合工程實際及類似項目調研，大連地區常用的軟基處理方法有：一般路段多采用堆載預壓排水固結法、強夯置換法及挖除換填法等；橋頭路基路段多采用水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、振沖碎石樁等軟基處理方法。

堆載預壓排水固結法的特點：質量可靠、技術控制難度小、施工簡單、省電，但工期略長，需較大的預壓材料。

強夯置換法適用于粉砂土和軟黏土地基等，具有施工簡單、工期短、處理質量高等優點，且處理深度較深，滿足沉降要求。

挖除換填法基本適用于任何地基情況，優點是工期短、施工方便、現場檢測簡便等，缺點是需要大量換填材料。

水泥攪拌樁主要用于加固飽和軟黏土地基。采用水泥攪拌樁復合地基處理軟基，施工簡便、造價不高、效果較好，在該地區使用廣泛，有比較成熟的工程經驗。但水泥攪拌樁也存在著樁長不能過長（一般不大于15 m）、施工質量較難控制等弊病。

高壓旋噴樁適用于處理淤泥，淤泥質土，流塑、軟塑或可塑飽和黏性土地基，特別適宜在施工場地狹窄、凈空低、上部土質較硬而下部軟弱時采用，缺點是造價較高。

碎石擠密樁復合地基設備簡單，施工方便、快捷，對材料的要求也不是太高，是一種較經濟、合理的加固軟弱地基技術。由于復合地基中的碎石樁體由粗粒材料組成，可起到加速排水固結的作用，土的強度提高，抵抗樁體側向變形能力更強，樁體應力集中更明顯，達到樁、土協調一致，提高了復合地基強度，減少地基的沉降量，增強地基穩定性。

考慮該項目特點、工程經濟、施工難度及成熟經驗等，經綜合比選，確定該工程一般路段采用強夯置換法，橋頭路基路段采用振沖碎石樁法進行路基處理。

表1　巖土體基本特征表

表2　地基土承載力基本容許值一覽表

3.2　該工程軟基處理方案

3.2.1強夯置換

該工程選用強夯置換錘直徑為1.2 m，置換墩中心距為4 m，共進行4遍夯擊（2遍點夯，2遍滿夯）。第一遍點夯，夯點間距為4 m，夯擊能為4 000 kN·m（具體夯擊能量應通過試夯確定），處理范圍為兩側道路紅線外延5 m（寬度60 m），采用隔樁跳打的方式，保證連續兩次夯點間距為8 m，每一次夯擊后應及時平整場地、補充開山石碴。單點最后兩擊夯沉量不超過10 cm，夯擊時用水準儀觀測沉降。

經間歇期（不少于2周）后進行第二遍夯擊，夯點為第一遍點夯中央，夯點間距為4 m，夯擊能為4 000 kN·m（與第一遍夯擊能量相同），處理范圍、施作方法及觀測沉降與第一遍點夯相同。

3.2.2振沖碎石樁

路基兩側坡腳外15 m位置打壩、抽水、清淤1 m，鋪設1 m碎石墊層并夯實，以此作為施工平臺在其上布點進行振沖碎石樁施工。平臺頂面寬度為路基兩側坡腳外各延伸5 m。

碎石樁設計中按照承載力控制計算樁距，樁徑設計為0.8 m，橫向路基范圍為加固范圍，按間距2 m正三角形布設碎石樁；其后20m路基為橋頭過渡段，過渡段和錐坡部分及路基邊坡范圍，按間距2.2 m正三角形布設碎石樁。

4　加固效果檢驗

4.1　強夯置換加固效果檢驗

為了解加固范圍內巖土的工程地質特性，用來比較地基加固后土體的各項物理力學性質指標的改善情況，強夯前分別布設取樣孔3個，每層土分別取一個樣，試驗后在上部填土層（淤泥層）和下臥粉質黏土層中分別取6組樣進行試驗，取樣總數為12組，進行室內常規物理力學性質指標試驗及部分特殊性土工試驗。室內土工測試結果均值見表3。

從實驗結果可以看出，強夯后淤泥質黏土和粉質黏土的含水率和孔隙比均有所下降，但粉質黏土的下降幅度不是很大；淤泥質黏土的摩擦角有較大提高，但凝聚力有所下降，這與強夯破壞其結構性有關。

實驗區內距離夯坑中心2 m，兩個夯坑中心和三個夯坑中心分別在強夯置換實驗前后進行了靜力觸探和動力觸探實驗。從靜力觸探測試結果可以看出，強夯置換后，距離夯坑中心2 m處和兩坑中心處的比貫入阻力高于強夯置換前，說明強夯置換加固效果較為明顯；在三個夯坑中心處的加固效果稍遜于前兩處。在垂直深度1～7 m段加固效果較好，8 m以下的加固效果不是很明顯，如圖1所示。

從動力觸探測試結果可以看出，2 m以下的強夯置換效果均較為明顯，2 m以上的錘擊數有所減小，可能由于強夯置換使土體擾動所致?？傮w來說，強夯置換顯著提高了海相淤泥軟土地基的承載力。強夯置換后地基承載力特征值均大于150 kPa，滿足設計要求。

圖1　動力觸探曲線

4.2　橋頭段碎石樁處理效果檢驗

在強夯置換碎石樁處理軟弱軟地基時，比較重要的是驗證處理后的地基承載力。該工程碎石樁采用正三角形布置，等效影響圓的直徑

面積置換率

復合地基承載力計算公式為

式中：fsp,k、fp,k、fs,k分別為復合地基承載力、碎石樁承載力標準值、原狀土的承載力標準值。

式中：n為樁土應力比，通常為2～4。

表3　室內土工測試結果

根據地勘報告可知原狀土的承載力標準值為120 kPa，取不同樁徑、樁間距代入上面公式可得到復合地基承載力為fs,k=174～191 MPa?？紤]碎石墊層的作用，預計加固后各工點地基的承載力設計值均可在180 kPa以上。

根據規范要求，路面設計使用年限內（15年）工后沉降標準為一般路段不大于30 cm，橋頭路堤不大于10 cm，涵洞或箱形通道處不大于20 cm。

沉降計算采用理正軟件、經驗系數法，輸入ep壓縮曲線，工后沉降基準期結束時間取 180（個月）。計算結果見表4。

從計算結果可見，經過碎石樁處理后的橋頭段復合地基承載力及工后沉降均可滿足規范要求，達到良好的加固效果。

表4　工后沉降基準期結束時沉降計算

5　結語

在該工程中對于一般路段，采用強夯置換法能達到理想的地基承載力（大于150 MPa），與傳統挖除換填方法相比，能節省15%的費用，具有較大的經濟效益。對于橋頭路段，采用振沖碎石樁法加固效果明顯，能夠滿足工后沉降要求。此外，沉降與穩定動態監測是地基處理施工中不可缺少的重要環節，也是驗證設計的重要手段，必須請有資質的獨立的第三方進行監測。為保證施工質量，施工前要進行成樁工藝和成樁擠密試驗。當成樁質量不能滿足設計要求時，應調整樁間距、填料量提升高度、擠密時間等施工參數，重新進行試驗或改變設計。

濱海公路的軟基處理方案應結合工程地質條件、不同工點、工程材料供應和工期等因素綜合比選，以便選取最優方案。