淺談涵洞軟基處理設(shè)計(jì)

朱萬(wàn)君

（福建省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院，福建 福州 350001）

0 引言

涵洞是道路工程中不可缺少的構(gòu)造物之一，它在整個(gè)道路工程中扮演著排水、通行、保護(hù)各種電纜和管線(xiàn)的重要角色。而涵洞結(jié)構(gòu)質(zhì)量的好壞排除施工質(zhì)量的影響外最主要的因素就是涵洞基礎(chǔ)下地基處理地是否到位。涵身、翼墻的開(kāi)裂和相鄰涵身形成的錯(cuò)臺(tái)就是地基處理不當(dāng)?shù)漠a(chǎn)物，因此合理的選擇地基加固方法是保證涵洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和涵體完整的基礎(chǔ)。本文以莆田市總部商務(wù)區(qū)配套路網(wǎng)工程為例，對(duì)城市道路涵洞底部軟基處理設(shè)計(jì)進(jìn)行解剖與分析。

1 工程概況

莆田市總部商務(wù)區(qū)配套路網(wǎng)位于莆田市西天尾鎮(zhèn)西南側(cè)，屬于莆田市西天尾鎮(zhèn)莆田市總部商務(wù)區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃區(qū)范疇，共包含公園路、支路一～支路七等8條道路，路線(xiàn)總長(zhǎng)2.3744km，公園路規(guī)劃紅線(xiàn)寬度16m，支路一～支路七規(guī)劃紅線(xiàn)寬度12 米。支路一起點(diǎn)與支路三相交，測(cè)設(shè)樁號(hào)BK0+000，線(xiàn)位總體呈東南走向，在BK0+037 跨越現(xiàn)狀河道，設(shè)計(jì)一座2-4.0×3.0m 鉿箱涵，線(xiàn)路終點(diǎn)與支路七相交，測(cè)設(shè)樁號(hào)BK0+403.346。經(jīng)地質(zhì)勘察鉆探成果表明該處箱涵底部地基中軟土厚度約為6～9m，表層無(wú)硬殼層，為高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度軟弱土層。本次軟基處理的關(guān)鍵就是如何針對(duì)此種地質(zhì)情況選擇最優(yōu)的軟基加固方案。

2 涵底軟基處理設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容

2.1 前期準(zhǔn)備

收集工程所在地的地形、水文、環(huán)境和地質(zhì)勘探資料，根據(jù)資料確定出涵洞的形式和孔徑大小，最終計(jì)算出涵洞的基礎(chǔ)承載力數(shù)值。當(dāng)該數(shù)值大于地基承載力基本容許值時(shí)就必須對(duì)此地基進(jìn)行加固處理，同時(shí)涵洞的基礎(chǔ)承載力也是軟基處理是否合格的重要指標(biāo)。

2.2 軟基處理設(shè)計(jì)的基本思路

2.2.1 了解軟基和軟基處理

所謂軟基就是軟土地基，在本工程中主要指淤泥和淤泥質(zhì)土。軟基處理就是為滿(mǎn)足建筑物對(duì)地基強(qiáng)度與穩(wěn)定性的要求，而對(duì)軟弱土層進(jìn)行加固和補(bǔ)強(qiáng)的技術(shù)措施。

2.2.2 箱涵設(shè)計(jì)

新建涵洞為2-4.0×3.0m 鋼筋混凝土箱涵，涵身采用C35 鉿，其受力主筋及構(gòu)造鋼筋均采用HRB400 鋼筋，涵身基礎(chǔ)為C25 砼，翼墻為C35 砼，洞口河床鋪砌為C20 砼。最終計(jì)算出箱涵基礎(chǔ)承載力應(yīng)不小于0.15MPa。

2.2.3 涵底軟基加固方法

在道路工程中最常使用的涵底軟基處理方法有四種。①換填法：當(dāng)軟弱土層厚度較小（厚度〈3m）時(shí)，采用挖除淤泥換填砂、碎石或石渣（費(fèi)用低）的方法。②拋石擠淤法：當(dāng)軟弱土層厚度較大（3m〈厚度〈5m）時(shí)，采用的向淤泥拋填塊石，以塊石作為骨架來(lái)達(dá)到提高地基強(qiáng)度的方法。③復(fù)合地基處理法：當(dāng)軟弱土層厚度很大（厚度〉5m）時(shí)，采用的天然地基和加固基體（攪拌樁、高壓噴射注漿樁、碎石樁、石灰樁）相結(jié)合組成的復(fù)合地基的方法。④鉆孔灌注樁加固法：適用于各種地基的加固，需預(yù)制鋼筋籠，費(fèi)時(shí)費(fèi)工、工程造價(jià)高。

2.2.4 涵底軟基加固方案比選

根據(jù)地質(zhì)勘探資料結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)該處箱涵涵底地基處理提出了樁基和復(fù)合地基兩種處理方案。樁基方案選定為鉆孔灌注樁，它施工工藝成熟、應(yīng)用廣泛，但本項(xiàng)目位于市區(qū)內(nèi)，鉆孔灌注樁產(chǎn)生的廢漿難以處理易造成環(huán)境污染且工程造價(jià)高。復(fù)合地基方案考慮了攪拌樁和碎石樁兩種，最終選定為粉煤灰碎石樁（造價(jià)經(jīng)濟(jì)）。粉煤灰碎石樁不但兼顧了鉆孔灌注樁的各種優(yōu)點(diǎn)還增加了無(wú)泥漿、無(wú)污染和容易控制質(zhì)量等新優(yōu)點(diǎn)，而且由它形成的復(fù)合地基不像樁基那樣過(guò)分依賴(lài)樁體來(lái)承擔(dān)水平和垂直的荷載。經(jīng)各方單位商討，同意此次涵底軟基加固方案采用粉煤灰碎石樁復(fù)合地基進(jìn)行加固。

2.2.5 粉煤灰碎石樁復(fù)合地基

粉煤灰碎石樁簡(jiǎn)稱(chēng)為CFG 樁，它是由碎石（粒徑為20～50mm，松散密度為1.39t/m3，雜質(zhì)含量小于5%）、石屑（粒徑為2.5～10mm，松散密度為1.47t/m3，雜質(zhì)含量小于5%）、粉煤灰（選用袋裝Ⅱ、Ⅲ級(jí)粉煤灰）、水泥（用32.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥）和水拌合而成具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁[1]。粉煤灰碎石樁是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型，通過(guò)它提高地基承載力和減少地基變形的方式來(lái)進(jìn)行軟基的加固。本項(xiàng)目的涵洞基底軟土地基，我們采用的是土工格柵砂墊層+粉煤灰碎石樁來(lái)進(jìn)行加固。該加固方法是利用土工格柵砂墊層把樁和樁間土緊密的聯(lián)系在一起，依靠樁體的承載力、振動(dòng)沉管法施工和樁體對(duì)土體的擠密作用力和土工格柵砂墊層的作用力這三種力，形成了可滿(mǎn)足涵洞基礎(chǔ)承載力要求的粉煤灰碎石樁復(fù)合地基。

2.2.6 土工格柵砂墊層

土工格柵砂墊層保證了樁、土可以共同承擔(dān)荷載，它不但減少了涵底基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中還重新分配了樁、土之間的荷載比率[2]。土工格柵砂墊層布設(shè)在樁帽之上，體現(xiàn)為60cm 厚碎石砂墊層，其中底層30cm，底層上鋪設(shè)一層5cm 的砂隔離層，其上鋪設(shè)一層土工格柵，再覆蓋上一層5cm 的砂隔離層和20cm 碎石墊層，該墊層由中粗砂和碎石構(gòu)成。特別注意用作墊層的中粗砂，應(yīng)具有良好的透水性，含泥量不得超過(guò)5%，不含有機(jī)質(zhì)、粘土塊和其他有害物質(zhì)。

2.2.7 復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)

粉煤灰碎石樁復(fù)合地基的主要參數(shù)：①材料、機(jī)械的選擇②樁徑、樁距、樁長(zhǎng)的確定③樁體強(qiáng)度的等級(jí)④沉降的計(jì)算⑤砂墊層厚度的確定⑥土工格柵的層數(shù)⑦壓實(shí)的方法[3]。

2.3 施工質(zhì)量控制

為保證粉煤灰碎石樁復(fù)合地基的施工質(zhì)量一定要對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)：①原材料的質(zhì)量②場(chǎng)地平整、放樣精確③混合料的配比、灌入量和鉆孔施工質(zhì)量的嚴(yán)格控制④施工結(jié)束后，對(duì)樁長(zhǎng)、樁頂標(biāo)高、樁位、樁體質(zhì)量、土工格柵砂墊層的質(zhì)量和地基承載力的檢查。

2.4 沉降觀測(cè)

在涵洞側(cè)墻上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，每側(cè)各設(shè)置3 個(gè)，分別設(shè)置在涵洞進(jìn)出口和涵身中心處，每個(gè)涵洞共設(shè)置6 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，采用二等水準(zhǔn)測(cè)量要求進(jìn)行觀測(cè)。

3 設(shè)計(jì)涵底軟基處理時(shí)需考慮的問(wèn)題

涵底軟基處理時(shí)，應(yīng)先通過(guò)收集到的準(zhǔn)確的水文、地質(zhì)勘探資料確定出不良土體的種類(lèi)和厚度，再根據(jù)周邊原材料供應(yīng)情況參考當(dāng)?shù)爻Ｓ玫能浕幚矸绞剑ǔ鲎罱?jīng)濟(jì)、合理、有效的處理方案。并注意如無(wú)必要，在同一工程中處理相同條件下的軟基不建議采用多種不同的軟基處理方案。

4 結(jié)語(yǔ)

準(zhǔn)確、詳細(xì)的地質(zhì)勘探資料是涵底軟基處理的依據(jù)，選擇合理、經(jīng)濟(jì)的加固方案是軟基處理的核心。如本案例中運(yùn)用的土工格柵砂墊層+粉煤灰碎石樁就是該處涵底軟基處理的最優(yōu)方案，它形成的多元復(fù)合地基體系不僅在水平和豎向方面提高了地基承載力和抗變形能力，還起到了對(duì)土體排水固結(jié)和重新分配了樁、土之間應(yīng)力關(guān)系的作用。其中土工格柵砂墊層就是為進(jìn)一步提高本項(xiàng)目的軟土地基承載力和減少箱體的不均勻沉降而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。軟土地基加固方案的選擇一定要注意與工程實(shí)際情況相結(jié)合，在相同環(huán)境和條件下，可借鑒總部商務(wù)區(qū)配套路網(wǎng)涵洞涵底軟基處理設(shè)計(jì)。