奉化江口橋軟土路基處理方案研究

李春香

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶市 401121）

0 引言

我國幅員遼闊、軟土分布十分廣泛，在東南沿海及長三角、珠三角地區，分布著大量高含水量、高壓縮性，但是承載力低、滲透性差的軟弱土層。這類土層排水固結慢，往往需要幾年甚至幾十年的時間完成沉降穩定。因此，在軟土地基上修建道路，很難滿足強度與變形的要求，需經過特定的路基處理方能滿足使用需求。目前，國內軟土地基工程處理方法龐雜，這些方法有各自的作用機理和適用范圍，需綜合考慮地質、上部結構類型、使用要求、施工條件及技術經濟指標等因素[1]。該文通過江口橋工程的路基處理實例，對軟土地基處理方案的選擇做詳細的研究。

1 工程地質概況

工程場地處于近山前平原區及山麓。場地內以平原為主，地形較為平坦，地面標高一般2.0～5.0 m。場地西北部為殘丘地貌，地勢較陡，地面標高約5～50 m，山坡坡度約20℃～35℃。場地內地表水以河水為主，水資源豐富，剡江為場地內主要河流。

場地主要分布為軟土地基，表部為填筑土，厚度約0.6～7.1 m，雜色、松散，含少量黏性土填充，下伏軟-可塑狀粉質黏土，厚度約0.4～1.7 m，黃灰-灰黃色，俗稱“硬殼層”，以下為軟土，厚度約5～18 m，以下為沖海積、沖洪積層礫砂、圓礫及風化基巖。

測區內地勢平坦，地下水埋深一般1.0～2.0 m。沿線特殊性巖土主要為上部軟土與填筑土；沿線未發現洞穴、崩坍、滑坡等較大的不良地質現象，不良地質作用不發育。場地位于建筑抗震烈度Ⅵ度區，設計基本地震加速度0.05g，故不用對場地進行地震液化判別。

2 軟土地基處理原則及處理標準

2.1 軟土地基處理原則

軟土路基處理方法多種多樣，在各種處理方法中，軟弱土層的工程特性、分布范圍及厚度，通常是一級公路路基處理首先考慮的重要因素。根據國內外的工程經驗，軟基處理方法的選擇一般按照不處理—淺層處理方法—排水預壓方法—樁基方法的順序來考慮。不同的方法所解決的主要問題各異，但亦可針對某一地質狀況同時采用幾種方法以起到綜合處理效果。本項目軟土地基處理方案的選擇遵循以下原則：

（1）根據沿線地形、地基土的工程性質、路堤填筑高度、橋臺及不同路段的接坡位置、工期要求等采用不同的處理方法分段加固地基；

（2）處理方案的確定應以減小路基總沉降量，減小橋臺與道路接坡的差異沉降，控制工后沉降為主要目的；

（3）經濟可行、易于施工、質量可控；（4）總工期能滿足進度要求。

2.2 軟土地基處理標準

軟土地基處理設計標準參照《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）執行。軟土地基的處理是從穩定、沉降及滿足結構物的承載力要求等方面進行分析。軟基處理以工后沉降及路基穩定性為控制指標，具體要求如下：

（1）本路段路面采用瀝青路面，其路面的設計使用年限為15 a，在路面的設計使用年限內（15 a）路基所發生的殘余沉降為工后沉降，對于一般路段允許工后沉降不大于30 cm，橋臺和路堤相鄰處中小橋（臺后5～7 h），大橋（50 m范圍內）允許工后沉降10 cm，箱型通道等構造物處的允許工后沉降不大于20 cm，原有公路加寬段允許工后沉降5 cm。為保證沉降的緩和過渡，橋頭與一般路段間根據需要設置過渡段，過渡段一般為20～50 m[2]。

（2）穩定驗算的安全系數

穩定驗算時，采用圓弧條分法按路堤施工期及公路營運期的荷載分別計算穩定安全系數，施工期采用直接快剪（不固結不排水）指標，按總應力法計算，其容許值為1.10，運營期采用固結快剪（固結不排水）指標，按有效固結應力法計算，其容許值為1.2[2]。

（3）沉降計算

路基沉降量采用分層綜合法（Es及e-P曲線）計算主固結沉降Sc，并采用沉降系數m對其進行修正。沉降系數m為一經驗系數，與地基條件、荷載強度、加荷速率等因素有關，其范圍值為1.1～1.7。根據不同的地基條件、荷載強度以及處理方式等分別確定軟基計算用沉降系數m[2]。

壓縮層計算深度控制原則為計算層底面附加應力與有效自重應力之比不大于0.15，若確定后計算深度以下還有軟土層時，還應繼續計算，對于淺薄層軟土路段，計算至相對硬層為止。地基固結度按太沙基固結理論計算[2]。

（4）加載速率

填筑速度由施工觀測控制：填土速率按路基中心沉降小于1.0 cm/d，邊樁水平位移不大于0.5 cm/d控制。對于最高填土填筑期一般不超過9個月，其加載速度以25 cm/周控制。對于復合地基處理的路段亦可采用分級填筑預壓，分級填土時間間隔必須也滿足上述沉降和穩定的要求[2]。

3 軟土地基處理方案設計

針對本項目特點，選用幾種常規軟基處理方案進行優缺點對比分析，見表1。

3.1 一般路段

一般路段路基填土高度不大于2.5 m，采用排水板＋超載預壓或者真空-堆載聯合預壓對于施工工藝要求較高，且費用較高，故不推薦使用。鑒于本工程中主橋的建設工期約為二十四個月，因此考慮在橋梁建設期間內同步進行路基施工，待路基填筑完成后采用堆載預壓，自然沉降。預壓時間不小于9個月，經計算工后沉降可滿足設計要求。

3.2 臨河路段和橋后路段（箱涵后）

表1 地勘土體參數表

為控制橋后路段和臨河路段的工后沉降，本項目推薦采用復合地基法對橋后路段及臨河路段進行加固。復合地基法既可減少總沉降量，又不需要較長的預壓期，對提高地基承載力效果很好。

3.2.1 預應力管樁（PC樁）

預應力管樁的設計思路是利用樁基減少路堤的總沉降來達到控制路堤的工后沉降。具體設計是在軟土地基中按一定間距打設剛性樁，剛性樁頂端布置相應的樁帽，在樁帽頂面鋪設土工格柵加筋墊層。路堤的荷載通過土工格柵加筋墊層作用于樁帽，然后傳遞至樁身，形成一個相互作用受力體系，通過該作用體系，通常沉降很小。目前，該工法的應用越來越多。采用預應力管樁施工速度快，施工質量容易控制，處理深度不受限制，處理效果好。但是費用較高，施工過程中對周邊建筑和管線有振動影響。在場地允許的情況下，應采用靜壓法沉樁。

3.2.2 釘形雙向水泥攪拌樁

常規的水泥攪拌樁存在均勻性差，漿液上冒、受力不合理、經濟效益低等問題。釘形水泥土攪拌樁是針對現行攪拌樁存在的問題，對施工機械和工藝的一次改進，已獲得國家發明專利，被廣泛的運用于公路及市政工程。其原理是采用同心雙軸鉆桿，在內鉆桿上設置正向旋轉葉片并設置噴漿口，在外鉆桿上安裝反向旋轉葉片，通過外桿上葉片反向旋轉過程中的壓漿作用和正反向旋轉葉片同時雙向攪拌水泥土的作用，利用水泥或水泥砂漿作為固化劑，在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌，使土體與固化劑發生物理化學反應、形成具有整體性、水穩定性和較強高度的水泥土加固體。并且由于同心雙軸內外鉆桿同時正反向轉動，可以充分攪拌土體及阻斷泥漿上冒通道，有效改善復合地基的承載特性，充分發揮地基土體與增強體兩部分的承擔荷載的潛能。

釘形雙向水泥攪拌樁雖然工藝改進明顯，但是在實際施工過程中，仍然受到水泥噴入量、噴漿壓力及施工水平等各種因素控制，需要加強監管。

3.2.3 螺紋塑料套管現澆混凝土樁（TC樁）

螺紋塑料套管現澆混凝土樁（TC樁）是借鑒國外先進技術的基礎上消化和吸收后發展起來的，并且對其材料、工藝和設備進行了重新開發和改進，使之成為更加適合我國國情便于國內推廣應用的新型地基加固方法。

TC樁優點在于：

由于套管的存在，避免斷樁等質量事故，樁身完整性好，質量可靠；

沒有充盈系數，混凝土用量可以控制，節約造價；

提高了施工速度，降低了施工費用；

套管里是一個密閉空間，澆筑混凝土時可保證不受地基中土、水的影響，而保證混凝土的澆筑質量；

其專用套管（單壁螺紋型塑料套管）表面帶有螺紋，這樣與表面光滑的預應力管樁等相比有較大的樁側摩阻力和承載力。

TC樁缺點：

樁徑小（一般為0.16 m），樁的長細比大。最大處理深度不超過25 m，最佳處理長度為16～20 m，超過20 m后，施工難度大，樁端最好能進入較好的土層。

3.2.4 螺紋塑料套管現澆混凝土樁（TC樁）

帶受力盤TC樁是針對TC樁樁徑小，樁的長細比大，樁長受限，樁端最好進入持力層的缺點改進的，即在螺紋管放入鋼管之前，在螺紋管上每隔1～2 m間距設置一個塑料受力盤。然后再用較大直徑的鋼管把帶受力盤的螺紋管打到地下，完成打設后在螺紋管內澆注鋼筋混凝土。

該工藝已經在臨港新城其他工程中應用。

帶受力盤TC樁優點：

該工藝改進增大了樁徑，減小長細比，處理深度可達30 m。

相當于讓TC樁每隔1～2 m就受到一個樁端承載力，大大提高了樁的承載力。

帶受力盤TC樁缺點：

周圍土體回復較慢，28 d承載力檢測值偏小，但28 d后承載力仍有較大幅度地提高。

樁的極限承載力受混凝土強度控制，混凝土標號要求較高，需要C40甚至C50混凝土。

3.3 軟基處理方案確定

根據本工程沿線地基土的工程地質條件、設計填土路堤高度及施工期限，結合項目所在地成熟的施工經驗，推薦如下方案：

3.3.1 橋頭路段及箱涵后軟基處理

（1）橋頭路段及箱涵后處理位于老路改建路段

老路改建路段，水泥攪拌樁較難施工。由于路基沉降基本趨于穩定，因此，對老路翻挖后，采用輕質材料填筑路堤。由于采用粉煤灰填筑路堤時容易對環境產生污染，因此推薦采用泡沫混凝土作為老路改建路段橋頭和箱涵后回填的輕質材料。泡沫混凝土性能要求：泡沫混凝土的強度等級不小于F1.0，表觀密度等級不小于D800；流動度為180±20 mm。

（2）橋頭路段及箱涵后處理位于新建路段

根據地勘報告，橋頭路段及箱涵后軟土處理深度不超過16 m，因此采用釘形雙向水泥攪拌樁，直徑60 cm，平面梅花形布置，樁間距1.8 m。上部采用擴大頭5 m，直徑1.0 m。樁身設計強度1.0 MPa。處理范圍約為臺后40 m，其中靠近橋頭20 m為軟基處理加固段，樁長16 m，為保證橋頭路基沉降均勻過渡，在加固段外設置20 m過渡段，樁長13 m。臺后、涵身背后和涵洞頂部采用滲透性好的級配碎石回填。

3.3.2 臨河段軟基處理

根據地勘報告，臨河路段淤泥層較厚，樁處理深度需達到22 m，不適宜采用水泥攪拌樁和普通TC樁進行軟基處理，臨河段軟基處理采用預應力管樁（PC樁）或帶受力盤的TC樁進行比選，見圖1、圖 2 及表 2。

圖1 預應力管樁（PC樁）

圖2 TC樁

結合奉化同類項目的施工經驗及當地施工技術水平，臨河段采用預應力管樁（PC樁）處理。直徑40 cm，壁厚95 mm。其具體規格和技術指標參見浙江省建筑標準設計結構標準圖集“先張法預應力混凝土管樁”（2010浙 G22）中的 PC-400A（95）型。每根管樁包含接樁和開口型樁尖，樁帽采用C30混凝土，樁帽含與管樁的連接，其樁帽尺寸為120 cm×120 cm×35 cm[3]。為保證臨河路段與非臨河路段均勻沉降，分別采用22 m、20 m、18 m的樁長進行過渡。

表2 PC樁和TC樁比較表

4 結語

該文根據實體工程中軟基處理方案，比較分析了不同處理方案的優缺點及適用范圍，并得出以下結論：

（1）軟土分布區域及處理位置將直接影響處理方案的確定，該文主要按一般路段，臨河路段、橋頭及箱涵臺背路段進行了討論。

（2）軟基處理方案的確定，需要綜合考慮各方因素，實際工程中，土體厚度，工期特點，造價，施工難易程度及工程所在區域的施工技術水平都會直接影響工程方案的確定。

（3）合理的處理方案，在提高土基承載力的同時，還可以縮短工期、節約工程投入資金。