福建某江濱路軟基綜合處治設計

盧志偉

（漳州通正勘測設計院有限公司， 漳州 363000）

0 引言

近幾年由于國省干線及地方等普通公路的快速發展，軟基處理更突顯為一個建設難點及重點。通過對本項目鄰近道路的調查，路面不平整，其中雨水管檢查井、涵洞通道等鄰近構造物附近由于差異沉降路面不平整尤為明顯，表現為路面凹陷、開裂、積水，不僅影響行駛舒適性且影響行車安全、道路使用功能及車輛。經調查分析表明該區域軟土主要為淤泥或淤泥質土，呈流塑狀、飽和、壓縮模量小、孔隙比大、透水性差、強度低等特點，又軟基處理不徹底或只進行表層處理致使路面下沉不平整。本項目途經線路所涉及軟基處理段落多，占路線總長達45%，規模大，軟基分布工況多樣，具有不同軟土厚度、填高差異，以及鄰近構造物（橋梁、涵洞），因此采取綜合措施治理。本文根據項目軟基主要為淤泥或淤泥質土的特點，對其適用的堆載預壓+塑料排水板、水泥攪拌樁、PTC管樁等軟基處理方案從影響軟基處理方案決策的4個主要參數中[5]，結合項目軟基段落工況選取軟土厚度、填土高度兩個主要參數進行數據計算分析，得出基于以上兩個主要參數軟土厚度、填土高度的處理方案的適用范圍及特點，為在類似沿海這種區域地質上進行軟基處理方案選擇提供參考、借鑒。

1 工程概況

1.1 工程基本情況

此次本項目涉及的軟基處理范圍為 K0+410～K1+000、K2+100～K2+860、K2+860～K2+930、K3+310～K3+387,占路線總里程45%，路幅寬度70-80m，詳見表1。由于處理規模大，處理深度4-16m不等，填土高度3-7m，因此合理選擇軟基處理方案，節省造價、保證工期、控制沉降，為本項目面臨的建設難點及重點。

表1 四軟基處理段落工況匯總表

1.2 地形地貌及軟土工程特性

項目所處場地屬河流沖洪積地貌，現狀主要為居民區、耕地、魚塘及河流等，水系發育，植被一般發育。場地所處區域地勢總體較平緩。

沿線軟基路段地基土層分布從上至下依次為：①-1耕土或①-2素填土；②-1淤泥質土或②-2淤泥；③粉質粘土；④殘積砂質粘性土；⑤全風化花崗巖。②-1淤泥質土或②-2淤泥等軟土呈流塑狀、飽和、壓縮模量小、孔隙比大、透水性差、強度低等特點，軟基路段易產生沉降及差異沉降，物理力學指標低應進行深層軟基處理。軟弱土物理力學指標如表2所示。

2 軟基綜合處治方案

本項目填方路段大多為軟土地基，主要為淤泥或淤泥質土，其壓縮模量小、透水性差、強度低，宜進行深層軟基處理來減少沉降和提高地基承載力。根據軟土性質特點，選取三種適用于淤泥或淤泥質土的處治方案：堆載預壓+塑料排水板；水泥攪拌樁；PTC管樁。詳見表3。

表2 軟弱土物理力學指標及樁基設計參數建議取值表

表3 軟基綜合處治方案一覽表

3 軟基綜合處治設計及計算分析

3.1 軟基綜合處治設計

3.1.1 堆載預壓+塑料排水板

堆載預壓期、塑料排水板間距、堆載大小是該法設計的關鍵，排水板的尺寸以盡量減少井阻效應為宜，本次排水板斷面尺寸為 100mm×4.5mm，間距取1.0m～1.6m,深度超過軟土層2米，頂層設置0.5m厚砂墊層。

3.1.2 水泥攪拌樁

進入新世紀,黨中央國務院提出以人為本、全面協調可持續的科學發展觀。2003年,胡錦濤在中央人口資源環境工作座談會上強調,環保工作要著眼于人民喝上干凈的水,呼吸清潔的空氣和吃上放心的食物,在良好的環境中生產生活,集中力量先行解決危害人民群眾健康的突出問題。截至2005年的中央人口資源環境座談會,中央一直將民生作為環境保護的目標。2008年國務院機構改革,原國家環保總局升格為環境保護部,主要職責為“擬訂并組織實施環境保護規劃、政策和標準,組織編制環境功能區劃、監督管理環境污染防治、協調解決重大環境問題等”。

本次設計，水泥用量按平均65Kg/m進行考慮，水灰比0.45～0.5，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，樁身無側限抗壓強度（28天齡期）不低于1.2MPa，樁徑0.5m，單樁承載力取120KN，樁間距取1.0m～1.8m，樁頂褥墊層設置0.5m厚級配碎石砂（石砂比7：3），其間夾雙層鋼塑復合土工格柵。

3.1.3 PTC管樁

本次采用疏化樁間距，通設置0.5m厚級配碎石砂（石砂比7：3），其間夾雙層鋼塑復合土工格柵，來使樁土變形協調，提高樁間土承載力發揮度，樁徑外徑一般為40cm（壁厚6cm）、50cm（壁厚7cm），樁間距按4倍樁徑～6倍樁徑考慮。樁頂設樁帽或聯系梁。

3.2 軟基處治方案計算分析

三種軟基處理方案在圖 1系統中，以承載力、沉降、穩定性為控制目標，各有各的作用及制約因素。以下分別對四軟基段落進行三種軟基處理方案計算得到承載力、沉降、穩定性等數據（詳見表4），并結合各自的發揮機理進行分析，確定各方案的適用范圍。

圖1

表4 四段落軟基處理方案計算數據匯總表

3.2.1 堆載預壓+塑料排水板

根據各軟基段的工況計算見表4，四段落的穩定性0.7～1.3，工后沉降0.3～0.6 m，工期10～46月均難以滿足工程技術要求。

K2+100～K2+860段指標稍好，K2+860～K2+930指標最差，計算表明當軟土厚度超過10m以后，工期延長、加密間距均難以滿足堆載所需穩定性及工后沉降的要求。本方案通過設置堆載使地基土中產生孔隙水壓差，使水滲流固結，設置豎向塑料排水板來縮短孔隙水滲流排水距離和增加排水通道，以此縮短固結時間，促進地基土強度的增長滿足沉降及穩定性的要求。工后沉降、穩定性、堆載超載等均要求有足夠時間滲流固結以提高地基土強度，因此其承載力、沉降、穩定性各項控制指標主要取決于固結時間。隨著軟土厚度的加大、填土高度的加大所需固結時間即工期越長，合理工期成為控制因素。該法對于不同填土高度、軟土厚度、工期如圖2所示，以工期10個月為限，3m填土高時軟土厚度超過10m以后工后沉降、穩定性、工期均難以滿足要求；填土高 5m、7m時軟土厚度分別降至6m、4m以下時才是適用的。

通過以上計算分析，堆載預壓+塑料排水板對于本項目各軟基段落是不適用的。

圖2

3.2.2 水泥攪拌樁

根據各軟基段的工況計算見表4，以下對各段的工后沉降、穩定性、承載力進行總結分析。

沉降分析：隨著軟土厚度的加大，為避免樁底懸浮于軟土中，樁身穿透軟土層樁底落至較硬土層，因此樁長變長，工后沉降及總沉降逐漸變小。各軟基段的工后沉降0.05～0.3，均滿足工程技術要求。穩定性分析：各段計算數據表明穩定性，3m填高時約2.5，5m填高時約2.28，7m填高時約1.85，穩定性隨軟土厚度變化不大，各軟基段穩定性均能滿足要求。承載力分析：僅K2+860～K2+930段地基承載力150KPa＜155KPa不滿足工程技術要求。該段處橋頭段填土較高、軟土較厚，基底承載力要求高。水泥攪拌樁通過深層攪拌機械將水泥漿或其粉體與地基土體混合反應，使其形成一定強度柱狀體，對土體起到置換及加固的作用。因此當置換率（樁徑、樁間距）取上限時，對填土較高、軟土較厚的工況，樁體強度形成的高低成為受制約素。

綜之，對于本項目四段軟基段樁體強度形成的高低是其適用性的關鍵。對于深厚軟土提高深層攪拌機械的攪拌能力，噴漿壓力等以保證深層樁身強度，水泥攪拌樁漿噴工法加固深度宜小于20m,粉噴工法宜小于12m[1]。見圖3所示，軟土厚度大于14m后，工后沉降較小成為增大間距提高承載力降低造價的受制約因素。因此從深層土機械攪拌能力、成樁質量、樁身強度、降低造價與沉降控制協調等方面考慮，水泥攪拌樁宜適用于軟土厚度小于14m；填土高度＜7m。

通過以上計算分析水泥攪拌樁除K2+860～K2+930段不適用，其余三段均適用。

圖3

3.2.3 PTC管樁

根據各軟基段的工況計算見表4，四段落的穩定性1.7～3.0，工后沉降0.01～0.15 m，承載力95～170KPa，PTC管樁強度高變形量小，各項控制指標均滿足工程技術要求。以下從管樁強度發揮程度、降低造價、擠土效應進行分析。

由于PTC管樁作復合地基處理時按摩擦樁設計[2]，需要較大入土深度以提供足夠的承載力，所以較小的土層厚度所提供的承載力不夠，限制管樁強度的發揮，此時若填土高度大需加密間距，擠土效應大、地面隆起、相鄰樁互相作用推移、擠斷等問題突顯且管樁強度得不到發揮，這種情況技術性和經濟性反而是不適宜的。因此綜合填土高度、軟土厚度、管樁強度的發揮程度、降低造價、擠土效應等因素，見圖4所示以600KN控制，填土高3米時不宜采用管樁，填土高度5m、7m時，軟土厚度大于14米時采用PTC管樁，與雍金兵等人由加固效果分析得出的適用范圍相近[4]。

通過以上計算分析，PTC管樁對于四段軟基雖然工后沉降、穩定性、承載力等各項指標，經計算均滿足技術要求，但從經濟性、擠土效應考慮，僅K2+860～K2+930段采用PTC管樁。

3.3 處治方案的確定

根據本項目四段軟基工況，堆載預壓+塑料排水板由于所需的滲流固結時間較長均不適用。K2+860～K2+930處橋頭路段且軟土較厚，填土較高沉降控制嚴格，采用 PTC管樁施工質量可靠，施工周期短沉降控制小。K0+410～K1+000、K2+100～K2+860、K3+310～K3+387三段由于土層厚

度相對較小，不利于PTC管樁樁身強度發揮及降低造價，因此采用水泥攪拌樁，造價適中能有效縮短工期，成樁質量易控制，經濟效果好。

圖4

4 軟基處治效果

填方路段在滿足承載力及穩定性同時，路面的平整度影響行車安全，又影響道路使用功能及車輛等。工后沉降及鄰近構造物處路基段的過渡段差異沉降成為衡量加固效果的關健。本項目橋頭工后沉降采用二級公路控制標準（≤0.20m），過渡段差異沉降引起的縱坡變化按≤0.4%控制[1]，路基軟基段控制標準（≤0.30m）。

表5 軟基處理段典型斷面監測沉降數據一覽表

路基填土完成半年后，通過收集整理監測單位數據，選取典型斷面樁號數據整理如表5，填土完成半年內沉降變形顯著減小，沉降速率明顯收斂，效果明顯。堆載預壓+塑料排水板由于工期太長未采用，其效果有待總結分析。

5 結論

本文結合了江濱路項目，基于兩個主要參數軟土厚度、填土高度，對以淤泥或淤泥質土等典型軟土的填方段，進行軟基處理方案的數據計算分析，并對路基填土完成半年內的監測表明，工后沉降、沉降速率均在控制范圍內。對此得出各處理方案適用范圍及特點如下：

⑴堆載預壓+塑料排水板，在工期允許情況下，填土高度3m時，適用于軟土厚度小于10m；填土高度5m時，適用于軟土厚度小于6m；填土高度7m時，適用于軟土厚度小于4m。

⑵水泥攪拌樁宜適用于軟土厚度4m～14m之間，填土高度小于7m的情況。

⑶PTC管樁,填土高3米時不宜采用，填土高度5m、7m時，軟土厚度大于14米時采用PTC管樁。