變剛度調平設計理念在城市道路深厚軟土地基處理中的應用

徐 敏，項偉圓

（華設設計集團股份有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215007）

在交通、市政等領域的城市道路深厚軟土地基處理中采用變形控制設計的理念越來越受重視。很多學者對基于變形控制復合地基的樁基布置、不均勻沉降變形、荷載傳遞、樁土間相互作用等進行多方面研究，得到了一系列成果[1]。城市道路的功能需求較多，高等級城市道路的橫斷面較寬，使橫斷面上的地質條件和各組成部分承擔的荷載都有所不同。變剛度調平設計理念的基本思路是考慮地基、基礎與上部結構的共同作用，對樁基布置及基礎剛度分布進行調整，達到控制不均勻沉降的目的。文章依托蘇州某新建城市主干路，通過研究城市道路橫向上變剛度調平設計優化來達到控制差異沉降和減少投資規模、節約工程造價的目的。

1 變剛度調平設計優化思路

1.1 橫斷面上產生差異沉降的主要原因

（1）設計規范中有關道路橫向容許工后沉降控制標準不明確。《城市道路路基設計規范》（CJJ 194—2013）（以下簡稱《規范》）[2]中軟基處理控制方法主要是控制道路縱向上的工后沉降（見表1），卻忽略了橫向上差異沉降的控制。由于道路橫斷面上荷載的差異，在地質條件較差的深厚軟土地區，橫向上易產生盆形沉降槽即道路中間沉降大、邊緣沉降小，輕則造成路面不平整，嚴重時影響車輛行駛的安全。

表1 容許工后沉降 單位：m

（2）城市道路橫向荷載分布的差異性。受道路橫坡的影響，非機動車道和人行道部位填土高度比道路中心要低，如雙向6車道的城市主干路，橫坡為1.5%～2%，一般非機動車道及人行道部位的填土高度要比機動車道部位低30cm左右。同時，側分帶、非機動車道和人行道部位路基僅承擔路堤靜荷載，而機動車道部位除了承擔靜荷載，還要承擔車輛動荷載。

（3）常規軟基處理方案未考慮橫向荷載分布差異。若采用等樁長和等樁間距布樁方式，雖然能減小總沉降，滿足《規范》要求，但不能從根本上消除差異沉降，同時也不經濟，不利于節約投資。

1.2 設計優化思路

此次研究結合建筑地基變剛度調平設計理念，考慮道路橫向荷載分布差異性，從橫向上對道路復合地基處理進行優化，主要思路是從橫向上對樁長或樁間距進行調整，從而實現復合地基剛度的漸變。

2 工程案例

2.1 項目情況

蘇州某道路按雙向6車道城市主干道路設計，設計車速為60km/h，設計荷載按城-A級進行設計。道路紅線寬度為60m，半幅道路布置為9m綠化帶+3m人行道+4m非機動車道+3m側分隔帶+11m機動車道（見圖1）。由于規劃標高限制，該項目填土高度約為3m。

圖1 道路橫斷面圖（單位：m）

2.2 地質情況

該項目區屬于長江三角洲太湖流域沖湖積平原區。項目區域內軟土深度變化幅度大，總體工程地質條件差，層厚為2.4～25.5m，屬于淤泥質粉質黏土，黏土呈灰黑色，流塑，主要物理力學性質見表2。

表2 主要物理力學指標表

3 模擬計算結果

文章選取路段位于橋頭過渡段，該處道路填土高度約3.5m，考慮車輛荷載的影響，采用理正巖土分析軟件5.6PB3進行計算分析。

3.1 未處理時沉降

從工后沉降盆形圖（見圖2）可以看出，道路中心的工后沉降為38.5cm，不滿足《規范》要求，需要進行處理；側分帶部位存在明顯的差異沉降，經計算，路拱橫坡的工后增大值為（0.354-0.328）÷3.5=0.74%，參考《規范》中拼寬路基的相關要求，路拱橫坡的工后增大值應小于0.5%，因此橫斷面方向上差異沉降也不滿足《規范》要求[3]。

圖2 未處理時工后沉降盆形圖（單位：m）

3.2 常規處理方案的工后沉降

采用樁間距1.2m，樁長18m的雙向水泥攪拌樁處理后，道路中心的工后沉降為14.9cm，能夠滿足《規范》要求；機動車道邊緣與非機動車道部位存在明顯的差異沉降，經計算，路拱橫坡的工后增大值為(0.136-0.125)÷3.5=0.31%。從計算結果來看，處理后橫向工后差異沉降滿足《規范》要求。雙向水泥攪拌樁處理后道路中心沉降較未處理時極大減少，橫向差異沉降量也有所減小，說明雙向水泥攪拌樁復合地基在控制沉降及控制橫向差異沉降方面效果較好（見圖3）。

圖3 處理后工后沉降盆形圖（單位：m）

3.3 變剛度調平優化設計后的工后沉降

優化設計思路分為兩種，第一種方案為橫斷面方向上，樁長保持不變，機動車道部位樁間距不變，外側人非系統樁間距逐漸增大，從而實現復合地基剛度的漸變；第二種方案為橫斷面方向上，橫向樁間距不變，機動車道部位樁長不變，外側人非系統樁長逐漸減小，從而實現復合地基剛度的漸變[4]。

（1）變樁長，等間距布置。機動車道采用樁間距1.2m，樁長18m的雙向水泥攪拌樁處理；非機動車道及人行道部位采用間距1.5m布置，樁長維持不變。經計算，路拱橫坡的工后增大值為0.015/3.5=0.43%，因此橫向上差異沉降滿足《規范》要求。

（2）等樁長，變間距布置。機動車道采用樁間距1.2m，樁長18m雙向水泥攪拌樁處理；非機動車道及人行道部位維持間距1.2m布置，樁長調整為15m。經計算，路拱橫坡的工后增大值為0.0154/3.5=0.44%，因此橫向上差異沉降滿足《規范》要求。

方案比選見表3。從比選結果來看，兩種變剛度調平優化設計方案均滿足《規范》要求，可節約11%～14%的布樁量，極大程度地節約了投資。

表3 方案比選表

4 結論

（1）變剛度調平設計滿足相關設計《規范》要求，使橫斷面上沉降差異更趨于平均，路基整體協調性更好。

（2）變剛度調平設計可取得較好的經濟效益，與常規設計方案相比，可減少11%～14%的布樁量；采用變剛度復合地基處理后，由于用樁量的減少，可以節約工程造價，經濟效益顯著。