市政道路淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土復合地基處理方案研究

張 德 豪

(合肥市規(guī)劃設計研究院,安徽 合肥 230041)

1 概述

亞父路位于合肥巢湖經(jīng)濟開發(fā)區(qū)東南部，南接老S316，北接S105，連接巢湖市濱湖南岸區(qū)域、居巢經(jīng)開區(qū)、中心城區(qū)、合肥巢湖經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，是巢湖市重要的交通干道。

其中本文研究的路段位于合肥巢湖經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，道路南起鳳凰山路，北至半湯大道，全長約4.2 km，規(guī)劃為城市主干路。道路位于巢湖市北部組團綜合產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶上，是巢湖市“西進北拓”產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要軸向支撐，是巢湖市“兩環(huán)三橫三縱”骨架路網(wǎng)中的“一橫一縱”，聯(lián)系組團、兼顧部分過境功能。

2 現(xiàn)有條件分析

2.1 現(xiàn)狀建設條件

亞父路規(guī)劃紅線寬52 m，規(guī)劃為雙向六車道加輔道斷面。根據(jù)合肥巢湖經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建設計劃，道路為分期實施工程。其中：

一期工程僅實施東半幅主道，已于2017年建成通車，如圖1,圖2所示。

西半幅道路及全線慢行系統(tǒng)暫未實施，有待擴建。

2.2 地質(zhì)條件簡介及軟基處理措施

亞父路與現(xiàn)狀湯河相交，部分路段位于沿河灘涂及其下游沖積區(qū)，存在淤泥質(zhì)軟土。根據(jù)道路地質(zhì)勘察成果，擬建場地地基土承載力基本值及樁基設計參數(shù)如表1所示。

表1 亞父路地基土及樁基設計參數(shù)表

其中“高鐵線—湯河”段長約800 m，淤泥質(zhì)土深8 m～11 m，為重點軟基路段。

軟基路段現(xiàn)狀照片如圖3所示。

一期工程(東半幅主車道)實施時，該段東半幅軟基采用水泥攪拌樁處理、形成復合地基，提高承載力，如圖4所示。

目前，一期工程(東半幅主車道)已竣工通車近3年，總體運行狀況良好。

2019年，合肥巢湖經(jīng)濟開發(fā)區(qū)將亞父路二期工程納入建設計劃。即對亞父路實施續(xù)建、擴建計劃：具體為實施西半幅機動車道，并完善道路全線的輔道及慢行系統(tǒng)。

本文的研究主要針對上述提及的“高鐵線—湯河”段軟基，基于既有建設條件提出針對性的軟基處理方案并進行相應的分析評價。

3 軟基處理方案

軟基處理設計依據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范和道路地質(zhì)勘察報告，并通過認真收集沿線的地形、地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象等資料，合理分析并選擇有代表性的軟土地基各土層物理、力學指標作為方案設計的計算依據(jù)，提出兩種軟基處理方案。

3.1 水泥攪拌樁處理

水泥攪拌樁是利用專用的噴粉攪拌鉆機將水泥噴入軟土地基中，并將軟土與水泥強制攪拌，利用水泥與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學反應，使軟土結成具有一定強度的樁體而形成復合地基的一種施工方法，從而達到提高軟基承載力，減少軟基沉降的目的。

方案計劃采用樁徑為0.6 m，等腰三角形布置的水泥粉噴樁處理，樁間距為1.3 m。樁長根據(jù)淤泥土厚度確定，計算樁長12 m(實際最小約9 m)，以可塑或硬塑粉質(zhì)粘土作為樁端持力層。路基拼寬斷面及粉噴樁平面布置如圖5所示。

水泥攪拌樁復合承載力計算：

1)單樁豎向承載力特征值計算：

Ra=μp×∑qsia×li+α×Ap×qp或Ra=η×fcu×Ap(二者取小值)。

其中，計算樁長L=12 m，樁徑d=0.6 m，樁間距1.3 m;樁周長μp=3.14d=1.884，樁截面面積Ap=3.14×d2/4=0.282 6;樁身強度折減系數(shù)：η取0.3，樁端土承載力折減系數(shù)：α取0.4。

計算得：Ra=263(169.6)，取170 kN。

2)復合地基承載力及沉降計算：

fspk=m×Ra/Ap+β×(1-m)×fsk。

其中，樁間天然土承載力特征值fsk=70 kPa；樁間土承載力折減系數(shù)：β取0.35；面積置換率：m=d2/de2=0.193 2；則：fspk=135.9 kPa，沉降量s=105.9 mm。

3.2 預制管樁處理

預制管樁是將工廠里預制好的鋼筋混凝土管樁運輸?shù)浆F(xiàn)場，利用機械沉樁施工，從而提高地基承載力和軟基的整體穩(wěn)定性，上部荷載通過樁基礎傳遞給土層，能較好地適應各種軟弱地質(zhì)條件。

方案采用預制管狀勁性體(管樁)，混凝土強度不低于C80，樁直徑400，采用正方形布置。計算樁長13 m。樁間距根據(jù)樁長度不同調(diào)整，計算取2.4 m。以可塑或硬塑粉質(zhì)黏土作為樁端持力層。樁頂設置樁帽，厚度300 mm,樁帽長寬均1.2 m。采用管樁的路基拼寬斷面及平面布置如圖6，圖7所示。

表2 亞父路軟基處理方案評價比選表

處理方案水泥攪拌樁,樁徑600 mm,有效樁長12 m預制管樁,樁徑400 mm,有效樁長13 m復合地基承載力低填段基本滿足要求;高填段仍需增加樁長、提高單樁承載力或減小間距,施工難度增加大于150 kPa,滿足要求工后沉降正常。但相對較大,且與已建東半幅的工后沉降不一致,交口等路段容易導致路面產(chǎn)生裂縫沉降值小,不均勻影響小對既有路基的擾動攪拌振動對東半幅已實施路基有一定影響可靜壓施工,影響相對較小施工速度一般較快質(zhì)量管控現(xiàn)場粉噴攪拌施工,樁身定位、施工控制、成樁強度等不易管控及監(jiān)測預制樁體,樁身質(zhì)量及施工過程易于管控經(jīng)濟比較每米估算單價元/m85275單位面積根數(shù)根/m20.6840.173樁帽造價/元—520(1.2 m×1.2 m×0.3 m)綜合單價元/m2697.7708.4

預制管樁復合承載力計算：

1)單樁豎向承載力特征值計算:

Ra=μp×∑qsia×li+α×Ap×qp

或Ra=δ×ψc×fcd×Ap(二者取小值)。

其中,計算樁長L=13 m，樁徑d=0.4 m，樁間距2.4 m;樁周長μp=3.14d=1.257，樁截面面積Ap=3.14×d2/4=0.126;樁身穩(wěn)定系數(shù)：δ取1，樁端土承載力折減系數(shù)：α取1，基樁成樁工藝系數(shù)：ψc取0.85。

計算得：Ra=460 kN。

2)復合地基承載力及沉降計算：

fspk=λ×m×Ra/Ap+β×(1-m)×fsk。

則：fspk=150.6 kPa,沉降量s=10.6 mm。

4 方案評價

該項目為城市道路，道路豎向高程較原地表高程抬高0.5 m～3.0 m左右，原地表分布有0.5 m～1.3 m的雜填土，其下為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及黏土層，現(xiàn)就上述兩種軟基方案進行對比分析如表2所示。

5 結語

從以上分析可以看出：1)在樁長約12 m、滿足軟基段復合地基承載力的要求下，兩種處理方案的造價基本相當。2)基于亞父路地質(zhì)成果及其為二期續(xù)建工程的情況，與水泥攪拌樁方案相比，采用預制管樁技術方案復合地基承載力較好，工后沉降小，能有效減小新老路基拼接后的不均勻沉降，且施工質(zhì)量便于建設單位監(jiān)管，施工進度也較快。推薦本項目的軟基處理采用預制管樁技術。