高速公路軟土路基處理研究

趙小華

(江西贛基集團工程有限公司，江西 九江 332000)

1 工程概況及路基加固

自從該高速公路開通以來已經過去九年多，交通量一直保持高速增長，由最初的7 235輛/晝夜一直攀升到59 327輛/晝夜，現有的車道數量已不能滿足日益增長的交通需求，經過研究決定需將該高速公路擴建為雙向六車道。

該條高速公路大部分土層屬于沖擊土層，主要存在以下三種類型的土層：(1)三角洲相沉積地砂土，土層厚度約為1.0～8.1 m；(2)河流階地沖積砂土，土層厚度約為1.2～6.23 m；(3)山間河谷型淤泥，土層厚度約為2.1～3.9 m。該條高速公路軟土路基分布在K0+600～K13+290段，根據相關統計調查，沿線軟土路基51處，合計4 326 m。其中9處930 m軟基采用砂墊層的方式進行處理；42處3 396 m軟基采用袋裝砂井加砂墊層的方式進行處理，砂井間距1.2～1.6 m，砂井直徑8 cm，按梅花型進行布置。自該高速公路開通以來已經過去九年多，按理論方法進行計算，地基的固結度基本達到最大值，所以可以判斷老路基不含部分次固結的沉降已經結束。從表1中可以看出，經過長時間的交通荷載作用后，老路基下方軟土路基各項指標都有一定程度的提高，特別是抗剪強度增加顯著。K0+600～K7+800段內的壓縮模量平均值增長了0.485 MPa。

表1 軟土主要物理力學指標對照表

2 軟基處理

高速公路沿線軟土路基自通車以來已經過去九年多，沉降已經達到160 mm。在該高速公路沿線邊坡上進行拓寬擴建時，極重的交通荷載及新增土方的壓力一定會導致舊路基的沉降量繼續增大、新舊路基沉降量的巨大差異必然會導致銜接出現問題及舊路基變形。在嚴重的情況下，甚至發生路基下沉速度過快、新舊路基出現拉裂破壞等嚴重病害，給該條交通量極大的高速公路的交通安全帶來不可預測的嚴重危害。另一個特別需要關注的問題是如何確保兩路基之間較好的連接，圖1是該高速公路拓寬軟土路基受力詳細圖。從圖1上可以看出，A點的下方是最危險的位置，該高速公路的最大填土厚度是3.75 m。

圖1 加寬軟土路基受力圖

經過初步研究討論決定使用袋裝砂井及砂墊層的方式進行軟土地基處治，砂井直徑為8 cm，砂井間距1.2 m，地基的穩定性計算使用有效固結應力法計算完符合相關規范要求，如圖2所示。軟土路基經過6個月的排水固結后，路基施工完成后的沉降量小于10 cm。但是，因為該條高速公路的拓寬擴建工程施工場地緊湊、施工時間緊張并且還要開放交通等多種原因，經過研究后決定使用施工完成后沉降量較小、效率更高的水泥粉噴樁進行軟土路基處治，最終放棄采用施工周期較長的排水固結法處治軟土路基。

圖2 軟土路基橫斷面

2.1 粉噴樁的設計

(1)水泥的摻入比

通過在高速公路拓寬擴建施工現場對土體進行采樣，然后再進行室內配合比設計。各種齡期的水泥土試驗檢測結果如下所示：通過室內相關試驗可以發現，軟土和水泥的密度極其相似，水泥土的密度伴隨著水泥摻入比的提高而會出現小幅度的增大。當水泥摻入比在14%～21%范圍內時，比重提高0.2倍左右，含水量相較于天然軟土減少約0.3倍左右，其壓縮模量和抗剪強度增加明顯。隨著水泥摻入比的提高，無側限抗壓強度也隨之提高。特別是比例為12%～16%范圍內時，強度提高速度最迅速。因此，較為合適的水泥土摻入比例在12%～16%之間。經過相關計算后，決定采用50 cm直徑的粉噴樁處治軟土路基，使用425#早強水泥，摻入比為14%(誤差要求小于1 kg)。

(2)承載力

高速公路拓寬擴建施工粉噴樁的質量可以通過以下方式進行測試：①隨機選擇3～5處進行30 d的載荷試驗，如果處理后的地基強度≥100 KPa，單樁的承載力>10 t，即符合相關規范要求。②N10輕型觸探(深度范圍4～5 m)，取總樁數的2%進行測試，當樁身1 d的擊數N10>15或者7 d的擊數N10>40即為合格；③采用隨機選擇的方式對0.2%根樁身鉆取芯樣，然后檢測樁身的抗壓強度。

(3)沉降量

粉噴樁復合地基的沉降量由以下兩個部分組成：地基的壓縮變形S1和樁端下未處理土的壓縮變形量S2。

S1=P0+P0zL(2Eps)

式中：P0、P0z分別表示群樁體底面處平均壓力和附加應力；L表示實際樁長；Eps表示復合地基壓縮模量。樁端下未處理土的壓縮變形S2可根據分層總和法求得。

2.2 新老路基銜接

為了確保新舊路基在拓寬擴建施工過程中及恢復交通后的穩定性，并且解決擴建施工完成后路面的沉降問題，考慮到有效解決這兩大問題，決定采用下列措施。

(1)在進行粉噴樁施工前，由于路基高度存在差異，需要預先在邊坡填上1.4～2.1 m土方。第一，可以在拓寬擴建路基下進行粉噴樁施工，降低新建路基的沉降量；第二，可以增加施工期間土體的穩定性；第三，可以作為處理軟土路基的施工場所。

(2)設置粉噴樁的范圍。在擴建路面下方布置樁體，實現消除兩路基間不均勻沉降并降低擴建路面的沉降量，根據路基的實際填土高度進行適當的削坡處理，且需要符合保持穩定方面的要求。粉噴樁必須貫穿淤泥進入持力層60 cm。

(3)為了在一定程度上減少工程量，梅花樁變樁距進行設置，擴寬路面的下方按照較密集的梅花形進行設置，這樣的作法可以阻止淤泥從側邊排出，達到降低路基總沉降量的目的，舊路基下方選擇疏間距設置樁位，可以在一定程度上減少工程量。

(4)為了盡可能減少兩路基之間的不均勻沉降并維持路基的穩定，讓應力傳遞更加均勻，決定使用土工格柵加土工布的辦法。其中，土工布在格柵的上方，中間進行填砂處理，兩層之間的距離為50 cm，土工布可以讓應力分布更加均勻，達到與鋼筋網相似的效果。

(5)考慮到該地區是多雨區域，且路基大多選用砂性土進行填筑，所以挖掘舊路基邊坡后必須阻斷路面水尤其在超高段的位置，阻止雨水對該高速公路邊坡進行沖刷，快速從現場清除路面積水。對軟土路基進行施工時，必須阻斷外來水并且禁止硬路肩上的車輛通行，從而保證路基的安全穩定性。

2.3 軟土路基處理效果分析

根據相關檢測結果表明，經過粉噴樁處理后地基改善效果明顯。水泥土的無側限抗壓強度一般為400～4 000 KPa；在淤泥質粘土層中的其強度達到2 450～3 850 KPa；對于承載力較低的天然土層加固后實測地基承載力可達170～250 KPa。

與新線軟土路基處治設計相比，高速公路拓寬擴建對路基的穩定性、施工完成后路基的沉降量要求更加嚴格，經過粉噴樁處理后能有效解決兩路基間差異沉降及銜接的問題。

3 結 語

通過對某高速公路拓寬擴建工程中的軟土路基進行處理，總結出以下幾點經驗：

(1)拓寬工程的填土最高點位于新路基邊緣，極大的概率出現在老路基的邊坡上方。軟土路基處理范圍最好包括拓寬路面下方，實現消除兩路基間不均勻沉降并降低擴建路面的沉降量，根據路基的實際填土高度進行適當的削坡處理，且需要符合保持穩定方面的要求。

(2)拓寬路面施工完成后路基的沉降量小于10 cm，復合地基的承載力需要達到大于110 KPa的要求，故粉噴樁處理后地基改善效果明顯。

(3)路面拓寬施工期間需要考慮排水等方面的問題，防止雨水淤積在邊坡里，導致舊路基的破壞。