沿海地區(qū)高含水率軟基條件下路基與橋梁方案比較研究

江 帆

(福州市市政建設(shè)開發(fā)有限公司 福建福州 350100)

0 引言

福建省沿海地區(qū)軟土分布十分廣泛[1]。在軟土地區(qū)修筑道路工程，不可避免涉及到軟土處理問題。福建部分地區(qū)軟土，含水率非常高，普遍大于55%，在此高含水率條件下，采用常規(guī)的水泥攪拌樁、水泥粉煤灰碎石樁都出現(xiàn)了很多失敗案例，存在難以成樁、斷樁率高等問題，而采用剛性樁則能較好地解決此類問題，但費用增加幅度較大。一般條件下，當填土高度較小時，其軟土處理造價相對較少，但隨著填土高度的增加，軟基處理方案造價將大大增加。當填土高度超過某一臨界值時，其路基方案造價將超過橋梁方案。由此可見，合理經(jīng)濟地設(shè)置路基與橋梁的形式，對工程整體造價及工程質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。然而，目前工程界對軟基段多高的填土采用路基方案更合理，什么高度下填土改用橋梁方案更經(jīng)濟等尚無定論。因此，若能通過具體工程案例，對不同填土高度下的軟基處理方案與橋梁方案的經(jīng)濟性與優(yōu)缺點進行比選，得出路基與橋梁方案的臨界高度，將為工程設(shè)計部門提供很好的指導作用。

鑒于此，本文以沿海地區(qū)某項目工程為依托，通過對比分析不同填土高度下的軟基處理方案與橋梁方案的經(jīng)濟性與優(yōu)缺點，探討高含水率軟基條件下路基方案的臨界高度值，以供其他類似工程參考。

1 某工程項目概況及其軟基路段地質(zhì)評價

1.1 項目及地質(zhì)概況

某項目位于福建沿海地區(qū)，采用主路一級公路，輔路二級公路標準建設(shè)，輔路單側(cè)路基標準寬度16 m。場地為沖、海積平原地貌，場地現(xiàn)狀主要為房屋、菜地、池塘等，地形總體相對平坦。根據(jù)鉆探成果、區(qū)域地質(zhì)資料和測繪成果，測區(qū)內(nèi)未見大型滑坡、崩塌、泥石流、采空區(qū)等不良地質(zhì)作用，亦未見活動性斷裂構(gòu)造，總體上場區(qū)穩(wěn)定性較好，基本適宜工程建設(shè)。

測區(qū)一般海拔約3.0 m～8.5 m。表1為該項目地基參數(shù)表，由表1可知，場區(qū)表層主要為人工堆積層①雜填土、①2填砂等，局部分布薄層的人工①1耕植土，風積層②細中砂，其下為第四系海積層(Q4cm)、坡積層(Q4dl)、殘積層(Q4el)的砂類土、淤泥、粘性土、坡積土及殘積土等，下伏為力學性能好的全-微風化侏羅系南園組(J3n)凝灰熔巖。

表1 項目地基參數(shù)表

1.2 路基穩(wěn)定性評價及建議處理措施

場區(qū)內(nèi),軟塑～可塑狀粉質(zhì)粘土層、松散～稍密狀(泥質(zhì))粉砂及(泥質(zhì))中砂層、流塑狀淤泥、淤泥質(zhì)土層不均勻穿插分布。其中，流塑狀淤泥、軟塑狀淤泥質(zhì)土層，厚度約1.1m～24.0m不等，不利路基穩(wěn)定，且橋臺與路基連接路段易產(chǎn)生不均勻沉降。對于低填淺挖路段，建議清表后超挖回填碎石土或合格土，碾壓密實后分級分階碾壓填筑路堤，并注意加強排水措施；對于填方路段，由于沖、海積平原地貌場地內(nèi)下臥較大厚度的軟土層，對于軟土厚度小于3.0m，建議一般采用挖除換填等淺層處理措施，同時進行滿足地基承載力、軟弱下臥層以及變形驗算；對于軟土厚度大于3.0m的路段以及橋臺與路基連接路段，建議采用PTC樁、CFG樁或水泥攪拌樁等復合地基處理方法，對天然地基土進行改良加固；之后，進行分階填筑時，建議路基邊坡坡率為1∶1.75。施工時，注意地下水影響，并加強路基變形監(jiān)測。

2 方案比選段落具體描述

方案比選段落位于上某江輔路橋頭，主路已設(shè)置橋梁跨越上某江。臨近橋頭段，主要地層有④淤泥、⑥粉質(zhì)粘土、⑦淤泥質(zhì)土、⑨1含泥卵石、⑨粉質(zhì)粘土、⑩2粉質(zhì)粘土、⑨1含泥卵石、1砂土狀強風化凝灰熔巖、1碎塊狀強風化凝灰熔巖、1中風化凝灰熔巖；其中，軟土平均厚度約26m，設(shè)計填土高度在原地面以上約4m～8m。相關(guān)地基參數(shù)如表1所示，平面示意及地質(zhì)剖面如圖1～圖2所示。

圖1 平面示意圖

圖2 該段落地質(zhì)剖面

3 設(shè)計方案

在上述地質(zhì)條件下進行總體設(shè)計時，考慮2種方案。

方案一：設(shè)置路基并對軟基進行處理。常見的幾種軟基處理方式有：水泥攪拌樁、水泥粉煤灰碎石樁、預應力管樁等[2]。

因該段落臨近水系，淤泥含水率66.10%，高含水率對水泥攪拌樁及水泥粉煤灰碎石樁的成樁效果會造成重大影響。對于水泥攪拌樁而言，成樁效果差，難以形成樁身飽和的樁體。通過該項目其他段落現(xiàn)場試樁工藝調(diào)整，水泥摻量需增加至20%，工法采用四攪兩噴并嚴格控制施打速度，可在樁長12m范圍內(nèi)形成完整的樁身，并滿足設(shè)計強度要求，但與一般軟土條件對比，高含水率軟基條件下水泥攪拌樁成本增加約20%。對于水泥粉煤灰碎石樁而言，主要病害為斷樁，對工程質(zhì)量存在潛在風險，且不合格段落重新加固成本巨大。經(jīng)研究分析及現(xiàn)場試驗，高含水率軟基條件下，水泥粉煤灰碎石樁斷樁的位置集中在樁頭配筋與樁身素混凝土的交界處附近，一是流動性更大的軟土承受擠土效應時會更多地向周邊已施工的樁體釋放；二是樁間土流動性增大了施工期間葷素樁體交界處的剪應力集中，采用長螺旋鉆孔成樁工藝可有效消除擠土效應，加長樁頭鋼筋籠長度可有效降低斷樁率(實踐證明，鋼筋籠長度在8m以上可以獲得預期效果，鑒于成本考慮，不建議通長配筋)，采取以上措施后，較常規(guī)工藝綜合單價增加約25%。

圖3為路基計算模型示意圖。采用比選段落的設(shè)計條件，通過建模計算或規(guī)范理論計算，①采用水泥攪拌樁處理，承載力與沉降均不滿足要求。②采用水泥粉煤灰碎石樁處理，承載力與沉降在填土高度≤6m時可滿足要求，經(jīng)計算，當填土高度等于6m時，水泥粉煤灰碎石樁樁徑D=50 cm，樁間距d=2 m，正方形布置，平均樁長L=26 m，樁端持力層為含泥卵石，進入持力層深度1m，并設(shè)置樁帽與褥墊層，單樁承載力475 kN，復合地基承載力159 kPa,最終地基總沉降0.024 m；③采用預應力管樁進行處理，可滿足設(shè)計最大填土高度8m的要求，經(jīng)計算，預應力管樁樁徑D=50 cm，樁間距d=1.8 m(規(guī)范規(guī)定樁間距宜控制在4～5倍樁徑[3]，由于路基填土高度較大，根據(jù)計算結(jié)果需加密樁間距)，正方形布置，平均樁長L=26 m，樁端持力層為含泥卵石，進入持力層深度1 m，并設(shè)置樁頂聯(lián)系梁，使管樁形成整體受力,單樁承載力626 kN，復合地基承載力233 kPa,最終地基總沉降0.033m。

圖3 路基計算模型示意圖

方案二：設(shè)置橋梁。圖4為橋型布置圖，由圖4可見，橋梁上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆箱梁，下部結(jié)構(gòu)為(墩)采用蓋梁柱式墩、樁基礎(chǔ)，(臺)采用扶壁臺、樁基礎(chǔ)。

圖4 橋型布置圖

2 造價分析及方案優(yōu)缺點比較

表2對比了不同填筑高度路基與橋梁方案造價。表3為路基、橋梁方案優(yōu)缺點對照表。經(jīng)造價分析及方案優(yōu)缺點對比可見，當填筑高度大于6 m時，橋梁方案優(yōu)于路基方案，工程經(jīng)濟性更好，工藝可靠性更強，社會影響更小，占用土地更少；反之，路基方案更優(yōu)。

表2 不同填筑高度路基與橋梁方案造價對比 元/m2

表3 路基、橋梁方案優(yōu)缺點對照表

3 結(jié)論

在道路總體設(shè)計過程，除了考慮道路與河道交叉應設(shè)置橋梁外，高填方路段也應對路基和橋梁方案進行多方面比較。沿海地區(qū)高含水率條件下，軟土路基處理應有加強措施，費用增加應在方案比選時充分考慮。本文以沿海軟土地區(qū)某項目工程為依據(jù)，通過比選不同填土高度下路基與橋梁方案的經(jīng)濟性與優(yōu)缺點，表明高含水率軟基條件下，當路基高度大于6m時，優(yōu)先選擇橋梁方案，反之，路基方案更優(yōu)，其分析比選方法及成果將為其他類似工程提供很好的指導作用。