軟黏土中市政道路管線及構筑物的地基處理技術及應用

摘要：軟黏土地基承載力很低、不均勻沉降顯著，嚴重影響管線和構筑物安全運行。以某市政道路建設工程為例，針對本道路在設計施工過程中遇到的軟黏土地基，從軟黏土地基特性和易發生的問題引入，重點研究分析管線和構筑物軟黏土地基的處理方法和處理手段，同時針對其經濟性指標進行對比分析，優化設計方案，確定采取水泥土攪拌樁的方法進行加固處理措施。通過道路建成后運營一段時間進行監測，檢測結果表明：通過合理的加固措施能有效保障道路和管線正常使用：采用水泥攪拌樁加固方法能有效控制軟黏土地基不均勻沉降，顯著提高地基承載力。

關鍵詞：市政道路;軟黏土地基;地基處理;市政管線;市政構筑物

0" "引言

市政道路建設條件復雜，道路下常埋設大量的雨污水、供水、電力、燃氣、熱力等管線，部分路基下方還設置構筑物設施和地下人行通道。道路路基下覆軟弱土路基時，軟弱路基質量處理尤其重要，路基質量處理的好壞不僅影響道路路面的使用性能，還將很大程度上影響溝槽直埋管線的運營安全。鑒于此，針對軟黏土路基必須予以重視并加強處理，保證市政道路質量可靠，滿足道路正常行車和管線正常運行要求[1]。

1" "軟黏土地基特性及其主要危害

1.1" "軟黏土地基特性

軟黏土主要巖土工程特性為含水量高、大孔隙比、高壓縮性、低地基承載力，其主要由淤泥和淤泥質土構成，受外力作用時地基豎向變形大，不能滿足道路設計和管線設計時地基承載力和變形控制的要求[2]，在設計及施工過程中要進行特殊加固處理。

1.2" "軟黏土地基存在的主要危害

軟黏土地基在工程建設中會產生一些列問題，主要包括以下幾個方面：

1.2.1" "地基承載力不足

地基在受到外部動靜荷載的反復作用時，地基承載力不足將嚴重影響上部管線和構筑物的正常使用，當荷載達到一定數值時，地基發生整體或者局部剪切破壞，引起整個道路的結構破壞。

1.2.2" "軟黏土路基容易產生不均勻沉降

在正常使用狀態下，外荷載作用會導致地基土發生變形。當變形值或者變形差達到一定數值超過允許值時，將導致管線發生破壞、構筑物發生變形開裂等問題，進而嚴重影響正常使用。

1.2.3" "管線構筑物抗浮穩定性差

埋設在地下一定深度的管線和構筑物在地下水位較高時，會使結構物承受一定的上浮力，上浮力超過結構物自重時，便引起抗浮穩定性失穩。因此在設計過程中，要著重對抗浮穩定性進行分析。圖1為地基沉降對管線的主要危害分析。

2" "市政道路軟黏土地基主要處理方法

為滿足道路管線和構筑物的承載力和變形控制的要求，針對軟黏土地基，可采取土體加固的措施[3]。在普通市政道路荷載不大時，綜合考慮技術和經濟性指標，常采用如下幾種方法加固處理：

2.1" "換填土層

此方法適合各種軟弱地層和不均勻地層的地基處理，通過挖出基底軟弱土層，置換材料質量好、強度較高的填料，并進行壓實處理。常用材料如砂石料、灰土換填、礦渣換填等，壓實度根據換填料的不同而有所差異，一般至少達到94%。通過壓實地基，檢測承載力若能達到150～250kPa，即滿足普通市政道路承載力要求。

2.2" "預壓方法

在道路施工之前，在既有地基上通過堆載或者真空預壓方法，并合理設置排水豎井。此方法能有效處理淤泥、淤泥質土等飽和軟弱土地基，提高土體承載力。

2.3" "水泥土攪拌樁法

此方法經常用于加固飽和性土，其通過在土體攪拌過程中加入水泥漿等材料，使得地基的強度和變形模量能有效提高，能有效增強軟弱地基的物力力學性能。

除此之外，還有強夯法、剛性樁復核地基處理、樹根樁等綜合處理方法。總之，為了滿足市政道路地基使用要求，要根據地基土層力學特性和地層厚度、上部荷載情況，結合經濟性指標，綜合分析確定合理的地基加固處理方式。

3" "市政道路軟黏土地基案例分析

3.1" "工程概況

鶴山市某市政道路工程等級為城市次干路，設計車速40km/h，道路全長1.033km，規劃道路寬度40m，雙向6車道。全路段包含道路工程、交通工程等其他工程設計。經現場勘察揭露本段道路存在軟黏土地層，軟弱黏土地層詳細情況如表1所示。

3.2" "軟黏土地基處理方案對比分析

本項目地質情況復雜，根據本項目勘察地質情況，結合當地路基工程建設的經驗分析，針對此項目路基管線下軟黏土體，可采用換填、置換擠淤法、預制樁、深層攪拌等方法進行加固處理[4]。綜合對比其適應性和經濟性指標，詳細對比參數如表2所示。

針對道路管線下軟弱地基，根據以上適應性和經濟性分析數據，綜合考慮可采用以下幾種方式進行綜合處理：

采用柔性管道時，針對小于600mm管道工程，一般可以使用柔性管道設計。比如對hdpe管道等，可以采用柔性砂墊層。針對較大直徑的重力管道工程，如鋼筋混凝土管道，亦可以采用柔性基礎。針對軟黏土地基，采用柔性基礎的同時可以考慮采用換填或者置換方法，同時針對直徑大于600mm的管線工程，采用水泥攪拌樁方法進行加固處理。

可采取管線及構筑物結構加強措施，控制不均勻沉降。依據設計要求，根據以往工程建設管理經驗，針對地基不均勻變化、管道連接口、檢查井接口等部位可采取以下措施進行加強處理：一是控制管道穿越變化地基位置的數量，根據設計情況分段分片處理;二是在不同土層穿越過程中，針對地層變化處設置控制差異沉降柔性接口，減少差異沉降。三是可以根據管線情況設置差異土層過渡段，通過短管多段連接，適應管道沉降差異。四是根據預估沉降量，合理設置預留沉降值，以適應下一階段施工對接的需要。五是合理優化管線布置，盡可能減少車行道下管線布置，將雨污水管線設置于隔離綠化帶，將電力、給水等等管線設置于人行道或者非機動車道之中，以減少因上部行車荷載產生的沉降變形[5]。

3.3" "軟黏土地基處理選擇和加固方法

結合本項目實際情況，針對軟黏土地層較厚較深的實際情況，且為滿足市政道路管線承載力和變形控制的要求，經計算分析結合經濟性指標，擬采用水泥攪拌樁法進行軟黏土地基處理。

采用水泥攪拌樁法，根據不同軟黏土厚度情況，綜合考慮采取樁間距1.5m，每側路基處理范圍超出路基1m，樁長采用5～10m不等，確保滿足承載力和變形控制的要求。采用正三角形布置，樁徑采用500mm，處理后復合地基承載力需滿足不低于120kPa的要求。為滿足樁土共同變形需要，設置50mm厚度碎石墊層。水泥土攪拌樁加固地基樁位布置如圖2所示。

處理后復合地基需進行工后沉降監測評估，控制限值為道路路面中心處剩余沉降小于50cm，高程觀測路堤中心沉降連續2月監測沉降差值不大于5mm。水泥土攪拌樁在施工過程中，要控制水泥摻量指標不低于20%，樁體完成28d后要進行無側限抗壓強度試驗，其值不得低于0.8MPa，90d無側限抗壓強度不得低于1.2MPa。成樁后要進行單樁和復合地基承載力試驗，確保其合格后方可進行下一步工序施工作業。

3.4" "軟黏土地基處理成果總結

本文針對軟弱地基的成因特點和產生危害進行細化分析，并提出了針對其加固強化措施[6]。依據市政道路工程建設過程中遇到的軟黏土地基問題，結合工程實際，從地基加固設計到現場施工方面綜合研究分析，得出以下主要成果：

針對管線敷設工程，可從管道材質選擇、管道敷設方式、施工工藝進行優化設計，可以采用柔性管道、加強地基處理、防治不均勻沉降等一系列手段進行處理措施。

根據市政道路建設標準要求，針對不同類型的管線敷設和變形控制要求，根據本項目地層情況、經濟性指標、工期控制等諸多方面提出了多種軟黏土處理方法，可采用處理方法包括換填、水泥攪拌樁加固等措施，對不同深度土層進行加固處理。

針對市政道路下覆軟黏土地基，首先在勘察時需要詳細查明其埋深、位置和土力學性質。設計過程中，要根據提供的數據進行綜合計算分析，并考慮經濟性指標確定加固方法。加固過程中，要嚴格執行相關技術標準，確保加固質量符合設計要求[7]。

4" "結語

軟黏土地基因其承載能力低，壓縮性高，在受到外部荷載作用下將會發生剪切破壞和不均勻沉降，嚴重威脅修筑管線和構筑物的使用安全。軟弱黏土地基的低強度和高壓縮性特性，要求市政道路管線和構筑物設計和施工過程中需要采取必要的措施。

針對不同地層和軟黏土不同埋深，可綜合采用不同的地基處理方案，如換填、水泥土攪拌等處理方法。根據本項目地層和處理位置，選取行車道下采取水泥土攪拌加固加換填加固，非機動車人行道采取換填加固措施。施工完成后運營一段時間，監測結果表明道路無不均勻沉降、開裂變形等問題，加固措施較好。

本文針對不同的加固方法進行經濟性指標對比分析。分析結果顯示，針對本項目而言，城市次干道采用局部換填、水泥攪拌樁法加固較為經濟，且能滿足設計承載力和變形的要求，能達到良好的加固效果，可為本地以后相關類似項目提供一定的經驗和借鑒。

參考文獻

[1] 張彥坤.軟黏土中道路管線及構筑物的地基處理技術[J]. 四川建材.2018（6）：85-86.

[2] 王建文，周盛，陳峰，金焱. 寧波軟黏土土性相關距離計算分析[J].人民長江.2020（1）：208-212+220.

[3] 姜文瀾，錢建固，葉源新，張景亮.上海結構性軟黏土本構模型與試驗驗證[J].地下空間與工程學報.2021（5）：1431-1436.

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[5] 雷華陽，任倩，盧海濱，等.吹填場區雙層軟黏土地基超載比與卸載控制試驗研究[J].巖土力學.2016（11）：3072-3078+3114.

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[7] 李雨潤，楊仲辰，張靜娟，張峰瑋，趙英濤. 重塑湖相軟黏土動力特性試驗研究[J].地震工程與工程振動.2021（6）：11-18.