CFG樁在昆明滇池周邊區(qū)域市政道路軟基加固中的計算分析

孟俊倉、沈良軍

[昆明市政工程設計研究院（集團）有限公司，云南昆明 650228]

1 研究背景

昆明滇池周邊區(qū)域沼澤化發(fā)展趨勢明顯，根據地勘資料表明淤泥、淤泥質土、泥炭質土、粉土、黏土等分布較廣，沿豎向交替發(fā)育，規(guī)律性不強，土層基本為中高壓縮性土層。市政道路在填方荷載、車輛荷載、自然因素影響下常會引起道路的沉降，由于道路過大沉降或不均勻沉降會導致道路下市政管線的拉裂乃至拉斷而造成波浪形地面等病害，為人民的出行帶來極大的不便。因此，必要的路基加固可以減少道路沉降的可能性，以確保人民出行安全。

2 工程概述

2.1 項目概況

昆明滇池周邊區(qū)域官渡文化生態(tài)城新城某道路，道路長度約1.5km，道路等級為城市次干路，道路紅線路寬度30m，道路設計速度40km/h。道路全線填方約1～3m。道路路基擬加固方案：CFG 樁加固，樁徑0.5m，樁長16m,樁間距為1.5m，承載力要求大于或等于120kPa，工后沉降允許變形小于或等于200mm。

2.2 地質概況

特征自上而下概述如下（見表1、表2）。

表1 土層天然力學參數

表2 土層設計力學參數

2.2.1 第四系人工堆積（Qml）層

①1層——雜填土：褐黃、褐灰色，稍濕，松散狀態(tài)，主要成分為黏性土，含少量植物根系及少量碎石，局部夾有建筑垃圾、生活垃圾，場地內除ZK09、ZK10 號鉆孔未揭露，其余勘察區(qū)域均有分布，層厚2.8～6.9m，層頂標高介于1889.01～1890.77m 之間，為人工棄土，未經分層碾壓。

2.2.2 第四系沖積層(Q4al)層

②1層——粉質黏土:褐黃、淺黃色，稍濕，以硬塑狀態(tài)為主，局部為軟塑狀態(tài)，干強度及韌性中等，無光澤，壓縮性為中偏高，場地內區(qū)域均有分布，層厚在1.5～7.2m，層頂標高介于1882.11～1887.34m 之間。

②2層——泥炭質土：黑、深灰色，濕，以軟塑狀態(tài)為主，含有大量腐物，壓縮性為高壓縮，場地內區(qū)域均有分布，層厚0.9～7.5m，層頂標高介于1871.71～1883.11m 之間，局部夾薄層粉土。

②21層——粉質黏土：藍灰、淺藍灰色，以軟塑狀態(tài)為主，局部為可塑狀態(tài)，含鈣質結核，局部夾有粉土、粉砂，層厚0.6～3.2m，層頂標高介于1874.71～1878.35m 之間，局部夾薄層粉土。

2.2.3 第四系湖沼相沉積層(Q4l+h)

③1層——粉質黏土：藍灰色，稍濕，以硬塑狀態(tài)為主，干強度及韌性中等，無光澤，壓縮性為中偏高，場地內區(qū)域均有分布，層厚0.6～14.6m，層頂標高介于1852.43～1874.77m 之間。

③11層——粉土：灰、灰白色，稍密，局部夾粉砂，層厚1.0～2.8m，層頂標高介于1858.43～1872.07m之間。

③12層——泥炭質土：黑、深灰色，濕，以軟塑狀態(tài)為主，含有大量腐物，壓縮性為高壓縮，場地內局部區(qū)域有分布，層厚0.5～4.4m，層頂標高介于1856.66～1866.35m 之間，局部夾薄層粉土。

2.3 巖土參數評價

根據地勘參數可知，該場地內①1層雜填土層厚2.8～6.9m，且下部存在粉質黏土、泥炭質土、黏性土等壓縮系數a1-2均大于0.5MPa-1，壓縮模量ES1-2均小于5MPa，屬于高壓縮性土，如在天然地基上修筑道路，在道路上部荷載、車輛荷載、自然因素影響下常會產生巨大沉降。下面通過計算說明道路天然路基沉降，并對計算結果與現場承載力試驗結果進行分析對比，總結該區(qū)域計算分析方法存在誤差的原因及計算結果的可靠性。

3 設計方案思考與計算方法分析

3.1 設計方案思考

考慮到此次道路①1層雜填土厚度為2.8～6.9m,雜填土厚度較厚，為松散狀態(tài)，主要成分為黏性土，含少量植物根系及碎石，局部夾有建筑垃圾、生活垃圾，力學性質差，且下臥層均為高壓縮性土，一般淺層處理不經濟且不能有效解決道路的沉降問題，此次路基加固方案采用深層處理方案。

通過在該區(qū)域的設計經驗和參考周邊道路的路基處理方案進行經濟和加固效果對比，此次路基加固方案采用CFG 進行路基深層加固，承載力要求大于或等于120kPa,工后沉降允許變形小于或等于200mm。

3.2 計算方法分析

3.2.1 天然地基計算方法分析

其一，根據填方高度確定路基附加應力p0。

其二，根據公式（1）確定路基沉降計算深度[1]：

其三，根據公式（2）采用分層組合法進行天然地基沉降計算：

其四，根據公式（3）天然土層壓縮模量當量值計算：

其五，根據公式（3）壓縮模量當量值計算結果確定沉降經驗系數ψs。

其六，根據公式（4）確定土層的最終沉降量

天然土層計算結果分析：根據以上6 個步驟對道路最不利鉆孔27 位置的計算分析該處天然沉降360mm。考慮到該處位于橋臺與路堤相鄰處，結合依據《城市道路路基設計規(guī)范》（CJJ 194—2013）中表6.2.8 的要求，路基容許工后沉降變形小于或等于200mm。天然地基沉降不滿足規(guī)范要求，此次采用CFG 樁對路基進行深層加固處理。根據現場地層情況及天然地基計算結果，此次初步確定CFG 樁加固方案為樁徑0.5m,樁長16m,樁間距為1.5m。

3.2.2 復合地基計算方法分析

其一，根據公式（5）（6）（7）結合地勘參數確定單樁承載力極限值計算(kN)[2]：

式（5）中：Quk——單樁極限承載力標準值（kN）；

Qsk——總極限側阻力標準值（kN）；

Qpk——總極限端阻力標準值（kN）。

式（6）中：Quk——單樁極限承載力標準值（kN）；

u——樁的周長（m）；

qsik——樁側第i 層土極限側阻力標準值（kPa）；

li——樁側第i 層土的厚度（m）。

式（7）中：Qpk——總極限端阻力標準值（kN）；

Ap——樁端面積(m2)；

qpk——極限端阻力標準值（kPa）。

其二，根據公式（8）確定單樁承載力特征值(kN)：

K——安全系數，取K=2；

其三，根據公式（9）確定復合承載力（kPa）[3]：

式（9）中：m——樁的面積置換率。

其四，根據公式（10）確定壓縮模量提高系數[4]。

其五，采用復合地基壓縮模量代替天然地基壓縮模量。采用天然地基(1-6)步驟計算復合地基沉降量值為190mm。計算結果滿足《城市道路路基設計規(guī)范》（CJJ 194—2013）中表6.2.8 的要求，路基容許工后沉降變形小于或等于200mm 的要求。

其六，計算結果分析：該工程開工前進行試樁，對單樁、復核地基承載力進行試驗，樁基破壞時復核地基承載力為特征值為128.6kPa,沉降值為178mm,滿足設計及規(guī)范要求，且與計算結果誤差為6.4%。

其七，誤差原因分析：

（1）地勘采樣對土體有一定的擾動，地勘提供參數與實際有一定的出入。

（2）計算過程假定地基壓縮變形時，不發(fā)生側向膨脹，即完全側限條件下的壓縮指標計算地基的沉降變形量。

（3）計算過程假定采用基底中心的附加應力計算地基的變形量。

（4）由于地質土層的復雜性，沉降計算經驗系數取值存在一定的誤差。

4 結語

利用昆明滇池周邊區(qū)域市政道路軟基CFG 樁加固案例進行道路天然路基、復合地基沉降計算，并與現場載荷試驗結果進行對比，且計算結果與試驗結果誤差為6.4%，滿足工程需求，為后期該區(qū)域及國內其他類似地質情況市政道路軟基加固提供參考經驗。