淺層軟土路基處理方案研究

胡宗允HU Zong-yun；李晶晶LI Jing-jing

（杭州市市政工程集團有限公司，杭州 310006）

1 工程概況

某城市道路是一條東西向主干路,基本為填方路段，在現狀標高上抬升1～3m。

道路所在路段淺部地層分布有淤泥質土層。擬建道路淺部土層主要為：①1雜填土，層厚0.50～3.00m。③淤泥質粉質粘土，層頂埋深0.50～3.00m，層厚1.50～3.50m，埋深較淺，層厚不大。④1粉質粘土,硬可塑狀，工程性能好。

考慮到道路所在區塊尚未開發，道路建成后，工程車輛較多，須對路基進行處理。

2 地質情況

根據本工程的初步地勘報告，所在路段淺部地層分布有淤泥質土層。擬建道路淺部土層主要為：①1雜填土、③淤泥質粉質粘土和④1粉質粘土。根據場區巖土工程地質特征，野外巖土鑒別、原位測試成果，結合地區經驗綜合評價如下：

①1層雜填土：主要以粘性土為主，夾雜有生活廢品，磚瓦碎石，部分頂部為素混凝土地坪，含植物根系，成分復雜，結構松散，均勻性差，層厚0.50～3.00m。未經處理不宜直接利用。其下為淤泥質土層，建議對雜填土進行換填等處理。

③層淤泥質粉質黏土：流塑狀，層頂埋深0.50～3.00m，層厚1.50～3.50m，埋深較淺，層厚不大，建議對淤泥質土層進行地基加固等處理。

④1層粉質粘土：硬可塑狀，工程性能好，是良好的道路基礎持力層。

綜上所述：①1雜填土和③層淤泥質粉質黏土工程性能較差，考慮到本道路對沉降控制要求高（雜填土厚度約為0.5～3m，淤泥質粉質粘土厚度約為1.5～3.5m），工程性能差，未經處理不宜直接作為路基持力層，須對其進行處理。

未經處理沉降計算（填土高3.0m，樁號K0+180）。

2.1 各級加荷的沉降計算

第1 級加荷，從0.0～6.0 月。

加載開始時，路基計算高度=0.000（m），沉降=0.000（m）。

加載結束時，路基計算高度=3.361（m），沉降=0.361（m）。

第2 級加荷，從10.0～12.0 月。

加載開始時，路基計算高度=3.361（m），沉降=0.428（m）。

加載結束時，路基計算高度=3.460（m），沉降=0.460（m）。

2.2 路面竣工時及以后的沉降計算

基準期開始時刻：最后一級加載（路面施工）結束時刻

考慮沉降影響后，路堤的實際計算高度為=3.460（m）

路面竣工時，地基沉降=0.460（m）

路面竣工后，基準期內的殘余沉降=0.363（m）

基準期結束時，地基沉降=0.823（m）

最終地基總沉降=1.200*0.800=0.960（m）

從計算結果可以看出，路基未經處理，路基殘余沉降為0.363m，殘余＞0.3m，未達到主干路設計要求。另外，考慮到本區塊尚未開發，道路建成后，工程車輛較多，結合本條道路作為西湖大學主要出入通道的高標準需求，須對路基進行處理。

3 軟基處理方案

3.1 軟基設計原則及控制標準

①工后沉降基準期：15 年；

②路堤穩定安全系數（固結有效應力法、直接快剪）：＞1.1；

③盡量減少軟基處理后道路工后沉降，以減少對道路使用功能的影響；

④地基土承載力應滿足路基填高要求；

⑤滿足穩定性要求；

⑥軟基處理結合工程投資綜合考慮，并與路面結構建設相協調，軟基處理后標高有利于直接實施路面工程以節約工程造價；

⑦避免橋頭跳車現象發生，盡可能的減少橋頭工后沉降；

⑧除橋頭外的一般路段以控制道路不均勻沉降為主，工后沉降控制為輔；

⑨軟基處理后滿足管線承載力要求，避免管線較大沉降；

⑩沉降控制標準：根據《城市道路路基設計規范》中

6.2.8 的要求，快速路、主干路的道路沉降控制標準為：1）橋梁與路基相鄰路段：≤0.1m；2）一般路段：≤0.3m。

3.2 常用軟土地基處理方法

軟土是指天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土，軟土地基由于其低抗剪強度，高壓縮性和弱透水性、工程力學性能很差，直接影響結構工程的穩定性和耐久性。軟土地基處理不當，會嚴重影響工程質量和使用功能，甚至造成工程事故。

目前道路上常用的地基處理方法主要有置換法、強夯法、沖擊壓實法、水泥攪拌樁法、輕質路堤EPS、預制樁法、排水固結法等。

3.3 本項目的軟土地基處理方法

本工程軟臥層厚度薄，埋深在現狀地表以下3～5m 范圍，從地質情況判定應為初淺層處理，適用方法主要有置換法、管樁以及水泥攪拌樁。

由于本道路主要為西湖大學服務，同時作為區塊中部第一條東西向主干道，后期區塊開發時工程車輛進出均需通過本條道路，因此對于路基承載力要求高于一般主干路的要求。

3.3.1 置換法（方案一）

3.3.1.1 方案簡介

由于道路的特殊功能，為避免對道路沉降的影響，建議對機動車影響范圍內路基采用換填的方式進行處理，施工前清除機動車影響范圍內的雜填土以及淤泥質粉質粘土（換填厚度約為3～5m，換填土方約35 萬方），對土路基進行壓實后（壓實度不小于90%）采用塘渣回填，機動車道塘渣厚度不小于80cm，不滿足要求時應進行超挖。除換填土方外，道路另需填方約17 萬方。

3.3.1.2 沉降計算（填土高3.0m，換填4.5m）

①各級加荷的沉降計算。

第1 級加荷，從0.0～6.0 月。

加載開始時，路基計算高度=0.000（m），沉降=0.000（m）。

加載結束時，路基計算高度=3.100（m），沉降=0.100（m）。

第2 級加荷，從10.0～12.0 月。

加載開始時，路基計算高度=3.100（m），沉降=0.119（m）。

加載結束時，路基計算高度=3.128（m），沉降=0.128（m）。

大力開展質量教育培訓，提升質量管理水平和操作技能。“質量月”期間，各單位有計劃、有針對性地組織了一系列教育培訓活動223次，參加人員5632人次，進一步提高質量管理水平和操作技能。

②路面竣工時及以后的沉降計算。

基準期開始時刻：最后一級加載（路面施工）結束時刻

考慮沉降影響后，路堤的實際計算高度為=3.128（m）

路面竣工時，地基沉降=0.128（m）

路面竣工后，基準期內的殘余沉降=0.196（m）

基準期結束時，地基沉降=0.324（m）

最終地基總沉降=1.200*0.343=0.411（m）

從計算結果可以看出，使用換填處理后（即將壓縮層換填后），路基殘余沉降為0.196m，可達到主干路設計要求。

③方案優缺點。

2）方案缺點：本次換填厚度較大，約為3～5m，土石方工程量較大（換填挖除需35 萬方，填方也需35 萬方），需考慮塘渣貨源的問題以及棄土土方堆放的問題，相對于管樁以及水泥攪拌樁處理，造價最高。

采用換填處理時，路基工程費約為10473 萬元，其中換填處理費用約7280 萬元，清表、填方以及橋頭水泥攪拌樁處理費用約為3193 萬元。（該費用按棄土全部外運考慮，若就近存在棄土堆放的條件，路基費用可降低至約8473 萬元）

3.3.2 預應力砼管樁處理（方案二）

3.3.2.1 方案簡介

土路基中雜填土以及淤泥質粉質粘土承載能力較差，不適宜利用作為路基持力層，考慮對機動車道范圍內的路基采用預應力砼管樁處理。預應力管樁樁徑為40cm（PCA-Φ400（95）），采用正方形方式布置，樁間距為2.6m，樁帽邊長為1.3m，樁長為7m。在場地允許的情況下，應盡量采用靜壓法沉樁。橋臺部位布樁時，應注意留出橋臺灌注樁的位置，即適當改動與灌注樁有沖突的樁位。

3.3.2.2 沉降計算（填土高3.0m）

①各級加荷的沉降計算。

第1 級加荷，從0.0～6.0 月。

加載開始時，路基計算高度=0.000（m），沉降=0.000（m）。

加載結束時，路基計算高度=3.040（m），沉降=0.040（m）。

第2 級加荷，從10.0～12.0 月。

加載開始時，路基計算高度=3.040（m），沉降=0.041（m）。

加載結束時，路基計算高度=3.041（m），沉降=0.041（m）。

②路面竣工時及以后的沉降計算。

基準期開始時刻：最后一級加載（路面施工）結束時刻

考慮沉降影響后，路堤的實際計算高度為=3.041（m）

路面竣工時，地基沉降=0.041（m）

路面竣工后，基準期內的殘余沉降=0.091（m）

基準期結束時，地基沉降=0.132（m）

最終地基總沉降=1.200*0.168=0.202（m）

從計算結果可以看出，使用管樁處理后，路基殘余沉降為0.091m，可達到主干路設計要求。

3.3.2.3 方案優缺點

①方案優點：相對于換填處理以及水泥攪拌樁處理，預應力砼管樁處理效果最好，且造價最低。其耐打性和抗裂性較高，施工管理簡單，工廠化離心生產，容易保證質量。

②方案缺點：采用預應力砼管樁處理之后一定程度上影響后期道路路面以下約10m 范圍內地下空間的利用。

采用預應力砼管樁處理時，路基工程費用約為：7422萬元，其中預應力砼管樁費用約為4971 萬元，填挖方以及清表費用約為2451 萬元。

3.3.2.4 預應力砼管樁對管線以及地下空間利用的影響分析

①預應力砼管樁對管線的影響分析。

本次沿道路方向布置的管線有雨水管、污水管、燃氣管、給水管、電力管、通信管，管底標高詳見表1 所列。

表1 各管線的管底（基礎底）標高 單位：m

本次道路管樁處理范圍為機動車影響范圍內路基，其樁頂標高約為1.5～3.5m，因此管樁影響到的管線有雨水管、污水管以及給水管。

對于雨污水管，建議其下路基根據管道結構要求采用換填方式進行處理，可不施打管樁；對于給水管，建議將管道范圍內的管樁采用送樁的方式送入管底標高以下。

②預應力砼管樁對地下空間利用的影響分析。

采用預應力砼管樁處理之后一定程度上影響后期道路路面以下約10m 范圍內地下空間的利用。考慮到本道路后期修建地鐵以及過街地道的可能性，分別將管樁對上述工程的影響進行分析：

1）對地鐵建設的影響。地鐵工程主要分為區間隧道工程以及車站工程，區間隧道工程一般采用盾構法施工，車站工程一般采用明挖法施工。根據對杭州市地鐵1 號線以及地鐵2 號線相關資料的調查分析，地鐵區間隧道頂標高一般距離路面標高約13m 以上，因此，管樁基本不影響地鐵區間隧道工程的實施。地鐵車站工程一般采用明挖法施工，其建設時，可將工程范圍內的管樁挖除之后進行施工，因此，管樁基本不影響地鐵車站工程的實施。

2）對過街地道建設的影響。過街地道的建設與地鐵車站的建設情況類似，一般采用明挖法施工，施工時可將范圍內管樁挖除，其實施基本不受管樁影響。

3.3.3 水泥攪拌樁處理（方案三）

3.3.3.1 方案簡介

對機動車影響范圍內的路基采用施打水泥攪拌樁的方式進行處理，水泥攪拌樁樁徑為50cm，采用等邊三角形布樁，樁間距為1.2m，樁長為7m，詳見圖1 所示。考慮到水泥攪拌樁針對雜填土的適用性較差，施打水泥攪拌樁之前需清除表層建筑垃圾、生活垃圾以及耕植土含量較多的部分雜填土，該部分雜填土平均厚度約為1.5m。

圖1 水泥攪拌樁處理設計圖

3.3.3.2 沉降計算（填土高3.0m）

①各級加荷的沉降計算。

第1 級加荷，從0.0～6.0 月。

加載開始時，路基計算高度=0.000（m），沉降=0.000（m）。

加載結束時，路基計算高度=3.094（m），沉降=0.094（m）。

第2 級加荷，從10.0～12.0 月。

加載開始時，路基計算高度=3.094（m），沉降=0.110（m）。

加載結束時，路基計算高度=3.117（m），沉降=0.117（m）。

②路面竣工時及以后的沉降計算。

基準期開始時刻：最后一級加載（路面施工）結束時刻

考慮沉降影響后，路堤的實際計算高度為=3.117（m）

路面竣工時，地基沉降=0.117（m）

路面竣工后，基準期內的殘余沉降=0.137（m）

基準期結束時，地基沉降=0.254（m）

最終地基總沉降=1.200*0.264=0.317（m）

從計算結果可以看出，使用表層換填+水泥攪拌樁處理后，路基殘余沉降為0.137m，可達到主干路設計要求。

③方案優缺點。

1）方案優點：水泥攪拌樁處理相對于換填處理，其造價較低，相對于管樁處理，不影響后期道路地下空間的開發利用。2）方案缺點：水泥攪拌樁主要針對軟土路基，對于本工程中存在的雜填土，適用性差，需與表層換填的方式結合使用。且水泥攪拌樁施工管理難度較大，在實施過程中針對路基處理質量的控制難度較高，不確定性大。

采用水泥攪拌樁處理時，路基工程費用約為7956 萬元，其中表層換填以及水泥攪拌樁費用約為5505 萬元，填挖方以及清表費用約為2451 萬元。

3.4 結論

通過上述方案分析可以得出，換填處理、預應力砼管樁處理、水泥攪拌樁（結合表層換填）處理均可達到較為理想的處理效果。其中，換填處理的費用最高，同時塘渣目前的供貨也較為緊張，施工工期較長；水泥攪拌樁（結合表層換填）處理施工管理難度較大，質量控制難度高，不確定性較大，同時也存在一定的換填土方。預應力砼管樁處理造價最低，工期短，處理效果以及施工質量能得到保障，管樁一定程度上影響后期路面以下約10m 范圍內地下空間的利用，但基本不影響后期地鐵工程以及過街地道工程的建設。

由于本條道路為西湖大學的主要出入通道，對道路存在較高的質量要求，另外，由于目前區塊尚未開發，道路建成之后，工程車輛出入較多，對道路影響較大，因此，地基處理方式建議采用效果好，造價低，質量容易控制，施工管理簡單的預應力砼管樁處理。