中山市某公路改擴建項目軟基處理方案設計

文／陳胡琴 中鐵十一局集團有限公司勘察設計院 湖北武漢 430074

1、項目背景

目前，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和交通運輸量的不斷增長，舊路改擴建已經(jīng)成為擴大道路通行能力的常用方式之一。

坦神北路建設項目主要位于坦洲鎮(zhèn)境內，現(xiàn)狀是坦洲鎮(zhèn)內部主要的東西向干線。為解決不斷增長的交通需求，適應緩解坦神北路的交通壓力，發(fā)揮路網(wǎng)最大效率，需要進行坦神北路改擴建。本建設工程路線起于坦洲鎮(zhèn)，終于坦洲快線一期，以橋梁對接，全程11.045km,采用主路一級公路標準建設，路基標準寬度37.5m～43m。中山市公路改擴建項目線位圖如圖1。

2、建設條件

中山市受緯度和地形影響，地處于北回歸線以南，熱帶北緣，光照充足，熱量充足，氣候溫暖。路線大致由東北向西南展布，總體地勢平坦，地面起伏較小。工程線路主要跨越?jīng)_積平原區(qū)，終點段為丘陵地貌區(qū)。區(qū)域水系比較發(fā)育，河網(wǎng)交錯，附近主要有西江、坦洲排灌渠、坦洲大涌等，南側緊靠坦洲排灌渠。

根據(jù)道路設計標高，沿線主要為低填方路基，最大填筑高度約3.30m 左右。經(jīng)現(xiàn)場勘察，道路沿線地基土主要由第四系粉質粘土、砂層等組成。松散層中軟土全線分布，在施工和運營期間會產(chǎn)生不均勻沉降，對路基工程造成嚴重影響。

3 設計難點

本項目路基段一般海拔約1.8m～3.0m。場區(qū)地層由上至下主要為①素填土、②淤泥、③淤泥質粉質黏土、④粉質黏土、⑤卵石、⑥全風化凝灰?guī)r、⑦全風化粉砂巖、⑧強風化粉砂巖等。

本項目路基段地下水較高，且全線分布多個層位的軟土。其中淤泥和淤泥質粉質粘土，全線分布分布范圍廣泛，厚度一般1.2～12.8m，厚度變化較大，最厚揭示20.7m。淤泥質土具有高含水量、高敏感性、高壓縮性、大孔隙率、低抗剪強度和低地基承載力容許值的特點。且本項目為改擴建工程，全段均為舊路改造，既有道路建于20世紀90年代，經(jīng)過20 多年的運營，沉降基本穩(wěn)定。且全線有多處橋梁，新舊道路銜接處和橋路過渡段極產(chǎn)生不均勻沉降，影響公路工程尤其是路基工程的穩(wěn)定和安全。加寬路基及上跨橋臺路段地基需采用復合地基處理［2］。

軟土地基的處理要從穩(wěn)定、沉降及滿足構造物的承載力要求等方面進行分析。

3.1 沉降計算及工后沉降

路基總沉降沉降量S=msSC，采用分層總和法計算主固結Sc；ms為沉降修正系數(shù)，其范圍值為1.1～1.6。壓縮層計算深度控制原則為計算層底面附加應力與有效自重應力之比不大于0.15。如果在確定的計算深度以下有軟土層，應該繼續(xù)進行計算。對于淺層的軟土段，要一直計算直到相對硬層，地基固結度應根據(jù)太沙基固結理論進行計算［4］。

在路面設計使用年限內(15年)，路基殘余沉降為工后沉降，一般路段的工后沉降允許≤30cm；相鄰橋臺和路基，舊路寬度≤10cm，涵洞和箱涵≤20cm。過渡段沉降差小于2‰。要求現(xiàn)狀道路路基中心的總附加沉降≤3cm，路基橫坡總增加量應≤0.5%。本項目要保證建設及運營期間公路新舊路基間的沉降控制在容許范圍內。

3.2 穩(wěn)定計算

采用有效固結應力法計算其穩(wěn)定性，同時考慮了快剪和固結指標，穩(wěn)定安全系數(shù)取

式中Fs一一路堤穩(wěn)定系數(shù)；

bi一一第i 個土條寬度；

αi一一第i 個土條滑面的傾角；

Ci、φi一一第i 個土條滑弧所在土層的粘聚力和摩擦角，依滑弧所在的位置，取對應的粘聚力（kPa）和內摩擦角（°）；

mαi一一系數(shù)，按照mαi=計算；

Wi一一第i 個土條重力（kN）；

Qi一一第i 個土條垂直方向外力（kN)；

當考慮地震影響時可適當降低穩(wěn)定系數(shù)。

3.3 預壓高度

為了加快地基沉降，滿足工后路基沉降的要求，結合軟土的性質和地基處理方法，復合地基段根據(jù)軟基深度和路基填筑高度采用等荷載預壓。

4、軟基處理方案設計

由于本項目現(xiàn)狀側分帶等綠化帶屬于舊路主線路基范圍，現(xiàn)狀舊路通車已經(jīng)達20 多年，舊路沉降基礎穩(wěn)定，結合本項目工期、造價等影響，地基處理采用淺層換填處理，換填80cm 路床，換填材料采用碎石。

對于橋頭、涵洞、擋墻、新舊路基銜接處，工后沉降要求較高，推薦采用復合地基處理方案。根據(jù)項目分段、上部構筑物特點，軟基處理主要分為一般加寬路基、橋路過渡段路基、施工受限加寬路基三種軟基處理區(qū)段。結合珠三角地區(qū)經(jīng)驗，擬定如下幾個方案：CFG 樁、雙向水泥攪拌樁、高壓旋噴樁。

4.1 一般加寬路基

一般加寬路基通常以雙向水泥攪拌來進行處理。水泥與軟粘土中的水發(fā)生水介和水化反應。由于這種反應，軟粘土中的大量自由水被吸入結晶水中固定，形成一定強度的柱體，從而起到加固地基的作用。

成樁后，它將與樁間土共同承載，形成復合地基［3］。樁的承載力主要取決于樁本身的強度，當樁長達到有效樁長時，增加樁長對提高，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗和工藝特點，水泥攪拌樁加固深度最好在12m 以內，對于雙向水泥攪拌樁，處理深度可適當增加至15m，但由于施工機械及施工質量，建議雙向水泥攪拌樁處理深度不超過15m，并且樁長應穿透淤泥、淤泥質粉質黏土到達強度相對較高的粉質黏土、砂質粉質黏土層中0.5m 以上，避免“懸浮樁”。

設計雙向水泥攪拌樁直徑為0.5m，呈三角形排列，樁間距為1.5m，樁身為42.5R 普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.4～0.6。最佳水灰比應根據(jù)室內配比試驗、現(xiàn)場試樁和試驗確定，樁身28d 無側限抗壓強度應達到1.0MPa。地基處理時，保證坡腳外布置1～2 雙向水泥攪拌樁。在雙向水泥攪拌樁樁頂鋪設0.3m 厚砂墊層和0.3m 厚碎石墊層，并填筑壓實，墊層寬度范圍超出最外側樁體邊沿1m，碎石墊層上下各鋪設一層鋼塑土工格柵，具體如圖2。

圖2 一般路基雙向水泥攪拌樁處理設計圖

4.2 橋路過渡段路基

CFG 樁是由碎石和適量的粉煤灰、水泥等與水混合而成，具有較高的粘結強度，起到擠密、復合地基和墊層加固的作用，樁的承載力主要取決于樁的長期抗力和樁端承載力。樁的有效長度不存在問題。樁長越長，承載力越高，應將樁打入承載層，否則高強度將失去其意義。結合塑料排水板處理，增設豎向排水渠道，不僅可以達到較高的承載力，而且可以有效地減少工后沉降。橋路過渡段軟基處理方案優(yōu)缺點如表1。

表1 橋路過渡段軟基處理方案優(yōu)缺點比較表

近年來，CFG 樁在廣東省得到了廣泛的應用，積累了豐富的實踐經(jīng)驗［1］。但由于國內施工技術的局限性，當CFG樁超過25m 時，樁身容易出現(xiàn)“縮頸”和膨脹。因此，CFG 樁的處理深度不應超過25m。

綜上分析比較，為確保運營期間橋梁路基連接和結構不出現(xiàn)較大的沉降差和跳車現(xiàn)象，橋路過渡段采用CFG樁處理，處理范圍為橋頭30m 和臺前錐坡區(qū)。

CFG 設計中按照承載力要求控制樁徑、樁間距，樁徑設計采用0.5m，三角形布設，樁間距1.8m，采用0.3m 厚碎石和砂墊層填筑并夯實，墊層寬度為最外側樁體邊沿1m，碎石墊層上下各鋪設一層鋼塑土工格柵，如圖3。

圖3 橋頭CFG 樁處理設計圖

4.3 構筑物路基

本項目由于緊靠居民區(qū)，局部平面施工受限采用擋墻防護，原有的地層的不能滿足擋墻的承載力和沉降要求。且涵洞和擋墻等構筑物均對沉降要求較高，并考慮到工藝的銜接和施工的便利性，構筑物路基采用雙向水泥攪拌樁處理，構筑物軟基處理設計如圖4。

圖4 構筑物軟基處理設計圖

設計采用參數(shù)與一般加寬路基段保持一致，樁間距調整為1.2m，處理范圍為構筑物基礎外側1.5m。

4.4 施工受限段加寬路基

本項目部分路段位于多條既有高速公路橋梁和既有高壓線下，施工凈空受限，一般處理方法凈空不足。本次設計既有橋梁底面距離本項目路面設計標高約為7～12m。因為高壓旋噴樁樁機高度較小，可以滿足安全施工的空間要求。推薦采用高壓旋噴樁處理，處理范圍為既有橋梁水平投影面外側各10m。

高壓旋噴樁樁身直徑采用0.5m，呈三角形排列，樁間距1.5m，采用42.5R 普通硅酸鹽水泥，漿液為純水泥漿，采用0.8～1.2 水灰。最佳水灰比應根據(jù)室內配比試驗和現(xiàn)場試樁確定，樁身28d 無側限抗壓強度應達到1.5MPa。地基處理時，保證坡腳外布置1～2 雙向水泥攪拌樁。

5、監(jiān)測

建立監(jiān)測系統(tǒng)，施工中應采取系統(tǒng)的施工安全防護措施，同時施工期間及施工后，進行既有道路測斜、新建路基孔隙水壓力和分層沉降等監(jiān)測，建立變形監(jiān)測系統(tǒng)，做到動態(tài)管理，信息化施工。

結語：

以上三種方式的軟基處理方式有效解決了坦神北路改擴建項目的沉降控制和路堤穩(wěn)定性的難題，有效解決了臨近既有線的改擴建工程軟基處理的難題，有利于完善交通網(wǎng)絡，取得了良好的工程經(jīng)濟效益，也創(chuàng)造了不錯的社會效益。