道路深層軟基處理設計方案比選及優化實例

張超

摘要 珠三角地區軟土分布廣泛，軟基處理在道路總造價中占比較高，多達15%～30%，因此如何降低軟基處理造價，同時又能保證路基質量，成為廣泛研究的課題。文章以廣州市黃欖快速干線（西段）工程為例，介紹了道路深層軟基處理設計方案的比選、優化思路及施工驗證情況，總結了相關經驗，以期為類似項目提供參考。

關鍵詞 珠三角;道路;軟基處理

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2022）10-0086-03

0 引言

黃欖快速干線（西段）工程位于廣州市南沙區北部（原屬番禺），沿線軟土分布范圍廣，厚度大小不均，因此軟基處理方案將直接影響該工程的投資、工期、質量以及道路建成后的行車平穩性和舒適性。在項目建設管理過程中根據軟基特點，進行了多方案比選，并分析對比其優缺點及適用性，以尋求合理、經濟的軟基處理實施方案。

1 工程簡介

1.1 工程概況

該項目是廣州市高快速路網“四環十八射十五條重要公路”之一，位于廣州市南沙區欖核鎮、大崗鎮、東涌鎮，向西連接佛山市順德區大良，是廣佛同城化重點建設的城市快速路。路線總長7.57 km，設計速度80 km/h，規劃紅線寬80 m，雙向八車道。全線深層軟基處理深度4～27 m。工程總投資約16.88億元。

1.2 地質概況

道路所處地區地貌屬于珠江三角洲沖積平原，根據勘探和物探結果，該工程沿線大部分路段分布有淤泥和淤泥質土等軟弱土，厚度10～30 m，局部地段厚度達30～45 m，呈流～軟塑狀，含水量高，具高壓縮性，土質軟弱，地基承載力低。同時根據有機質含量試驗，屬有機質土，呈欠固結狀，在自重應力和附加載荷作用下，會產生較大的沉降[1]。

1.3 路基填方高度

由于道路沿線多為農田與水網，綜合考慮該地區的防洪排澇規劃，工程多為填方路堤，填方高度普遍為3.0～5.0 m，橋臺臺后最大填高為5 m。

填土高、軟土地基深，經計算，若不對軟土地基進行深層地基處理，則工后沉降達到60～100 cm，最深處將達到140 cm，顯然不滿足工后沉降控制值，因此需要實施深層地基處理。

2 深層地基處理方案介紹及比較

目前深層地基處理方法主要有排水固結法和樁體復合地基法兩大類，較常用處理方法的適用范圍和優缺點見表1。

3 原設計方案比選及推薦

根據地質勘察報告，結合建設工期要求及施工場地條件，通過技術經濟分析和比較，分段確定軟土地基處理推薦方案。

由于受工期約束，該工程不宜采用排水固結法。

3.1 軟土深度在3～13m的路段

淤泥和淤泥質土等軟弱土深度不超過13 m的路段，可采用常規水泥土攪拌樁和釘形水泥土雙向攪拌樁，經比較，二者造價相當，推薦釘形水泥土雙向攪拌樁的理由如下：

（1）其工程質量要優于常規水泥土攪拌樁，技術先進性主要體現在：雙向攪拌樁體更均勻，樁體強度更高，釘形變截面受力更合理。

（2）樁體數量相對較少，施工速度快，更有利于保證工程進度和總工期。

3.2 軟土深度在13～20m的路段

軟土深度超過13 m但小于20 m的路段，可采用CFG樁、旋噴樁和釘形水泥土雙向攪拌樁，該工程推薦釘形水泥土雙向攪拌樁的理由如下：

（1）其工程造價要低于旋噴樁80%甚至更多。

（2）對于淤泥及淤泥質土地基，LCG樁和CFG樁法充盈系數大，工程量不宜控制，且易發生串孔、擴徑、縮徑、使樁上浮等工程質量問題。

3.3 軟土深度超過20 m的路段

淤泥和淤泥質土等軟弱土深度超過20 m的路段，可采用旋噴樁和預應力管樁，該工程推薦旋噴樁的理由如下：該工程軟土上部覆蓋的素填土和雜填土厚度一般不超過1 m，不利于管樁機械的運行和施工。

4 優化思路及建議

（1）從理論上看，設計單位提出的方案是可行的，但推薦方案未將處治功效和經濟性相結合，選用的方案代價較高[2]。

（2）設計方案未吸收該地區軟基處治的有效成功經驗，如CFG樁、水泥攪拌樁不應輕易否定，其施工工藝成熟、應用較廣，建議進一步論證其適用性。

（3）釘形水泥土雙向攪拌樁是對普通水泥土攪拌樁處治工法的一種改進，其處治結果優于常規水泥攪拌樁，但此工法在該地區并無大規模采用的經驗。如采用此方案，在大規模實施前應做試驗段以驗證其適用性。

（4）有900 m長的路段采用高壓旋噴樁進行地基處理，該段軟土厚度大（除少部分為26 m外，多在28～31 m），采用高壓旋噴樁處治軟基造價昂貴，單位面積造價超過2 000元/m2，從經濟性來看顯然不合理，且旋噴樁樁長超過26 m時質量不易控制，故不宜做推薦方案大面積采用。建議與預應力管樁、橋梁方案作技術經濟的綜合比選，擇優選用。

（5）橋臺臺后、箱涵兩側復合地基應設過渡段協調變形，以減小差異沉降。

（6）在深厚軟土條件下，擋土墻易出現不均勻沉降、傾斜、失穩及開裂等各種病害，應區別于一般路段，應加強穩定性及地基承載力驗算，確保擋土墻安全。

5 優化后方案

5.1 在第四標段設置釘形水泥土雙向攪拌樁試驗段

第四標段軟土深度在11～23 m，在第四標段設置一個釘形水泥土雙向攪拌樁試驗段。試驗段施工能夠達到預期目的后，再在第四標段全面開展釘形水泥土雙向攪拌樁施工。

5.2 根據軟土深度分段確定軟基處理方案

對于其余四個標段，軟弱土深度在3 m深以內采用換填方式;3～13 m范圍采用水泥土攪拌樁;13～23 m范圍采用CFG樁;對于軟弱土深度在23～31 m區段，采用路改橋方案，對于不宜更改的路段采用管樁進行地基處理。A8811F88-A6BC-4B7D-B094-8FF2B468153D

5.3 橋臺處、箱涵處的地基處理方案

該工程橋梁多，若橋臺處軟土地基處理不當，將難以滿足工后沉降的控制要求，并在后期跳車嚴重，對道路運行極為不利。該工程采取以下方法進行控制：

（1）臺后復合地基處理時，樁間距應采用變間距，形成漸變段以解決臺后沉降量突變問題。以水泥土攪拌樁處理為例，橋臺臺后10 m引道及臺前錐坡樁間距1.2 m，臺后10～20 m段間距1.3 m，臺后20～30 m段樁間距1.4 m。

（2）橋臺施工采用反開挖法，先填筑路堤待沉降穩定時再鉆樁施工橋臺。

（3）橋臺處的軟弱土層厚度大于15 m時，臺前設10 m左右的反壓段，以利于橋臺穩定。

對于箱涵基底，樁間距適當加密，沿道路縱向在箱涵頂設置若干層雙向拉伸土工格柵，并向兩側延伸10～

15 m，以減少不均勻沉降。

5.4 懸臂式擋土墻基底處理方案

（1）軟土深度不超過23 m的擋土墻基底采取釘形水泥土雙向攪拌樁，上部擴大頭直徑1.0 m，高度3.0 m，下部樁體直徑0.6 m，能保證地基的承載力和穩定性。

（2）軟土深度大于23 m時，為保證懸臂式擋土墻基礎的穩定，可采用預應力管樁嵌入基礎處理，能有效減少不均勻沉降、傾斜、失穩及開裂等后期病害。

5.5 與舊路相接處的地基處理方案

該項目終點在下橋后接既有的順番公路，順番公路已經運行多年，路面質量保持良好，經過驗算，填高小于2 m時不進行地基處理。填高大于2 m時需要進行地基處理，采用水泥土攪拌樁進行處理。

5.6 旋噴樁造價太高，只用于局部高度受限地段

旋噴樁為半剛性樁體，在上述工法中造價最高，但其機械低矮、靈活，適用于高度受限地段。該項目單管旋噴樁應用于電力高壓線離地面高度較小處，及高架橋下凈空受限處。

6 施工實際情況及反思

6.1 PHC管樁施工靠近民房發生變更

第一標段K0+880～K0+900路段軟基處理方案為φ400PHC管樁，樁長27.0 m，該施工作業點離房屋最近僅5 m，管樁施工震動力大，且施工時對周邊土體有較大的擠壓、膨脹力，村民擔憂、反對的意見很大。經協調，處理方案變更為單管旋噴樁，樁長27.0 m，樁直徑0.6 m，樁距1.6 m。

反思：軟基處理施工應考慮場地條件，若靠近建筑物，震動力大、對周邊土體有較大的擠壓的PHC管樁慎用。

排水固結法會造成地基整體沉降變形，會對處理范圍外20 m寬度內產生明顯的附加沉降，對建筑物基礎產生不利影響，也應慎用。

6.2 第三標段CFG樁充盈系數大

第一標段施工CFG樁時情況良好，但在第三標段蕉門水道西岸施工CFG樁體時充盈系數很大，最大達到3.0。經過改進施工工藝，控制配合比、坍落度和拔管速度，經重新試樁，施工質量得以控制，但是超灌量較大，充盈系數達到1.4～1.7。經論證，由于CFG樁有較好的經濟性，即使充盈系數偏大一點，仍較預應力管樁經濟。施工完成后經檢測，處理后地基承載力及樁身完整性均滿足設計要求，沒有縮徑、斷樁現象。

將第一、三標段的淤泥和淤泥質土的物理力學性質進行對比，見表2，可以發現三標軟土的含水量、孔隙比均比一標高，導致CFG樁對于三標的適宜性比一標差。根據表2分析，若淤泥含水量大于60%，孔隙比大于1.6，應謹慎采用CFG樁，必須經現場試驗及檢測后方能大面積使用。

反思：根據《建筑地基處理技術規范》[3]，CFG樁適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結已完成的素填土地基，對淤泥質土應按地區經驗或通過現場試驗確定其適用性。經以上實踐，CFG樁對該地區淤泥及淤泥質土仍有適用性，由于其經濟性較好仍值得推廣，但當含水量、孔隙比較大時，應嚴格控制施工工藝及先進行試樁。

6.3 排水固結法不應輕易否定

該工程計劃工期為一年，因此否定了排水固結法。但受征地拆遷、管線遷移制約，實際建設工期超過了二年。

反思：排水固結法造價約為復合地基法的30%～50%，造價最為節省，處理后沉降均勻，而往往因工期緊張原因而被否定。建議項目提早籌劃，提前開展軟基處理工作，為軟基處理預留足夠的工期，以選擇技術經濟性最佳的軟基處理方案。

7 釘形水泥土雙向攪拌樁試驗段結論

經現場抽芯、標準貫入、荷載試驗、無側限抗壓等各項檢測，均滿足設計要求。

根據試驗段結果，釘形水泥土雙向攪拌樁在施工質量可控性、樁身強度、攪拌均勻性等方面具有較大優勢。樁身強度有離散性，但平均值較高，能夠滿足設計要求。樁長在13～23 m時技術經濟性較好，具有明顯優勢。可在該地區應用推廣。

8 結語

在我國近20年的基建熱潮中，各種深層軟基處理工法已較為成熟，技術上可行的方案有多個，應根據地質條件、施工場地條件、地區成熟經驗、工期要求等綜合選擇，并在技術、經濟、進度、環保等方面進行多方案比選，進一步優化，以期得到最為適宜的地基處理方案。

該工程軟基處理設計方案優化前造價約為2.73億元，占總建安工程費的22.7%，經優化后軟基處理造價約為2.25億元，軟基處理造價節省21.3%?，F在該道路已建成通車，運行情況良好，深層軟基處理達到了預期效果。

參考文獻

[1]武漢市政工程設計研究院有限責任公司. 黃欖快速干線（西段）工程初步設計說明[R]. 武漢， 2009.

[2]廣州市市政工程設計研究院. 黃欖快速干線（西段）工程初步設計咨詢報告[R]. 廣州， 2009.

[3]建筑地基處理技術規范： JGJ79—2012[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2013.A8811F88-A6BC-4B7D-B094-8FF2B468153D