佛山市某公路工程軟基處理現狀分析及效果評估

吳庭然

（佛山市建盈發展有限公司，廣東 佛山528000）

0 引言

我國軟土分布較廣，在長三角、珠三角和東南沿海各地均有分布。軟土含水量較高、壓縮性強、承載力低且滲透性差，導致其排水固結慢，自然沉降需要時間長，對開展工程十分不利。為此，在軟土路基上開展工程建設必須要結合地質條件、項目需求、結構類型、施工條件和經濟等各項因素，選擇合理的軟基處理方法，保證其既能滿足項目建設需求，又能節約建設成本。

1 工程概況

該公路工程是佛山一環西拓南環段的一部分，長9.02km，樁號K27+780～K36+800，按雙向6車道+硬路肩斷面布置，采用一級公路標準，兼顧城市道路功能，設計速度為80km/h。

1 .1地質條件

該項目地質分兩個區域：一是沖淤積平原（工程地質Ⅰ區），為珠江三角洲西岸平原地區，分布里程為K27+800～K30+150、K31+450～K31+750、K32+000～K33+650、K33+900～K37+150；二是剝蝕殘丘地貌（工程地質Ⅱ區），分布里程為K30+150～K31+450、K31+750～K32 + 000、K33 + 650～K33 + 900，其 間 夾 山 間洼地。

1 .2地質特征

該項目屬珠江三角洲沉積區，第四紀沉積層厚度較大，土層種類較多，土壤物理力學性質較差，且差異性大，軟土以淤泥、淤泥質土為主。沿線軟土路段分布如表1所示。

表1 軟土分布情況表

1 .3水文氣候條件

該項目位于西江西側，西江從西南部邊境流過，有橫貫東西的滄江河及15條支流，地表水系較為發達。氣象災害有熱帶氣旋、暴雨、洪澇、干旱、寒潮、低溫陰雨和強對流等。

2 軟基處理方案分析

2.1 軟基處理基本情況

軟基路段集中在K32+000～K36+800路段，采用的處理方法有：堆載預壓+袋裝砂井、水泥攪拌樁、CFG樁和高壓旋噴樁。其中，橋頭過渡和結構物路段采用水泥攪拌樁、CFG樁和高壓旋噴樁復合路基；一般軟基路段采用堆載預壓+袋裝砂井排水固結；軟土層厚、填土較高的一般軟基路段采用CFG樁和水泥攪拌樁復合路基。全線軟基處理長1648m，集中在K34+465～K36+600段落內，其中CFG樁長度697m，占比42.3%；堆載預壓+袋裝砂井長度527m，占比32%；水泥攪拌樁路段長度389m，占比23.6%；高壓旋噴樁長度35m，占比2.1%。從處理方法及數據統計可見，軟基處理效果主要取決于CFG樁、堆載預壓+袋裝砂井和水泥攪拌樁的處理效果。

2.2 軟基處理方法分析

第一，由于結構物路段和橋頭過渡路段較多，導致軟基處理方法交替頻繁（如K35+326～K35+475 為堆載預壓+袋裝砂井，K35+475～K35+509 為CFG 樁，K35+509～K35+716 為堆載預壓+袋裝砂井），不同處理方法的路基最終沉降量和沉降穩定期不一致，易在交界處產生不均勻沉降，存在工后路面不均勻沉降風險。第二，復合路基處理方法較多，路堤填筑高度普遍不高（5m 左右）且無超載預壓，存在工后路面橫向不均勻沉降的風險。第三，軟土層具有壓縮性大、含水量高、強度低等特點，沉降穩定周期長，工后沉降的風險較大。

3 現場沉降監測情況分析

3.1 軟基監測基本情況

軟基監控單位在一般軟基段、結構物段及橋頭過渡段共布置14 個沉降監測斷面，每個監測斷面布置3個（左、中、右側）表面沉降監測點。其中，因施工時間不同，累計監測時間最長為406d，最短為157d，一般在250～350d 之間。14 個斷面中有6 個斷面累計沉降均值大于150mm，占比43%，其中K35+620 斷面累計沉降平均值最大（734.6mm）。

監控單位監測的軟基表面沉降數據匯總見表2。

表2 軟基路段沉降數據匯總表

3.2 軟基監測情況分析

根據監測數據揭示軟基處理過程中有以下三個問題：第一，軟土層厚度不均勻、土體物理力學指標差異大，導致不同斷面之間、相同斷面不同點之間，沉降差異特別明顯。第二，部分軟基處理設計或處置措施不到位（如復合路基中墊層厚度不夠、排水固結中排水通道不暢等），均會反映在沉降數據上。第三，從整體上看，大部分軟基還沒有沉降到位，反映在數據上表現為累計沉降量偏小，且很不均勻。

4 理論分析和數值模擬計算

通過對監測數據的處理和設計資料的分析，初步掌握該工程軟基處理現狀。為更詳細地掌握軟基的沉降情況，降低軟基處理的安全隱患，在現有資料的基礎上，對各路段典型斷面最終沉降和殘余沉降進行計算和分析。

4.1 典型計算斷面的選擇

軟基處理路段可分為一般軟基段、結構物段和橋頭過渡段。針對上述3 種軟基處理路段分別選取典型斷面，一般軟基段選取最不利和具代表性的堆載預壓+袋裝砂井（K35+980、K35+620）；結構物和橋頭過渡路段分別選取CFG 樁（K36+100、K36+280）和堆載預壓+袋裝砂井（K35+440、K35+350）；高填方路段選取（K31+760），進行最終沉降量的計算。

4.2 理論計算法

對于未處理路段和堆載預壓處理路段，路基沉降因土體在荷載下壓縮而產生，路基總沉降量可用分層總和法計算；對于復合路基處理路段，荷載由樁基和土體共同承擔，可將群樁作為假想的實體深基礎，不計算樁身壓縮量及樁與土間的相對位移，計算出作用在樁端平面處的壓力后，按分層總和法計算樁端下土的壓縮量，作為樁基的沉降量。

第一，分層總和法。根據土的特性和應力狀態變化分為若干層，每層土壓縮量為

s

，加起來即為地基總沉降量，公式（1）為：

式（1）中：

s

為最終沉降量（mm）；

s

,

s

,

s

…

s

為每層土的壓縮量（mm）；n 為分層總層數；

s

為第

i

層土的壓縮量（mm）。

第二，群樁沉降計算樁基礎最終沉降量，公式（2）為：

式（2）中：

s

為樁基最終計算沉降量（mm）；

m

為樁端平面以下壓縮層范圍內土層總數；

E

為樁端平面下第

j

層土第

i

個分層在自重應力至自重應力加附加應力作用段的壓縮模量（MPa）；

n

為樁端平面下第

j

層土的計算分層數；

h

為樁端平面下第

j

層土的第

i

個分層厚度（m）；

σ

為樁端平面下第

j

層土第

i

個分層的豎向附加應力（kPa）；

ψ

為樁基沉降計算經驗系數。

4.3 有限元法

此次計算利用PLAXIS 有限元程序進行分析，以路基中點沉降數據為計算模型。有限元法不僅可以考慮土體固結過程，而且能分析各種處理形式對地基沉降的影響，模擬各種施工工藝對應的情況，進一步考慮不同施工因素（擾動、加鋪）對沉降的影響。

4.4 典型斷面殘余沉降預測

軟基路段處理不到位，將會產生較大的工后沉降。應對軟基處理效果進行評估，為后續施工提供指導與建議，結合計算獲取的典型斷面最終沉降量和監測數據，使用理論計算法、有限元法和“雙曲線法”對典型斷面的殘余沉降進行預測，結果匯總見表3。

表3 最終沉降及殘余沉降預測匯總表

5 軟基處理效果綜合評估

5.1 現場監測數據評估

以軟基監測數據為基礎，根據沉降穩定評價標準：30d 累計沉降小于5mm 定為穩定，累計沉降在5～10mm 為基本穩定，累計沉降大于10mm 為未穩定，對路基沉降穩定情況進行評價。14 個監測斷面中，共有2 個斷面沉降穩定情況為未穩定，均為堆載預壓+袋裝砂井路段；4 個斷面基本穩定，為軟土層較厚或填土較高路段，8 個斷面穩定。

5.2 軟基處理效果綜述

5.2.1 軟基處理形式評估

由于結構物路段和橋頭過渡路段較多，導致軟基處理方法交替頻繁，易導致縱向不均勻沉降，可加強現場監測，在差異沉降較大的不同軟基處理方法的交界處，適當進行加筋處理，減少工后路面出現開裂及工后沉降。

5.2.2 現場沉降監測數據評估

正常路基填筑路段由于土層性質較好，沉降情況多數處于穩定或基本穩定狀態。軟基處理路段沉降情況部分處于未完全穩定狀態，主要反映為軟土層較厚路段累計沉降量數據偏小且不均勻，個別段落存在縱向不均勻沉降，應及時找出導致該現象的原因，做好相應補強措施。

5.2.3 理論分析和數值模擬計算評估

根據理論計算法和有限元法的計算結果，斷面的已有沉降一般占最終沉降的60%～80%。路基沉降主要發生在施工期，對于堆載預壓+袋裝砂井處理的軟基路段，在有限元計算中考慮的是理想的排水條件，若排水固結或排水通道存在施工問題，其工后沉降會顯著增加，應加強堆載預壓+袋裝砂井處理軟基處理段排水通道的疏通。

6 結語

該項目各軟基路段的處理方案選擇比較合理，應及時收集施工資料及監測數據，便于掌握各軟基路段的處理現狀、可能存在的質量隱患、工后沉降變化和路面可能開裂的情況，有利于采用針對性的對策和措施。