市政道路深厚軟土地基處理的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

肖時(shí)輝，周波，王虎，周岳，祝必仁，李偉鵬

（1. 珠海大橫琴股份有限公司，廣東 珠海510089；2. 中國鐵建港航局集團(tuán)有限公司，廣東 珠海510089；

1 引言

珠海地區(qū)廣泛分布著海相沉積軟土，其分布范圍和厚度以珠海西區(qū)和橫琴新區(qū)的濱海相軟土最為突出[1]。該地區(qū)軟土強(qiáng)度低、壓縮性大、滲透性差[2]，且具有深厚的特點(diǎn)，這是該地區(qū)軟土地基處理必須考慮的區(qū)域特性[3]，工程建設(shè)時(shí)必須妥善處理其強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性問題[4]。

深厚軟土作為路基的處理技術(shù)主要有排水固結(jié)法[5-6]和復(fù)合地基法[7]。排水固結(jié)法通過排除土體內(nèi)孔隙水，增加土顆粒的接觸，改善土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，事先使得軟土排水固結(jié)，達(dá)到變形穩(wěn)定和提高承載力的目的。復(fù)合地基法通過土體內(nèi)設(shè)置樁體，如素混凝土樁[8]、水泥土攪拌樁[9]等，形成樁土共同受力，達(dá)到承載力要求，同時(shí)減小荷載作用下的變形。也有先采用排水固結(jié)法預(yù)處理，后再采用復(fù)合地基的處理方式。

本文以橫琴新區(qū)國際居住區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施及配套工程（S3 片區(qū)）的3 條城市道路深厚軟土路基處理為工程背景，闡述了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法和雙向水泥土攪拌樁復(fù)合地基在深厚軟土路基處理中設(shè)計(jì)、施工實(shí)踐，并利用施工監(jiān)測、土工試驗(yàn)和原位測試等手段分析評價(jià)了處理效果，可為深厚軟土處理的設(shè)計(jì)施工提供一定的借鑒作用。

2 工程背景

項(xiàng)目位于橫琴國際居住區(qū)S3 片區(qū)，區(qū)域包含3 條城市道路分別為D 路（次干路）、F 路（支路）和S 路（支路），道路總長為3.41 km。

場地地下水與河流水水力聯(lián)系密切，旱季時(shí)，地下水補(bǔ)給河流，雨季時(shí)，河流補(bǔ)給地下水。根據(jù)巖土成因、地質(zhì)年代、巖性和工程特性等，場地地層巖性可分為第四系人工填土層（Q4ml）、第四系海陸交互相沉積層（Q4mc）、第四系沖洪積層（Q4al+pl）、第四系殘積層及燕山三期基層（γ52(3)）。由上到下依次描述如下：

第1-1 層素填土（Q4ml）：由砂土組成，局部地段含黏性土、粉土或少量碎塊，新近人工填土，吹填年限＜1 年，未固結(jié)層，揭露平均厚度為3.38 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)平均值為2.9 擊。

第1-2 層雜填土（Q4ml）：主要由碎石土及拋石組成，充填砂土或黏性土，碎塊及拋石粒徑約2～15 cm，成分為磚塊及混凝土等，新近人工填土，堆積年限＜1 a，未固結(jié)，揭露平均厚度為4.31 m。

第2-3 層淤泥（Q4mc）：灰黑色，深灰色，流塑狀，豎向排水固結(jié)系數(shù)、徑向排水固結(jié)系數(shù)分別為1.70×10-3cm2/s 和1.70×10-3cm2/s，揭露平均厚度為24.02 m。

第3-1 層粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）：土黃色，灰白色，灰黃色，褐紅色等，可塑狀，局部硬塑狀，干強(qiáng)度中等，韌性中等，黏性較好，揭露平均厚度為4.33 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)平均值為10 擊。

第3-2 層淤泥質(zhì)黏土（Q4al+pl）：灰黑色，深灰色，流塑狀，局部軟塑狀，局部含少量粉砂，揭露平均厚度為4.87 m。

第5-2 層強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（γ52(3)）：褐黃斑色，灰白斑色，灰褐斑色等，半巖半土狀，碎塊狀，巖石結(jié)構(gòu)大部分被破壞，遇水易軟化崩解，手折易斷，為極軟巖，揭露平均厚度5.57 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)平均值為42.6 擊。

其典型的地質(zhì)剖面如圖1 所示，場地分布深厚軟土，平均厚度達(dá)到了24.0 m，深厚軟土地基的強(qiáng)度和變形是本工程需要解決和控制的問題，也是珠江口西岸濱海地區(qū)進(jìn)行市政建設(shè)面臨的共同難點(diǎn)。

圖1 工程場地典型的地質(zhì)剖面

3 軟土路基處理技術(shù)方案與施工

軟土路基處理采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：路面設(shè)計(jì)使用年限（15 a）內(nèi)工后沉降≤50 cm；小型構(gòu)筑物（箱涵、人行通道）工后沉降≤30 cm；淤泥固結(jié)度≥90%；地基承載力要求：道路≥100 kPa。

根據(jù)本工程不同路段軟土路基的特點(diǎn)，具體的軟土路基處治技術(shù)方案和施工如下。

1）一般路基段：真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理

采用C 形塑料排水板，正方形布置，間距1.0 m，一般打設(shè)深度按軟土層底標(biāo)高控制，最大不超過25 m，處理寬度控制在道路紅線以外10 m；膜下真空壓力≥80 kPa，抽真空120 d 后利用路堤自重（≤3 m）作為預(yù)壓荷載；密封墻采用雙排黏土密封墻，具體設(shè)計(jì)如圖2 所示。以F 路真空聯(lián)合堆載預(yù)壓為例，排水板打設(shè)深度最大25 m，在開始抽真空一周后膜下真空度穩(wěn)定在88～89 kPa，抽真空時(shí)間從2019 年12 月9 日持續(xù)至2020 年6 月14 日。

圖2 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理斷面設(shè)計(jì)

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓期間在預(yù)壓兩側(cè)布置的深層測斜管變形趨勢表明其顯著影響深度達(dá)到了12 m，累計(jì)深層水平變形達(dá)到了8～18 cm。同時(shí)布置了淺層沉降板對軟基處理淺層沉降進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)三點(diǎn)法利用實(shí)測變形與時(shí)間關(guān)系曲線按下式可推算最終豎向變形量Sf：

式中，S1，S2，S3為加荷停止后時(shí)間t1，t2，t3相應(yīng)的豎向變形量，且取t2-t1＝t3-t2。

通過真空聯(lián)合堆載預(yù)壓停止時(shí)的豎向變形量和推算的最終豎向變形差值可以預(yù)估軟基處理后的工后沉降量，同時(shí)根據(jù)固結(jié)度的定義，可以得到通過真空聯(lián)合堆載預(yù)壓停止的固結(jié)度U，表達(dá)式為：

式中，St為真空聯(lián)合堆載預(yù)壓停止時(shí)的豎向變形量。

根據(jù)軟土路基處理淺層沉降的監(jiān)測結(jié)果，選用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓后期的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，依據(jù)式（1）和式（2）推算出的最終變形量、工后沉降和固結(jié)度如表1 所示。監(jiān)測點(diǎn)CJ01 和CJ02 固結(jié)度滿足≥90%的要求，監(jiān)測點(diǎn)CJ03 固結(jié)度為88%，接近固結(jié)度要求；預(yù)測的工后沉降全部滿足≤50 cm 的設(shè)計(jì)要求。但應(yīng)注意的是，該路段部分軟土厚度超過25 m，排水板并沒有打穿軟土層，需要長期監(jiān)測才能獲得準(zhǔn)確的工后沉降資料，且需關(guān)注其不均勻沉降情況。

表1 工后沉降和固結(jié)度分析

2）一般路基與現(xiàn)狀構(gòu)筑物過渡段：由于真空聯(lián)合堆載預(yù)壓會對臨近構(gòu)造物造成影響，在與現(xiàn)狀道路相接處以及構(gòu)造物附近采用復(fù)合地基；同時(shí)淤泥較深，且含水量均值達(dá)到了62.5%，十字板抗剪強(qiáng)度小于20 kPa，經(jīng)分析采用CFG 樁成樁質(zhì)量較差，而雙向水泥攪拌樁處理深度較深，處理效果較單向水泥攪拌樁較好，因此采用雙向水泥攪拌樁處理方案。

攪拌樁樁徑50 cm，按正三角形布設(shè)，樁間距1.3 m，樁長平均18.6 m，設(shè)計(jì)要求28 d 單樁承載力不少于35 kN，90 d 單樁承載力不小于60 kN。所用水泥漿水灰比為0.60，水泥摻量19.7%，樁材料用量70 kg/m，滿足設(shè)計(jì)基本要求，如圖3 所示。

圖3 雙向水泥攪拌樁復(fù)合路基斷面設(shè)計(jì)

3）小型構(gòu)筑物（涵洞等）段，完成軟土路基處理后再進(jìn)行反開挖施工；在管線位置，樁頂標(biāo)高在管線底標(biāo)高以下0.5 m，攪拌樁實(shí)施完成后進(jìn)行反開挖實(shí)施褥墊層、路基、路面。

4 處理效果分析

4.1 聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理前后軟土物理力學(xué)性能對比分析

軟土路基處理后，在場地布置取樣孔，每1.0 m 取樣一個(gè)判別加固效果。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固前后淤泥層物理力學(xué)指標(biāo)如表2 所示，經(jīng)過排水固結(jié)后淤泥層的定名由淤泥變?yōu)榱擞倌噘|(zhì)土，其含水率和孔隙比分別減小了31.88%和34.60%，黏聚力、內(nèi)摩擦角和壓縮模量分別增長了32.31%，109.68%和42.86%，加固效果明顯。其中內(nèi)摩擦角增長達(dá)到了一倍以上，這說明排水后孔隙比減小，固體顆粒接觸增加顯著。

表2 處理前后軟土物理力學(xué)參數(shù)對比

對F 路真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理后軟土路基進(jìn)行十字板原位試驗(yàn)檢測，從淤泥層頂面以下1 m 處開始，間隔1 m 進(jìn)行測試。測試結(jié)果如表3 所示，根據(jù)JTG/T D31-02—2013《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》有關(guān)規(guī)定，處理后軟土屬中等靈敏性軟土，軟土路基應(yīng)避免大幅擾動，特別是在路側(cè)基坑作用下，應(yīng)采取變形控制措施，防止過大變形的發(fā)生。

表3 處理后軟土十字板測試結(jié)果

4.2 雙向水泥攪拌樁的檢測結(jié)果

雙向水泥攪拌樁進(jìn)行鉆芯法和單樁承載力能力檢測，鉆芯法檢測結(jié)果表明芯樣呈柱狀，大部分完整，局部破碎，樁身完整性類別為Ⅱ類，芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值為3.2～6.2 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。雙向水泥土攪拌樁在最大試驗(yàn)荷載120 kN 作用下，壓力穩(wěn)定，各樁樁頂總沉降量范圍為0.78～29.18 mm，Q-s 曲線（壓力-位移曲線）平緩，無陡降段，s-lg t 曲線（位移-時(shí)間對數(shù)曲線）呈平緩規(guī)則排列，單樁承載力特征值不小于60 kN，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理橫琴新區(qū)深厚淤泥（質(zhì)）土的工程實(shí)例表明，在6 個(gè)月抽真空作用下其固結(jié)度能達(dá)到90%；加固后物理力學(xué)性能提升明顯，內(nèi)摩擦角增長比例最大，達(dá)到了一倍以上；同時(shí)處理后淤泥質(zhì)土屬中等靈敏性軟土，應(yīng)避免大幅擾動，防止軟土路基過大變形的發(fā)生。

深厚淤泥（質(zhì)）土中雙向水泥攪拌樁成樁質(zhì)量高，檢測項(xiàng)目全部滿足設(shè)計(jì)要求。深厚軟土處理中，在真空聯(lián)合堆載預(yù)壓影響范圍內(nèi)存在臨近構(gòu)造物，雙向水泥攪拌樁復(fù)合地基是一個(gè)很好的替代方案。

地基承載力檢測均滿足設(shè)計(jì)要求，但因軟土深厚，存在處理深度不夠和不可忽略的次固結(jié)變形，長期的沉降監(jiān)測才能獲得深厚軟土路基工后變形規(guī)律。