城市道路軟土地基處理方法選擇分析

郭振軒

（東莞市交通投資集團有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引言

隨著我國社會經濟高質量發展，城市道路的建設需求日益增加，其建設質量受到越來越多的關注。城市道路工程在實施過程中會遇到復雜多樣的軟土地基，深度、厚度、狀況等都不盡相同。首先要對擬實施的工程場地進行勘測，摸清地質情況。通過對不同的軟土地基處理方法進行分析和對比，選擇合適、正確的處理方法。軟土地基經處理后不僅能有效地提高地基承載力，并且可以保證道路地基的穩定性，延長城市道路的使用年限。目前，CFG 樁（水泥粉煤灰碎石樁）被廣泛應用于軟土地基處理中，在改良不良地質中取得顯著的成效。

1 項目概況

松山湖科學城至光明科學城通道呈南北走向，東莞段北起環湖路，與環湖路平交，路線向東南（沿規劃工業九路）方向行進，與美景路、嘉源路、荔鄉西路平交后折向西南，下穿規劃環莞快速三期主路并與環莞快速三期輔路平交；道路兩幅分別下穿莞佛高速，與規劃中子源路平交后路線再往西南，貼著羅田水庫，與深圳段線位相接，路線總長4.31km。該首期工程屬于東莞段的一部分，工程采用城市主干路標準，雙向八車道，設計速度60km/h，路基段紅線寬56m。工程范圍北起現狀環湖路，南至規劃中子源路，里程樁號范圍為K0+650—K2+507，路線長度1.857km。項目全線主要為道路工程，主要構造物有兩處，分別是K1+475.054 雨水箱涵（2-3.5m×2.35m）和常虎高速K37+608.9 箱涵（1-4.0m×3.5m）。

1.1 地層巖性

1.1.1 第[1]層素填土

第[1]層素填土由黏性土及強風化巖組成，局部夾少量碎巖塊或混凝土塊，回填時間超過5 年，未揭示有暗埋的河道、溝浜、墓穴、防空洞等對工程不利的埋藏物。該土層已壓實或較壓實，且土質不均，工程力學性質較不穩定，均勻性較差，容許承載力不大，屬不均勻性土層，不宜直接作路基持力層。

1.1.2 第[2-1]層粉質黏土

第[2-1]層粉質黏土以可塑狀態為主，中壓縮性，埋深及分布不均勻，厚度變化較大，工程力學性質稍好。

1.1.3 第[2-2]層淤泥質黏土

第[2-2]層淤泥質黏土，厚度局部較大，主要分布于場地中段，埋深稍深，呈流塑狀，強度低，工程力學性質差，易發生剪切變形。在荷載作用下，易產生較大的沉降或不均勻沉降，屬不良地基土。該土層局部分布，屬不均勻性土層。土石開挖等級為Ⅰ級，類別為松土。

1.1.4 第[3-3]層細砂

第[3-3]層細砂，飽和，呈稍密—中密狀為主，夾少量淤泥質，零星分布于場地。承載力不大，但可作路基之復合地基持力層。該土層分布不均，屬不均勻性土層。

1.1.5 第[4-1]層全風化巖

第[4-1]層全風化巖，極軟巖，巖芯呈土柱狀，承載力稍好，厚薄及埋深變化較大，局部缺失，硬夾層分布不均，屬不均勻性巖層。

1.2 特殊性巖土

在鉆探揭露深度范圍內，特殊性巖土主要有素填土、軟土及風化巖。

1.2.1 素填土

素填土，場地均有分布，主要由黏性土及強風化巖組成，局部夾少量中風化巖碎塊，呈稍壓實—已壓實狀。其中，K1+160—K1+600 素填土厚度較大，厚約5～8m，該土層土質不均，均勻性差，易產生不均勻沉降，對場地的穩定性有一定的影響。防治措施：可采用工程措施，如換填、碾壓、強夯等。

1.2.2 軟土

第[2-2]層淤泥質黏土，厚度局部較大，最大埋深約14m，主要分布于K1+160—K1+600。上述土層均為不良地基土，含水量高，具有壓縮性高、觸變性高、抗剪強度低、承載力極低的特點，含大量有機質和腐木。固結時間長，加載后變形量大，具高流變性，易產生滑移破壞，不均勻沉降，對場地的穩定性有一定的影響。在荷載作用下，易產生較大的沉降或不均勻沉降，應對其進行加固改良。

1.2.3 風化巖

強風化巖巖性由全—中風化混合花崗巖組成，其中全風化及強風化巖泡水后易發生軟化、崩解，導致其強度降低，且基巖埋藏深度不一，風化強烈，風化不均勻，常夾中風化巖硬塊或薄層，對地基的均勻性和穩定性亦有不利影響，影響樁基持力層的選擇。

2 常見軟土地基處理方法的特點分析

軟土地基處理方法的選擇需綜合考慮場地工程地質、水文地質條件、工期、施工條件、經濟性、適用性等。對項目地區應用較多的淺層換填（換土墊層法）、塑料排水板及預壓處理、水泥攪拌樁、CFG 樁、PHC 樁、高壓旋噴樁共6 種軟土地基處理方法的特點進行分析。

2.1 淺層換填（換土墊層法）

換土墊層法屬于淺層處理，在工程領域應用較多，其作用主要表現在提高地基承載力、減少地基沉降量、加速軟弱土層排水固結等方面，是一種快速、經濟的地基處理方案[1]。該方法是指全部或部分挖除地基下一定深度內的軟土，回填碎石、砂、礦渣等水穩性好、強度高的粒狀材料，或挖砂溝排水。在軟土路段的表層軟土小于2.5m 的時候，適用該方法處理。墊層有減少路基沉降量、提高地基承載力、加速軟弱土層排水固結、調整地基剛度等作用。

2.2 塑料排水板及預壓處理

軟土埋深在2.5～20m 范圍內的一般路段適用塑料排水板及預壓處理。塑料排水板及預壓處理是指將塑料排水板用插板機插入軟土地基，在上部預壓荷載作用下，軟土地基中的空隙水從塑料排水板排到上部鋪墊的水平塑料排水管或砂層中，再從其他地方排出，加速軟土地基固結。在軟土地基處理技術中，袋裝砂井與塑料排水板的作用、設計、施工設備基本相同。塑料排水板的施工流程為：插板機定位—安裝管靴—沉設套管—開機打設至設計標高—提升套管—剪斷塑料排水板—檢查并記錄板位等打設情況—插板機移動至下一板位。在塑料排水板處理后的地基上預先施加一定的靜荷載，可提高軟土地基的承載力和牢固度，從而減少構筑物建成后的沉降。

該方法的優缺點分析：其一，處理軟土地基的效果明顯；其二，工程造價較低，易大面積施工；其三，預壓時間較長，施工工期較長；其四，在施工過程中，由于排水固結會引起原地面沉降量較大，需設置臨時排水溝；其五，若在施工過程中，控制措施不足，難以保證處理質量。

2.3 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁是近年軟土地基技術中使用較多的加固方法。水泥攪拌樁作為道路軟土地基處理中最為重要的技術，只有保障施工工藝本身的合理性和有效性，規范施工操作，才能真正保障市政道路的整體施工質量[2]。水泥攪拌樁是一種半剛性樁，強度和剛度介于柔性樁（砂樁、碎石樁等）和剛性樁（混凝土樁、鋼管樁等）之間，與樁周土共同承擔荷載構成復合地基。在無側限情況下，形成的樁體可保持直立，在軸向力作用下有一定的壓縮性。水泥攪拌樁復合地基可以提高路堤的穩定性、地基的承載力以及改善地基的變形特性，減少施工后沉降。在高等級道路軟土地基處理中，水泥攪拌樁的應用主要體現在以下三方面：其一，解決“橋頭跳車”問題應用；其二，高填方路堤的減沉、抗滑應用；其三，城市主干道管線地基處理應用。目前國內的水泥攪拌樁加固深度一般可達15m，施工設備的成樁直徑一般為50～70cm。

該方法的優缺點分析：其一，施工較迅速；其二，沉降變形容易控制，承載力較高；其三，具有成熟的施工工藝和施工經驗；其四，造價較高；其五，地下有塊石時無法施工。

2.4 CFG 樁

CFG 樁是一種由粉煤灰、水泥和碎石或石屑形成的可變強度樁，與樁間土、褥墊層一起共同承擔荷載，形成復合地基。CFG 樁處理深度能達到25m，可明顯提高地基承載能力，降低地基沉降，處理效果良好，但造價相對較高。CFG 樁一般的成樁工藝主要有長螺旋管泵壓和振動沉管。在CFG 樁的施工過程中，除了重視其施工要點外，還應嚴格控制拔管的高度和速度，講究跳躍施工的次序和裂縫的控制，并嚴格進行質量測試和沉降位移的監控，才能確保施工質量[3]。

該方法的優缺點分析：其一，具有較高的承載力，沉降變形較小，變形穩定快；其二，造價較高。

2.5 PHC 樁

PHC 樁是由專業工廠采用先張法預應力以及離心成型工藝，通過蒸壓養護制成的一種空心圓筒體的等截面構件，將其運往工程現場后，采用靜壓或錘擊的方法沉入地下作為建（構）筑物的基礎。考慮樁—承臺—基土—土工織物—路堤協調作用，荷載大部分是由樁體承擔，同時也能較好地發揮樁間土的承載潛力。采用工廠化生產的PHC 樁，質量可靠，處理的深度也大，施工快捷，沉降小，對老路的干擾比較小，缺點是造價較高。為了降低造價，可以采用配置樁帽的方法，疏化樁間距。

該方法的優缺點分析：其一，抗擠土效應能力強，地基質量容易保證，施工速度快，使用深度大，達20m。其二，采用靜壓法施工時，對周圍環境影響最小。其三，工程造價高。

2.6 高壓旋噴樁

高壓旋噴樁是通過高壓旋轉的噴嘴將水泥漿噴入土層，與土體混合形成連續搭接的水泥加固體，適用于處理淤泥質土、淤泥、流塑、可塑黏性土或軟塑、黃土、砂土、粉土、素填土和碎石土等地基。該方法施工占地少、振動小、噪聲較低，但容易污染周邊環境，施工成本較高。根據土質條件和工程需要，可分別采用單管法、雙管法及三管法。高壓旋噴樁因其施工機械較小，在施工場地寬度、高度受限（如高壓線、橋梁下場地）的情況下，應用較為廣泛。

該方法的優缺點分析：其一，施工靈活，承載力高，沉降變形小，變形穩定快；其二，工程造價較高。

3 方法比選

其一，由于淺層換填（換土墊層法）不宜過深，對于素填土厚度不超過3m 的一般路段，宜采用淺層換填（換土墊層法）進行處治。

其二，對于K1+160—K1+600 軟土地基路段，由于素填土厚度較大，約5～8m，且淤泥質黏土廣泛分布于此路段，最大埋深達到14m。鑒于淤泥質黏土呈流塑狀，強度低，工程性質差，需對其進行處理后，方可進行上層路基施工。現對塑料排水板（或袋裝砂井）及預壓處理、水泥攪拌樁、CFG 樁、PHC 樁、高壓旋噴樁等處理方法進行科學的比較和分析（見表1），然后結合工程實際，選擇出最合理、最有效、最優的軟土地基處理方法。由于在K1+475.054 處設置2 孔3.5m×2.35m 雨水箱涵，且軟土埋深較深，最大埋深達到14m。綜合考慮場地工程地質和水文地質條件、周圍環境條件和各處理方法的使用要求、施工條件、工期等因素，經過技術經濟比較分析后可知，CFG 樁為K1+160—K1+600 軟土地基可行的、綜合效果最佳的軟土地基處理方法。

表1 K1+160—K1+600 軟土地基處理方法比較表

4 結語

以松山湖科學城至光明科學城通道（東莞段）首期工程為例，闡述各種城市道路軟土地基的處理方法，包括淺層換填（墊層處治）、塑料排水板（或袋裝砂井）及預壓處理、水泥攪拌樁、CFG 樁、PHC 樁、高壓旋噴樁等，分析介紹了各種處理方法的適用范圍、優缺點等，希望對城市道路軟土地基處理方法選擇起到一定的參考和借鑒作用。