軟土地區既有道路改建設計要點分析

葉紹棠

（廣州市市政工程設計研究總院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

由于我國東西和南北跨度較大，在長時間的歷史發展過程中，受到地質以及氣候因素的影響，不同區域的土質存在著明顯差異。軟土地基是常見的不良地基，這類地基在含水量和抗剪強度方面的劣勢十分明顯，對新道路建設以及既有道路的改建設計都會產生不利影響[1]。基于此，文章以廣州南沙區的現狀S111 道路工程為研究對象，在分析軟土地區既有道路改建設計工作基本要點的同時，就軟土地基的處理技術進行研究，并提出相應的技術處理要點，以期為軟土地區的道路建設以及改建提供理論參考。

1 沿線場區巖土工程條件

根據勘察結果，擬建道路沿線場地內未見滑坡、崩塌、巖溶、泥石流等不良地質作用。沿線場地內的特殊性巖土主要為填筑土及軟土。

第一，填筑土。沿線場地內的填筑土多為新近堆填，主要由石塊、混凝土塊組成，局部夾少量碎石，松散狀態，判斷多為周邊建筑垃圾。由于填筑土一般強度低，壓縮性較高，滲透性偏大，開挖易坍塌，是基礎設計及施工時應著重解決的問題。第二，軟土。沿線發育有軟土，根據原位測試結果及室內土工試驗結果，沿線場地內的軟土主要特征為天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、強度低、滲透系數小。

2 軟土地區既有道路改建設計要點分析

2.1 工程概況

廣州南沙區位于我國珠江口的西岸，層狀地貌特征十分明顯，除去當地的山地、丘陵和臺地等，沖積平原和海積平原也是當地分布廣泛的地貌，相對高程在4～6m 之間[2]。當地的沖積平原主要沿水道兩側分布，淤泥和淤泥質砂也是當地沖積平原中廣泛分布的沉積物，南沙地區的軟土面積占當地總面積的70%～80%。

該項目為番中公路上橫瀝段，是當地省道S111 中的一段，累計長度為3.5km，初始設計速度為60km/h，雙向2 車道+硬路肩，路基的寬度為14m。道路總體由南向北延伸，周邊為村落區，兩側主要為農田、村鎮等，相交現狀道路包括宜安北路、大滘東街、村村通道路等；道路北段周邊以農林用地及水體為主，與現狀大滘涌相交，并有現狀110kV 高壓走廊平行于該路線走向，高壓塔位置與該工程道路邊線較近，因此道路施工時需做好擋土墻防護措施。因為該道路工程建成時間較早，在長時間運營的情況下，出現了明顯的路基沉降與路面碎板等問題。

在該道路改建設計過程中，根據廣州南沙開發區國土資源和規劃局《關于提供番中公路改造工程規劃設計條件的復函》（穗規南函〔2015〕197 號）要求，該道路平面設計基本沿現狀番中公路道路線位走向進行，并在遵照規劃線位的前提下，選用最經濟、合理的線位，對道路中線進行適當調整優化。

該項目沿線建設用地目前主要為農田、香蕉地與魚塘，根據規劃設計條件的要求，道路縱斷面需滿足該地區的防洪、排澇要求，道路沿線豎向標高不得低于6.3m，這意味著路基填筑高差較大。

2.2 路基設計要點

必須保證在工程建設和運營期間路基不會出現整體剪切破壞或者局部剪切破壞的現象，以此滿足道路工程運行穩定性需求。同時，應保證道路投入使用后，不會出現較大面積的沉降以及不均勻沉降現象，以滿足道路工程強度方面的需求。因此，在路基設計環節，從路基穩定性、沉降性和路面結構承載力等多個方面進行分析，并在此基礎上提出相應的軟基整改方案[3]。完成軟基處理工作后，還應將路面沉降和路基工程穩定性作為主要的控制指標。由此可見，在路基設計環節，既有路基范圍處理、路基拼寬設計及橋頭路基過渡段設計是路基設計要點。

該道路工程因為已經通行23 年，路基沉降量已經超過50cm，公路沉降已趨于穩定，既有路基范圍可以不拆除原路面直接進行填筑，不需進行深層軟基處理。

該道路工程原本的高程普遍控制在4.2～5.6m，新路面后高差達1.5～2.5m，為使新建之后的瀝青混凝土路面結構層和原水泥混凝土路面結構之間夾層的整體穩定性及強度，建議使用石屑進行回填。

路基拼寬設計應在對既有路基進行充分調查的基礎上，通過分析拼寬部分路基對既有路基變形、穩定性及防排水設施功能的影響，制訂合理的技術方案，保證改擴建路基的強度和穩定性。

橋頭路基處理分為臺前錐坡處理區、臺后處理區及過渡區，橋頭引道路段往往是軟基設計中的關鍵點，橋頭引道軟基處理完成后，工后沉降要控制在10cm 以內。

2.3 路面設計要點

2.3.1 車行路面

原路面為雙向水泥混凝土路面結構，舊有道路平均厚度為23.4cm，道路彎拉強度平均值為4.72MPa。由于工程項目位于軟土路基區域，路面出現不同程度病害，病害以縱橫向裂縫、不規則裂縫和碎板為主。同時由于該項目交通量增長較快，交通荷載等級為重交通，在車輛荷載的反復作用下，路面結構疲勞破壞，導致路面性能下降。但項目填筑較高，新建路面結構層以下還需填筑1～2m 石屑墊層，已形成高強度墊層，既有路面無需病害處理，直接填筑壓實后新建路面。

路面設計應考慮地區氣候特點并結合交通流量，得出規劃末期，一條車道的高峰小時交通量為1247pch/h/ln，日交通量為10391pcu/d/ln，一個車道上的累計當量軸次為1.47×107 次，屬于重交通等級，故采用18cm 厚的瀝青混凝土面層+35cm 厚5%水穩級配碎石+15cm 厚4%水泥穩定石屑+15cm 級配碎石墊層，以滿足工程設計要求。

2.3.2 慢行系統

項目現狀為公路性質，無配套慢行系統，道路升級改造不僅需提高行車舒適性，更應適應周邊發展，建設完善的慢行系統，該項目改造人行道采用高標準花崗巖鋪設，新設非機動車道，采用透水混凝土鋪設。同時，圍繞全要素覆蓋、全方位提升、全過程管理、多方面創新開展工作，形成“4 個街道”的建設成果，從人行道鋪裝、裝飾井蓋、車止石、特色護欄、立體斑馬線、慢行導向設施、多桿合一、道路附屬箱體設施美化、垃圾桶等多方面入手，全面提升交通服務水平。

3 軟土地基既有道路改建設計中針對軟土地基的處理技術

3.1 既有路基范圍處理

現狀路面范圍由于經過二十多年車輛荷載及沉降，路基已穩定，該路段無需進行深層軟基處理，原人行道、非機動車道、綠化帶拓寬為機動車道部分，因現狀路基已進行過堆載預壓處理，故改建施工不再進行深層軟基處理，采用換填法處理，填方破除舊路面結構或清表后，向下挖除80cm 表土，換填石屑；挖方或低填淺挖路段，挖至路床頂以下80cm，換填石屑。

3.2 橋頭路基處理

橋頭路段路基處理分為臺前錐坡處理區、臺后處理區及過渡區。因橋頭處填土高度大于4m，極容易產生不均勻沉降，為避免橋頭跳車，臺前錐坡處理區及臺后處理區采用預應力管樁復合地基處理方式，樁徑400mm，臺前處理范圍為橋臺臺前6m 范圍內，臺后處理范圍為橋臺臺后30m 范圍內。橋頭過渡區路基處理采用塑料排水板堆載預壓+水泥攪拌樁處理方式，攪拌樁間距為1.5m，樁徑為600mm，處理范圍為臺后處理區以外30m 范圍。橋頭路基處理方案如圖1 所示。

圖1 橋頭路基處理方案（單位：m）

3.3 路基拼寬設計

3.3.1 堆載預壓

該工程一般路段現狀基本為魚塘或者農田，對于施工條件較好的路段，可采用塑料排水板預壓處理方式。將砂井和塑料排水板插入地基中，隨后使用堆載預壓或者真空預壓的方法，排除黏土中多余的水分，進一步提高軟土的固結度和地基承載力[4]。結合施工經驗，堆載預壓一般在堆載面下設置墊層，砂墊層應在軟基處理前進行鋪設，砂墊層填筑時應分層壓實，每層壓實厚度為10～20cm，橫向及臺前縱向應延伸出坡腳外0.5～1m，以利于排水，并采用適當的方式臨時防護，以免砂料流失。砂墊層可以作為路堤內部的地下排水層，以確保將路堤內部的水位控制在合理范圍內，為重型施工機械作業提供支持[5]。

在該工程中，對于路基填方高度小于3m 處，采用塑料排水板超載預壓方式處理；對于路基填方高度大于3m 處，采用塑料排水板等載預壓方式處理。施工時保證排水板間距1.2m，等載面為路面標高以上0.16m，超載值預設為1m，堆載面標高為路面標高以上1.16m。該處理方式的優點是工藝成熟、方法簡便，且能造價低，且可有效消除主體固結沉降。與等載預壓相比，超載預壓可沉降至等載面附近，這樣不需要補填土方，沉降穩定后卸載即可。對于工期無特別限制，周邊建筑條件好的區域，應優先考慮采用堆載預壓法進行處理。

堆載過程中，應重點觀測沉降情況及路基穩定性，防止路堤滑動。進行下一層填土施工的標準為：路堤中心線垂直沉降小于15mm/日（填土高度在臨界高度以內），側向位移應小于5mm/日。路堤頂面中心線處連續兩個月觀測沉降速度小于5mm/月時，堆載結束并卸載，堆載預壓工期為8～10 個月。

3.3.2 水泥攪拌樁處理

對于條件受限，無法滿足堆載預壓所需周期及施工空間的區域，可采用水泥攪拌樁處理方式。該項目道路沿線存在構造物及電塔路段，為了降低地基處理對周邊建筑物的影響，采用單軸雙向水泥攪拌樁處理方式，以保證地基承載力滿足要求。

水泥攪拌樁采用單軸雙向攪拌樁，樁徑50cm，正三角形布置，攪拌樁間距：一般車行道下方采用1.3m間距，其中水泥攪拌樁與橋臺、隧道相接30m 范圍內車行道水泥攪拌樁加密處理，間距為1.1m。平均樁長10～15m。軟基處理范圍至坡腳線外采用1m 間距，并保證外側至少有1 排攪拌樁。水泥攪拌樁齡期為28d，無側限抗壓強度不小于1MPa，水泥摻量不小于70kg/m。

3.3.3 路基搭接設計

路基搭接設計的目的是消除新舊路間的沉降差異，保證路基穩定性。路基搭接設計應在對既有路基進行充分調查的基礎上，通過分析拼寬部分路基對既有路基變形、穩定性及防護排水設施功能的影響，制訂合理的技術方案，保證改擴建路基的強度和穩定性。

拼寬部分路基的回彈模量不應小于既有道路設計要求值，應≥40MPa。為保證路基質量，路基填料應選用與既有路基相同或較既有路基滲水性更強的填料，同時保證填料質量。填筑拼寬段路基基底前應按現行《公路路基施工技術規范》（JTG/T 3610—2019）要求進行填前碾壓，壓實度不小于96%。

在路基加寬寬度小于等于6m 的情況下，應在加寬部分滿鋪土工格柵；在路基加寬寬度大于6m 的情況下，土工格柵應伸入舊路基不小于2m，伸入加寬路基部分不小于4m。

為提高新舊路基的整體穩定性，避免或減少橫向錯臺和縱向裂縫的產生，進行填土路基填筑加寬前，應在保證路基穩定的前提下清除舊路邊坡、圬工、未經充分壓實的土或其他不適用的土，并按每級臺階寬度不小于1m 開挖臺階，各臺階向內傾斜4%。臺階自下而上開挖，開挖一級及時填筑一級。

4 結語

由于我國各地區的地質條件和氣候環境存在明顯的差異，在道路工程施工建設及改建過程中，會面臨多種類型的地質條件。對我國廣州南沙區而言，因為當地軟土地基分布較為廣泛，且整體含水量較高，對當地的道路改建和新建會產生明顯影響。因此，在道路改建設計過程中，應綜合考慮當地的氣候特征及各種控制因素，選擇合理的軟土地基處理方法，從路面處理、路基設計等方面出發，科學調整相關內容，最終形成完善的設計方案，以確保軟土地基的改建設計工作滿足相關標準要求。