G347普濟圩段軟土地基處理設計方案探討

摘要 長江沿岸的圩區分布有厚度較大的淤泥質粉質黏土，呈軟塑或流塑狀態，承載力低，工程性質差，在該地區修建高等級公路，如果路基處理不當，就會造成沉降、塌方等病害。文章結合該地區軟土的地質特點，從軟土路基處理設計原則、標準以及技術、經濟必選等方面進行探討，以期為該地區公路軟土路基處理設計方案的擬定提供參考。

關鍵詞 公路；軟土地基、處理；設計方案

中圖分類號 U416.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）07-0066-03

0 引言

由于軟土地基具有強度低、壓縮性高和縮水性很小等特性，因此在軟土地基上修建公路，必須重視地基的變形和穩定問題。這些問題如果不能夠妥善處理，就會產生不同程度的路基失穩及結構開裂等情況。目前針對公路軟弱地基有很多不同的處理方案。該文主要結合G347普濟圩段軟土地基的情況做一些設計方案的探討。

1 工程概況

G347普濟圩段起點與無為段銜接，跨越橫埠新后河后，穿越普濟圩一分場到達北埂村，后沿省道S227走廊帶，與樅陽段銜接，項目全長14.981 km。根據室內相關試驗結果及綜合分析后，擬建場地地基土的力學指標如表1所示，不可直接作為路基及涵洞基礎持力層，需采取有效措施進行處理并達到設計要求后方可作為路基及涵洞基礎持力層。

2 設計方案比選——軟基處理方案分析

2.1 超載預壓方案

加載預壓主要是利用臨時堆填土石等方法對地基加載預壓，使軟弱土層逐步發生固結變形，地基強度逐步增長。在工程實踐中，堆載材料選用多為土或砂石料，也可結合項目沿線地材的分布情況采用其他材料。

方案分析：超載預壓需大量土石方，且預壓時間需控制，該項目處于平原圩區，取借土困難，且項目工期要求緊，所以不適用于該項目。

2.2 加筋墊層（置換法）方案

加筋墊層（置換法）主要是將厚度不大的軟弱土層部分或全部挖除，然后置換為強度較大的石塊、碎石等性能穩定材料[1]，并壓實至滿足設計要求的壓實度。

方案分析：考慮到該項目大多路段處于江河圩區，地下水位較高，采用此種方案需降低所在區域地下水位的高度，同時由于軟土層需挖除，施工過程中借土和棄土工程量都比較大，而由于位于圩區，很難找到借土和棄土的地方，使處理費用增加、工期拖長。另外，軟土層開挖后，為了提高基底的承載力，形成一層硬殼層，以便于施工機械操作，底部需拋入大量片石后才能分層回填換填材料，施工難度大，成本較高，可能存在施工質量不均等。

2.3 真空堆載聯合預壓法是排水固結法

真空堆載聯合預壓法[2]是指通過借助抽真空泵和埋設在土層中的管道將不透氣專用密封膜下土體間的空氣抽出，使土中孔隙水產生負的孔隙壓力和孔壓差，而達到土體排水壓密的效果。

方案分析：真空堆載聯合預壓法雖然能為軟基處理縮短處理工期，但是由于該方法造價較高，在安徽省無成熟的類似項目成功經驗，同時堆載需要大量土石方，該項目位于圩區且里程較長，取土困難，故不推薦采用此方案。

2.4 復合地基處理方案

目前常用復合地基處理方案按成樁所采用的材料不同可以分為以下四種形式：

（1）碎石樁：碎石樁成樁工藝有振沖法和振動沉管擠密法。振沖法形成大量泥漿難以處置，不環保，基本不采用。振動沉管擠密法形成樁徑宜為0.5 m，樁距不宜大于1.8 m，需消耗大量碎石，相對于其他方案費用較高，因此該次不推薦采用。

（2）CFG樁：為挖孔灌注樁，持力層地下水位以下則難以成孔，位于軟基段容易出現塌孔，且需要大量勞動力，因此，該次不推薦采用。

（3）水泥攪拌樁：利用攪拌樁機將固化劑水泥等噴入土體并充分攪拌，使水泥與土發生一系列物理化學反應，從而使軟土硬結以達到提高地基強度的目的。目前，施工工藝較成熟，在安徽省有較多相關類似項目成功案例。

（4）剛性樁（PHC管樁）：在軟土中加入剛性樁作為增強體，通過樁帽和褥墊層使樁與樁間土共同承擔上部荷載，而形成的復合地基[3]。剛性樁具有單樁承載力高、產品規格齊全、工廠標準化生產、施工質量易控制、監測方便、施工周期短、現場無污染、經濟性好、沉降小的優點。

3 設計方案的分析計算

3.1 一般路基段處理方案分析

一般路堤段填土高度較小，地質條件相近，但軟土深度分布不均勻，工后沉降控制標準為0.3 m，地基承載力要求130 kPa。考慮到該項目區域取棄土條件，從施工工藝、便于質量控制以及節約工期的角度出發，該次不再考慮超載預壓和塑料排水插板方案，僅對加筋墊層方案和復合地基方案進行技術分析，選擇軟土深度小于15 m和軟土深度大于15 m兩種路段分別計算，并選擇一般路堤段填高最高段為計算路段。一般路堤段填土高度最高路段平均值為5.5 m，地質情況自上而下為平均15 m厚軟土，下臥三、四層淤泥質粉土層。

3.1.1 加筋墊層方案

采用片石+碎石換填，換填厚度為3.0 m，底部100 cm可用大的片塊石，防止下沉。

3.1.2 復合地基方案

（1）對于3 m＜軟弱土深度≤15 m的一般路段。①水泥攪拌樁方案：采用水泥攪拌樁處理方案，濕法施工，樁必須打穿軟土層，進入持力層至少50 cm以上。在樁頂做50 cm厚碎石墊層，用于調整樁頂應力的分布，為加強樁頂墊層強度，于墊層中部及頂面鋪設一層雙向土工格室。②剛性樁（PHC管樁）方案：采用PHC管樁處理方案，樁基選用PHC 400（95）管樁，樁長須打穿軟土層，進入持力層至少50 cm，樁頂設置30 cm厚，120 cm×120 cm的C30混凝土樁帽。在樁帽頂面設置碎石墊層，加強樁頂墊層強度，更好地發揮其調整樁頂應力分布的作用，并在墊層中部鋪設高強土工格室[4]。

（2）對于軟土深度＞15 m路段。①水泥攪拌樁方案：采用水泥攪拌樁處理方案，濕法施工，樁基未穿透軟土層，攪拌樁進入軟土長度均為15 m（懸浮樁）。在樁頂做50 cm厚碎石墊層，用于調整樁頂應力的分布，為加強樁頂墊層強度，墊層中部及頂面鋪設一層雙向土工格室。②剛性樁（PHC管樁）方案：采用PHC管樁處理方案，樁基選用PHC A400（95）管樁，樁長須打穿軟土層，進入持力層至少50 cm，樁頂設置30 cm厚，120 cm×120 cm的C30混凝土樁帽。在樁帽頂面設置碎石墊層，加強樁頂墊層強度，更好地發揮其調整樁頂應力分布的作用，并在墊層中部鋪設高強土工格室。

3.2 橋坡段處理方案分析

3.2.1 情況介紹

考慮到該項目區域取棄土條件，從施工工藝、便于質量控制、節約工期的角度出發，該次不再考慮超載預壓和塑料排水插板方案，僅對加筋墊層方案和復合地基方案進行技術分析。

3.2.2 處治方案

淺層換填，換填深度為2.1 m，材料采用碎石，底部采用60 cm厚片石。該次對處理效果較好、經濟適用的三種復合地基處理方案（水泥攪拌樁、釘型雙向水泥攪拌樁、PHC管樁）進行比選。

（1）直徑50雙向水泥攪拌樁：樁徑50 cm，樁間距1～1.3 m，樁頂層位置滿鋪50 cm厚碎石墊層，墊層頂面滿鋪一道雙向土工格室，采用欠載預壓，預壓期6個月。

（2）釘型雙向水泥攪拌樁：橋涵A區全樁直徑1 m，樁距2.0 m，其他分區上部擴大頭樁徑1 m，長度為5 m，長度根據軟土厚度確定，B區樁距2.0 m，C、D和一般路段樁距2.0 m，設置50 cm碎石墊層和一道土工格室，采用欠載預壓，預壓期6個月。

（3）PHC管樁：樁徑400 mm，壁厚95 mm。橋梁A區樁距2.4 m，其他分區樁間距2.7 m，B、C、D和一般路段樁距2.7 m，長度根據軟土厚度確定，設置矩形樁帽，樁帽頂設50 cm碎石墊層和一道土工格室，采用欠載預壓，預壓期3個月。

3.2.3 小結

對于橋頭路基段采用加筋墊層、直徑50雙向水泥攪拌樁及釘型雙向水泥攪拌樁的復合地基處理方案，工后沉降不能滿足規范設計要求，采用PHC管樁加褥墊層的復合地基處理方案，工后沉降能夠滿足規范設計要求，故橋坡段推薦采用PHC管樁加褥墊層的復合地基處理方案。

3.3 涵洞段處理方案分析

3.3.1 情況介紹

該項目全線分布多道圓管涵、蓋板涵、箱涵等，涵洞處路基填高和地質情況相差較小，該次對涵洞段軟基處理進行技術分析和方案比選。

涵洞基礎底部為A區，臺背過渡段為B區，處理區段如表2所示：

3.3.2 處理方案

（1）直徑50雙向水泥攪拌樁：樁徑50 cm，A區樁間距1 m，B區樁間距1.2 m，樁頂設墊層（同橋坡段處理方案）。

（2）釘型雙向水泥攪拌樁：橋涵A區全樁直徑1 m，樁距2.0 m，其他分區上部擴大頭樁徑1 m，長度為5 m，長度根據軟土厚度確定，B區樁距2.0 m，樁頂設墊層。

（3）PHC管樁：樁徑40 cm，壁厚95 mm，A區樁間距2.4 m，B區樁間距2.7 m，設置矩形樁帽和墊層。

3.3.3 小結

經計算采用直徑50雙向水泥攪拌樁、釘型雙向水泥攪拌樁和PHC管樁加褥墊層的復合地基處理方案，工后沉降和地基承載力均能夠滿足規范設計要求[5]，由于涵洞段落長度較短，考慮到施工連續性，并為避免差異沉降過大的問題，建議軟基處理方式與一般路基處理方式保持一致。

4 造價分析

綜上所述，涵洞段及一般路堤段均適用復合地基處理方案（直徑50雙向水泥攪拌樁、釘型雙向水泥攪拌樁、PHC管樁加褥墊層），橋坡段采用PHC管樁，對各類路段主要方案進行匯總，比選如表3所示：

考慮到該項目周邊已建成一級公路，朱永路軟基處治方案為全段雙向水泥攪拌樁方案，道路通車后不均勻沉降較大，路面發生不均勻沉陷；而G347樅陽段軟基處治方案為全段采用PHC管樁方案，目前道路已通車一年時間，未發生大面積沉降現象，總體效果較好。雖然釘型雙向水泥攪拌樁方案造價相對較省，但此方案對于軟土深度大于15 m路段水泥攪拌樁未穿透軟土層，且水泥攪拌樁施工過程質量把控難度大，可能存在質量隱患點，而采用PHC管樁方案造價相對增加不多，且預制樁施工質量易控制，施工方便，工期能很大程度縮減，同時結合周邊已建成類似項目的案例分析，并對所有方案綜合比選后推薦采用PHC管樁方案。

5 結語

軟土地區的路基作為特殊路基的一種形式，在擬定設計方案之前，一方面，必須認真地進行相關工程地質勘察和土工試驗等，只有在充分調查清楚項目所在地區的土層和土質情況后，才能對后續的設計、施工等提供支持；另一方面，必須從場地土層、土質特點、路基填高以及結構物的結構形式等方面綜合考慮，通過方案比較，合理地選擇軟土地區公路路基處理設計方案。

參考文獻

[1]陳麗， 駱成生， 羅瑞， 等. 土工格柵在高速公路軟土地基中的應用[J]. 中國西部科技， 2009（12）： 37-60.

[2]許忠發， 何鉅. 真空—堆載聯合預壓法在高速公路軟基加固中的應用研究[J]. 水利與建筑工程學報， 2012（2）： 163-168.

[3]馮守中. 公路軟基處理新技術[M]. 北京：人民交通出版社， 2008.

[4]龔曉南. 高等級公路地基處理設計指南[M]. 北京：人民交通出版社， 2005.

[5]公路軟土地基路堤設計與施工技術細則： JTG/T D31-02—2013[S]. 北京：人民交通出版社， 2013.