吹填場(chǎng)地道路軟基處理方案研究

肖高霞，楊紹猛，胡 坤

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

浙江某縣位于浙江省南端，其海域遼闊，全縣海岸線252 km，沿海灘涂面積 97.24 km2。國家海洋局原批復(fù)用海面積2 956.94 hm2用于海洋養(yǎng)殖。后期由于現(xiàn)狀涂面較高、養(yǎng)殖區(qū)域排水困難使得效益較低，政府將該區(qū)塊規(guī)劃打造成海洋經(jīng)濟(jì)特色發(fā)展區(qū)、臨港產(chǎn)業(yè)新城。為滿足功能區(qū)劃要求，形成必要的土地條件，對(duì)江南海涂圍墾區(qū)進(jìn)行吹填及淺層軟基處理。

場(chǎng)區(qū)已實(shí)施的為淺層軟土處理，處理范圍為原表層土及吹填土?？紤]下部存在較大厚度的軟弱淤泥類土，土層承載力低，滲透性能差，且具高靈敏度，高壓縮性及易流變、蠕變等特性。為保障道路工后沉降小及施工、通車后安全穩(wěn)定，道路范圍仍需進(jìn)行軟基處理。

1 巖土層特征描述

擬建場(chǎng)地屬濱海淤積平原地貌，場(chǎng)地原為灘涂養(yǎng)殖區(qū)，現(xiàn)已經(jīng)過吹填并經(jīng)淺層軟基處理，局部地段有宕渣回填（施工便道），地勢(shì)基本平坦。根據(jù)勘察野外現(xiàn)場(chǎng)編錄、原位測(cè)試成果及室內(nèi)試驗(yàn)所取得地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，將勘探深度50 m范圍內(nèi)巖土體劃分為5個(gè)工程地質(zhì)層，現(xiàn)自上而下分述如下，見圖1及表1。

2 場(chǎng)區(qū)吹填及淺層軟基處理

現(xiàn)區(qū)塊已完成吹填及淺層軟基處理，等待第三方檢測(cè)。場(chǎng)區(qū)內(nèi)吹填材料為航道疏浚土。采用2艘2 500 m3/h和1艘3 500 m3/h絞吸船進(jìn)行施工，見圖2。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

表1 地基土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要參數(shù)一覽表

區(qū)內(nèi)采用無砂墊層的真空預(yù)壓法，單塊預(yù)壓時(shí)間約4個(gè)月，塑板長度3～5 m，間距1 m。場(chǎng)區(qū)軟基處理需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)：（1）處理后地坪平均標(biāo)高：+3.5m；（2）軟基處理范圍：吹填土和原狀土淺表層新淤土；（3）地基承載力：50 kPa。

3 道路軟基處理方案研究

目前國內(nèi)外地基加固技術(shù)種類繁多，不同加固技術(shù)在加固效果、施工工期和工程造價(jià)等方面各不相同。浙江省常用道路軟基處理方式有淺層處理、土工合成材料加筋法、排水固結(jié)法、復(fù)合地基、樁承式加筋路堤、輕質(zhì)路堤或上述處理技術(shù)兩種或多種的組合。

3.1 常用軟基處理技術(shù)[1]

3.1.1 淺層處理法

圖2 吹填工藝圖

淺層處理法一般有設(shè)置排水墊層、換填或拋石擠淤、淺層加固等方法，以提高地基承載力，增強(qiáng)地基穩(wěn)定，減少沉降。

優(yōu)缺點(diǎn)：該淺層加固方法施工速度快、整體性好，目前在日本有著廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)因設(shè)備的限制應(yīng)用較少，見圖3。

圖3 換填+砂礫墊層聯(lián)合堆載預(yù)壓

適用范圍：該處理方法適用于地基承載力不足的軟土路段；對(duì)路基強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求的也可采用該法淺層改良。

3.1.2 土工合成材料加筋法

土工合成材料加筋是在路堤下部填料中加入土工合成材料等條帶網(wǎng)格狀抗拉材料，以改善填料的力學(xué)性能，提高路堤的穩(wěn)定性，擴(kuò)散荷載應(yīng)力，減少不均勻沉降。目前應(yīng)用較廣的土工合成材料類型有編織土工布、復(fù)合土工布、塑料土工格柵、經(jīng)編土工格柵、玻纖土工格柵、整體式鋼絲土工格柵、鋼塑土工格柵、土工格室等。

適用性：該方法常與換填、排水固結(jié)、水泥攪拌樁、管樁等處理方式結(jié)合使用，以提高路基穩(wěn)定，減少不均勻沉降。在施工過程中，應(yīng)注意土工合成材料不宜直接設(shè)置在地面上，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)清理后鋪設(shè)200 mm以上砂礫墊層后，再鋪設(shè)土工合成材料。

3.1.3 排水固結(jié)法

排水固結(jié)是在軟土地基上設(shè)置豎向排水體，然后施加荷載，促使地基排水、固結(jié)、壓密，以提高地基強(qiáng)度，減少在路堤荷載作用下產(chǎn)生工后沉降量的一種方法。常用加壓系統(tǒng)包括堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓及降水預(yù)壓。

優(yōu)缺點(diǎn)：排水固結(jié)處理效果較明顯、處理費(fèi)用低，但需結(jié)合堆載預(yù)壓一同進(jìn)行處理，預(yù)壓時(shí)間通常在8～12個(gè)月，見圖4。

圖4 塑料排水板處理

適用范圍：該方法適用于深度大于5 m的軟土，處理深度一般不超過30 m。對(duì)能滿足預(yù)壓期的路段處理效果明顯，其工后沉降較小。

3.1.4 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁是以水泥作為固化劑的主劑，利用深層攪拌機(jī)械將水泥漿或水泥粉作為固化劑，在地基深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，形成復(fù)合地基以提高地基承載力、減小地基沉降的一種方法，見圖5。

圖5 水泥攪拌樁處理

適用性：調(diào)查表明，水泥攪拌樁對(duì)淺層軟土地基處理效果明顯，但打設(shè)深度達(dá)到10 m以上時(shí)，因外部壓力較大，漿液不能有效噴出而影響了處理效果。因此對(duì)軟土厚度10～20 m時(shí)可采用釘型雙向水泥攪拌樁。

3.1.5 樁承式加筋路堤

樁承式路堤是指在軟土地基中按一定間距打設(shè)剛性樁，在樁頂端設(shè)置相應(yīng)尺寸的樁帽，并在樁帽頂面鋪設(shè)土工合成材料加筋墊層，然后填筑填料形成的路堤。路堤填筑到一定高度后，荷載通后加筋墊層和樁帽的作用大部分傳遞至樁頂，小部分傳至地表樁間土，擴(kuò)散后由樁端持力土層和樁間土共同承擔(dān)，形成一個(gè)相互作用的受力體系。

適用性：采用樁承式加筋路堤，能有效地控制地基的沉降和不均勻沉降，約束側(cè)向變形，同時(shí)可快速填筑施工，無需預(yù)壓期和二次開挖，大大縮短施工工期，施工質(zhì)量容易控制。主要用于：（1）處理橋頭相鄰路基，解決橋頭路段的不均勻沉降問題；（2）軟基上老路路堤的拓寬工程；（3）道路和鐵路一般路段的軟弱地基處理；（4）軟基上修建的擋墻、涵洞等結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)處理，見圖6。

3.1.6 輕質(zhì)路堤

圖6 預(yù)應(yīng)力管樁處理

輕質(zhì)路堤是采用輕質(zhì)填料，通過減輕上部填土重量來降低地基中的應(yīng)力水平、提高地基的穩(wěn)定性和減少沉降的一種方法。主要分為：EPS塊體輕質(zhì)路堤、泡沫混凝土輕質(zhì)路堤、EPS顆?；旌贤凛p質(zhì)路堤和粉煤灰輕質(zhì)路堤等。

適用性：因其工期短、施工方便、對(duì)周圍環(huán)境影響小及橋頭段沉降過渡效果較好，在高速公路中得到越來越多的應(yīng)用，城市道路中對(duì)于部分沿河填土較高的路段也在推廣采用，見圖7。

3.2 一般路段軟基處理方式比選

比選優(yōu)劣見表2。

考慮到該工程的具體特征，通過計(jì)算、論證以及相似工程的調(diào)研分析，再結(jié)合溫州地區(qū)公路軟基處理的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于比選方案中塑料排水板聯(lián)合堆載預(yù)壓及真空堆載預(yù)壓在該區(qū)塊較適合，進(jìn)行深化比選，見表3。

圖7 泡沫混凝土處理（單位：cm）

表2 一般路段軟基比選

表3 真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓方案優(yōu)劣性對(duì)比表[3]

表4 橋頭路段軟基比選

結(jié)論：一般路段推薦采用塑料排水板+堆載預(yù)壓法。因工藝成熟、簡單，應(yīng)用廣泛，施工方便且易監(jiān)管，預(yù)壓所需超載方量可用于場(chǎng)區(qū)內(nèi)其他道路建設(shè)及場(chǎng)地內(nèi)部建設(shè)，而施工預(yù)壓期重車通行能減少工后沉降，且保持通車可加快新城建設(shè)開發(fā)進(jìn)度。

3.3 橋頭路段軟基處理方式比選

根據(jù)現(xiàn)在橋梁鉆孔資料，該項(xiàng)目所在位置50 m深度內(nèi)仍是淤泥土，現(xiàn)有的軟基處理方式中，管樁一般要求樁端下臥持力層的靜力觸探錐尖阻力不小于1 000 kPa，處理深度在30 m左右，而該項(xiàng)目30m仍在淤泥層內(nèi)，管樁處理在該項(xiàng)目中不太適合。

若采用輕質(zhì)土填筑路基，現(xiàn)在常用的泡沫混凝土容重6～10 kN/m3，處理費(fèi)用約330元/m3,對(duì)于該路段填筑2 m的輕質(zhì)土仍需要考慮下部軟土處理，費(fèi)用較高，因此不推薦采用。

對(duì)于深厚軟土的龍港地區(qū)水泥攪拌樁可能更適合。該類樁能獲得比剛性樁更高的承載力，因?yàn)閯傂詷兜臉渡韽?qiáng)度雖然較高，但對(duì)位于深厚軟土層的摩擦型剛性樁，其樁身截面積僅0.1～0.2 m2，相應(yīng)的側(cè)表面積也較小，而軟土所提供的摩擦力又很小，因此這類樁基雖具有很高的強(qiáng)度和剛度，卻提供不了較高的承載力。用同樣水泥制作的水泥土攪拌樁的樁身截面積通常大于0.6 m2，甚至達(dá)到2～3 m2，所以攪拌樁的截面積比剛性樁大數(shù)倍，乃至數(shù)十倍。同樣，其樁側(cè)面積也很大。因此攪拌的樁身強(qiáng)度雖不很高，但仍能提供較大的承載力。

但是單軸單向攪拌樁處理深度宜8～10 m，樁體存在攪拌不均勻的情況。釘型雙向攪拌樁處理深度在10～20 m，能有效阻止樁頂冒漿、樁體強(qiáng)度上下不均勻、處理深度淺等問題，比選優(yōu)劣見表4。

結(jié)論：通過對(duì)比釘型雙向水泥攪拌樁、管樁、雙軸水泥攪拌樁等常用橋頭軟基方式，認(rèn)為橋頭采用釘型雙向水泥攪拌樁處理最為適合。

4 結(jié)語

經(jīng)過綜合比選，確定該項(xiàng)目在一般路段采用塑料排水板結(jié)合超載預(yù)壓，橋頭路段采用釘型雙向水泥攪拌樁。對(duì)于兩種不同處理方式的交界面，采取縮短樁長，調(diào)整樁間距及加鋪格柵、增加超載高度等來進(jìn)行過渡處理，以減少差異沉降。

本研究結(jié)論可供類似工程參考。

[1]浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.浙江省公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)要點(diǎn)[M].北京：人民交通出版設(shè)，2009.

[2]JTS 147-2—2009，真空預(yù)壓加固軟土地基技術(shù)規(guī)程[S].

[3]溫州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì).溫州市市政工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則[Z].溫州：溫州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，2012.