津?yàn)I高速公路改擴(kuò)建工程軟土地基處理研究

賀 海 張朝清 張占領(lǐng)

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院 天津 300051）

天津津?yàn)I高速公路是連接天津市區(qū)與天津?yàn)I海新區(qū)的主要高速公路，隨著天津市及濱海新區(qū)的發(fā)展，其交通流量已飽和，不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，需要對(duì)其進(jìn)行改擴(kuò)建處理。經(jīng)論證采用兩側(cè)直接拼接拓寬方案，其中外環(huán)線－薊汕快速立交約7.0 k m范圍內(nèi)改造為雙向8車道；薊汕快速路立交－胡家園互通立交約21.0 k m范圍內(nèi)改造為雙向6車道，改擴(kuò)建期間要求不間斷交通。

津?yàn)I高速公路地基多為海相沉積的淤泥質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，最大處理深度在22 m以上，一般在10 m左右。老路基軟土地基大多采用塑料排水板處理，2000年底通車后至2009年拓寬前的累計(jì)沉降量普遍在30～70 c m，拓寬前的沉降觀測(cè)表明，經(jīng)過9年左右的沉降，地基沉降已基本穩(wěn)定，但拼接拓寬后的新路基由于受地下通道凈空限制及老路基沉降的影響，需對(duì)老路基縱、橫坡進(jìn)行調(diào)整，造成老路路基普遍抬高20～70 c m，老路基上新增加的路基填方將造成新的沉降，這也明顯有別于其他項(xiàng)目的拓寬改造工程。

1 軟土工程地質(zhì)特點(diǎn)

津?yàn)I高速公路改擴(kuò)建工程的軟弱土層主要為Q42m，以淤泥質(zhì)土和部分粉質(zhì)粘土層為主。其中淤泥質(zhì)土的底板埋深主要在5～6 m之間，部分段落達(dá)到8～11 m；其次是粉質(zhì)粘土層，粉質(zhì)粘土層表現(xiàn)為低孔隙比，具有中高壓縮性的特點(diǎn)，底板埋深一般在14～21 m，局部在10～12 m。淤泥質(zhì)土孔隙比均值1.250，壓縮系數(shù)0.78 MPa－1，屬高壓縮性土，粉質(zhì)粘土平均孔隙比0.882，壓縮系數(shù)0.48 MPa－1。

2 沉降計(jì)算及軟基處理方法

2.1 沉降控制標(biāo)準(zhǔn)［1］

津?yàn)I高速公路沉降控制采用差異沉降和總沉降2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制：①新老路基工后差異沉降小于5 c m且路基工后的橫坡改變量應(yīng)小于0.5%；②根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn)，要求新路基的總沉降量小于15 c m。

2.2 沉降計(jì)算方法

在軟土地基沉降計(jì)算過程中，沉降計(jì)算多采用分層總和法，固結(jié)計(jì)算一般采用太沙基一維固結(jié)理論。在老路建成時(shí)，軟基路段地基的沉降量仍然較大，路基累計(jì)沉降使道路部分段落在結(jié)構(gòu)物等位置縱向斷面呈“馬鞍形”的路面變形，破壞了路面平整度，造成行車顛簸、橋頭跳車明顯。經(jīng)過約9年的沉降，在改擴(kuò)建設(shè)計(jì)之前，經(jīng)過對(duì)老路路基連續(xù)的沉降觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果表明其沉降已基本完成，沒有明顯的沉降現(xiàn)象。在拼接拓寬時(shí)，為使行車平穩(wěn)舒適，必須對(duì)老路縱坡進(jìn)行調(diào)整，原路基一般約需加高20～70 c m，荷載的增加必將引起老路基的重新固結(jié)沉降。

拼接拓寬后不但會(huì)因加寬引起老路路基新的沉降，而且還會(huì)因全線路基縱坡的調(diào)整造成老路基新的沉降，前者主要形成反盆形沉降，后者使新老路基呈正盆形沉降，故應(yīng)該采用考慮時(shí)間效應(yīng)和加載順序的地基沉降固結(jié)計(jì)算方法，模擬施工加載全過程。在實(shí)際計(jì)算時(shí)先按津?yàn)I高速公路老路基的加載、施工預(yù)壓和路面結(jié)構(gòu)層逐級(jí)施加荷載，而后考慮新路基的拼接施工，最后考慮老路基的縱坡調(diào)整及路面的施工，計(jì)算時(shí)對(duì)其施工過程進(jìn)行模擬，以求得任一時(shí)刻的沉降變化，使沉降計(jì)算結(jié)果更加切合實(shí)際。表1及圖1為津?yàn)I高速公路K5＋400橫斷面各特征點(diǎn)的沉降情況。表1、圖1中各特征點(diǎn)分別為：A－老路路中心點(diǎn)；B－老路路肩點(diǎn)；C－老路坡腳點(diǎn)；D－新路基路肩點(diǎn)；E－新路基形心點(diǎn)。

表1 k5＋400斷面主要特征點(diǎn)沉降量 c m

圖1 K5＋400斷面不同工況下沉降分布曲線

2.3 地基處理方法［2］

由于本項(xiàng)目的軟土厚度較厚，其計(jì)算的未處理沉降量普遍大于30 c m，為減少地基的沉降量，新拓寬路基普遍采用復(fù)合地基處理方法，路基拼寬前應(yīng)將路堤外側(cè)平臺(tái)及邊溝的表層約0.3 m耕植土層、邊溝內(nèi)軟泥清除，然后進(jìn)行軟基處理。

（1）當(dāng)拼寬分別為5 m和8.75 m時(shí)，附加填土荷載高度（即原路基填土高度加調(diào)坡填土荷載）小于3.5 m和3.0 m的路段。加寬段路基主要采用淺層換填處理方法，具體做法為：路基削坡后，加寬段路基原地表下挖至擴(kuò)建路床頂邊緣標(biāo)高以下1.5 m，整平壓實(shí)后鋪設(shè)2層鋼塑格柵，其上填筑40 c m厚級(jí)配碎石，與老路的排水通道接通，然后分層填筑8%石灰土。采用該方法應(yīng)留有足夠的預(yù)壓時(shí)間，利用路基的自重進(jìn)行預(yù)壓，并根據(jù)沉降觀測(cè)的結(jié)果，決定路面的施工時(shí)間。

（2）附加填土荷載高度大于3.0～3.5 m的路段。為控制工后沉降，加寬段路基采用帶樁帽的預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁（PTC樁）進(jìn)行深層處理，管樁采用正方形布置，并在樁頂鋪設(shè)40 c m厚級(jí)配碎石墊層，碎石層內(nèi)鋪設(shè)2層鋼塑格柵（每隔20 c m鋪設(shè)1層），見圖2。

圖2 PTC管樁復(fù)合地基處理方法（單位：c m）

3 施工期及營運(yùn)期的沉降情況

3.1 沉降觀測(cè)方法

為觀測(cè)施工期間的沉降量，沉降觀測(cè)新路基采用剖面沉降儀進(jìn)行觀測(cè)（見圖3），老路基則分別在老路的路中及左、右路肩設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，新老路基觀測(cè)斷面一一對(duì)應(yīng)，左右兩幅對(duì)稱設(shè)置。觀測(cè)斷面主要設(shè)置在橋頭、小構(gòu)的兩側(cè)及不同軟基處理方法交界處，以觀測(cè)施工期間及運(yùn)營期的沉降變化，觀測(cè)斷面的平均間距為80 m。

圖3 觀測(cè)用橫剖管圖

3.2 沉降觀測(cè)的結(jié)果

施工期間新路基最大的沉降量為8 c m，絕大部分段落的沉降量小于5 c m。由于路基施工的時(shí)間較短，土方施工完成時(shí)地基的月沉降速率較大，預(yù)計(jì)其工后沉降量仍然較大，為避免路基、路面的連續(xù)施工，防止不均勻沉降而出現(xiàn)縱向裂縫，路基施工后，利用路基的自重荷載進(jìn)行2個(gè)月的預(yù)壓。在路面施工之前，地基的月沉降速率一般在0～4 mm，預(yù)計(jì)其工后沉降量可滿足設(shè)計(jì)要求。

新路基路肩通車1年后的沉降量約10～27 mm，平均沉降量為20 mm左右，路基橫坡改變量小于0.1%，老路路中的沉降量普遍小于2 c m，行車平穩(wěn)舒適，新老路基均未出現(xiàn)縱、橫向裂縫。

4 結(jié)語

在津?yàn)I高速公路改擴(kuò)建過程中，根據(jù)津?yàn)I高速公路軟土地基的地質(zhì)特性，結(jié)合津?yàn)I高速公路在改擴(kuò)建過程中需要對(duì)路基縱、橫坡進(jìn)行調(diào)整的特點(diǎn)，根據(jù)沉降計(jì)算的結(jié)果，采用換填方法及攪拌樁、預(yù)應(yīng)力管樁等復(fù)合地基處理方法，通車后運(yùn)營期間行車平穩(wěn)、舒適，路基的橫坡改變量小于規(guī)范的要求。

［1］ JTGD30－2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ JTGF10－2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.