京津高速公路軟土區(qū)高路堤復(fù)合地基處理實(shí)例

徐青 肖田 靳燦章

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院道橋分院，天津 300051)

京津高速公路天津段路線長(zhǎng)101 km，大部分位于軟土區(qū)，需要進(jìn)行地基特殊處理的路基段長(zhǎng)47 km，約占總長(zhǎng)度的一半。為減少路基工后沉降，降低工程造價(jià)，該項(xiàng)目考慮利用剛、柔性地基樁的各自優(yōu)、缺點(diǎn)處理橋頭高填土路基，本文對(duì)設(shè)計(jì)處理方案及工程效果進(jìn)行分析總結(jié)，供類似工程項(xiàng)目參考和借鑒。

1 工程概況

本工程選取有代表性的K45+377橋頭路基作為試驗(yàn)段，該路基填土高度7.3 m～9 m，屬于軟土地區(qū)高填土路基。

1.1 地質(zhì)簡(jiǎn)況

1.2 設(shè)計(jì)方案

為保證路基邊坡穩(wěn)定，經(jīng)計(jì)算確定路基兩側(cè)設(shè)置寬度為6 m的反壓護(hù)道，基底施打現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁(PCC樁)+水泥攪拌樁，現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁(PCC樁)分三級(jí)過(guò)渡進(jìn)行處理，分級(jí)處理長(zhǎng)度為20 m，15 m，15 m，共50 m，PCC樁單樁長(zhǎng)分別為第一級(jí)16 m、第二級(jí)14 m、第三級(jí)12 m，正三角形布樁，樁距為3.0 m，樁徑1 m，壁厚0.12 m;于PCC樁所構(gòu)成的正三角形中間補(bǔ)打一根水泥攪拌樁，單樁長(zhǎng)均為10 m，樁徑0.5 m;并采取了反壓護(hù)道區(qū)域內(nèi)PCC樁統(tǒng)一采用第三級(jí)樁長(zhǎng)的設(shè)計(jì)思路，以節(jié)約工程投資。為減輕路基自重，處理范圍內(nèi)路堤填料采用10%石灰土(見圖1)。

圖1 路基處理示意圖（單位：m）

2 計(jì)算原理

2.1 填土路堤對(duì)地基承載力要求

路堤路基寬度 B=34.5 m，邊坡 1∶1.5，填土容重 γ =18 kN/m3。路面高程10.7 m，周圍地坪高程3.0 m左右，魚塘底面高程1.5 m，填土高度以h=8.0 m計(jì)。路堤填土產(chǎn)生的荷載為梯形分布，其最大強(qiáng)度:p=gh=18×8=144 kPa。故該處實(shí)際所需復(fù)合地基承載力要求不小于144 kPa。

2.2 PCC樁+水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力的計(jì)算

1)PCC樁的地基承載力特征值:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)PCC單樁豎向承載力特征值Ra=400 kN。依據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》，樁間土天然土層地基容許承載力為120 kPa。51.465 kPa。其中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa;m為樁土面積置換率，m=d2/，d為樁身直徑，m，de為單根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，m，正三角形平面布樁時(shí):de=1.05 s，s為樁間距;Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;Ap為單樁的橫截面面積，m2;b為樁間土承載力折減系數(shù)，無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)取0.75～0.95，天然地基承載力較高時(shí)取大值，本次設(shè)計(jì)取值0.9;fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa，無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取天然地基承載力特征值。2)水泥攪拌樁的地基承載力特征值:水泥攪拌樁單樁豎向承載力特征值取樁間土的地基承載力特征值:依據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》樁間土天然土層地基容許承載力值為120 kPa復(fù)合地基承載力特征值:fspk=fspk(PCC樁)+fspk(水泥樁)+fspk(樁間土)=51.465+24.235+91.692=167.392 kPa ＞144 kPa，承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 K45+377路基沉降曲線

3 沉降觀測(cè)及補(bǔ)強(qiáng)效果

在路基填筑過(guò)程中對(duì)路基進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，路堤始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，證明該處理方案是合理的。并在路堤預(yù)壓期間進(jìn)行沉降觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果見表1。

從圖2可以看出，沉降速率減緩并趨于穩(wěn)定。運(yùn)營(yíng)后經(jīng)過(guò)約兩年的監(jiān)測(cè)，該路基沉降控制在10 cm以內(nèi)，路基始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。由此表明，該地基處理方案取得了較好的效果。

表1 K45+377路基累計(jì)沉降觀測(cè)表(2007年) mm

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上工程實(shí)踐表明，采用剛、柔性樁相結(jié)合處理軟土地區(qū)高填土路基，以提高地基承載力并減小路基工后沉降，是可行的。剛性樁在軟土地基處理中效果良好，但其造價(jià)偏高，若僅采用剛性樁對(duì)工程造價(jià)影響較大，可考慮將剛性樁樁距適當(dāng)加大，并在剛性樁樁間補(bǔ)打柔性樁(如:加固土樁)，同樣能達(dá)到提高復(fù)合地基承載力、減小工后沉降的目的，同時(shí)減少工程投資。此外，根據(jù)路堤填土高度可將路堤填料調(diào)整為石灰土等輕質(zhì)填料，以減小地基的附加荷載，確保路堤整體穩(wěn)定性。此外，該路段若為降低路堤高度而延長(zhǎng)橋梁的方案，橋梁增加約6 000 m2(主橋長(zhǎng)150 m)，由此可見，路堤代橋顯著地降低了成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

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