連江粗蘆島公路軟基處理方案研究

■陳 景

(福建海瑞建設(shè)工程有限公司，福州 350004)

0 引言

連江粗蘆島環(huán)島公路沿線軟土較發(fā)育，主要分布于沖海積平原中，主要有淤泥、淤泥質(zhì)土或流-軟塑粉質(zhì)粘土。部分路基段落位于軟土地質(zhì)上，需對(duì)軟基進(jìn)行處理，以保證路堤邊坡穩(wěn)定性。同時(shí)，對(duì)不同的軟基處理方案進(jìn)行比選，選擇最優(yōu)方案[1-5]。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目起于連江縣琯頭鎮(zhèn)粗蘆島后一村，與連江粗蘆島環(huán)島公路塘下至后一段終點(diǎn)相順接，穿過(guò)鐘鼓山東南側(cè)埡口繞過(guò)湖里洋水庫(kù)后至后一村北邊，經(jīng)東岸村在閩江最窄處建粗蘆島二橋跨閩江、省道S201后設(shè)下岐互通實(shí)現(xiàn)與228國(guó)道連江下岐至東邊段公路的交通快速轉(zhuǎn)換，路線總長(zhǎng)2.489119km。

本項(xiàng)目為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)行車(chē)速度60km/h，路線路總長(zhǎng)約為2.5km。線路分為兩段，第一段路基寬24m，里程K0+000～K1+600；第二段路基寬17m。里程K1+600～K2+500。

1.2 地質(zhì)條件

本項(xiàng)目位于福建省東部沿海連江縣境內(nèi)琯頭鎮(zhèn)，線路段內(nèi)跨越的地貌單元主要為剝蝕丘陵、殘積臺(tái)地、沖海積河谷及侵蝕剝蝕海島海岸地貌，整體地勢(shì)起伏大，局部丘陵地形坡度約15°～30°，多農(nóng)田及養(yǎng)殖區(qū)分布。本項(xiàng)目沿線為村莊、耕地的主要密集區(qū)，其淺層地下水和地表水較為豐富。

沖海積地貌地形多以平原地貌出現(xiàn)，海拔10m以下，以海相淤泥、淤泥質(zhì)粘土及海相砂、貝殼、卵石等組成。沿線軟土較發(fā)育，分布于沖海積平原中，主要有淤泥、淤泥質(zhì)土或流-軟塑粉質(zhì)粘土，厚度埋深不均，一般可達(dá)4～15m，地基承載力基本容許值較低，40～60kPa，壓縮性大，工程性質(zhì)差，在荷載作用下將產(chǎn)生過(guò)量沉降滑移變形。

2 數(shù)值分析模型

2.1 計(jì)算模型

本文采用有限元巖土軟件Geo-Studio中的Slope/W模塊來(lái)進(jìn)行二維有限元分析。模擬選取本項(xiàng)目軟基段落的3個(gè)典型斷面進(jìn)行分析。穩(wěn)定性計(jì)算方法根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30-2015)中的規(guī)定采用Bishop法。本項(xiàng)目鉆探采用快剪指標(biāo)，因此，根據(jù)規(guī)范，路堤邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)正常工況下應(yīng)達(dá)到1.35[6]。

本項(xiàng)目共有 3段軟基段落，K1+400～K1+600、K1+600～K1+690、K1+710～K1+760，分別選取每個(gè)軟基段典型橫斷面K1+500、K1+660和K1+740進(jìn)行分析，計(jì)算模型如圖1～圖3所示。

圖1 K1+500計(jì)算模型

圖2 K1+660計(jì)算模型

圖3 K1+740計(jì)算模型

2.2 計(jì)算參數(shù)

計(jì)算參數(shù)均采用摩爾庫(kù)侖模型，土層參數(shù)根據(jù)實(shí)際工程鉆探和室內(nèi)資料而定，其他參數(shù)參考期刊文獻(xiàn)[1-5]，其參數(shù)如表1所示。

表1 各土層物理力學(xué)參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果

基于以上模型和參數(shù)，對(duì)三個(gè)典型斷面K1+500、K1+660和K1+740進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并選取合適的軟基處理方案。

3.1 典型斷面穩(wěn)定性

對(duì)初始狀態(tài)下三個(gè)典型斷面的路堤邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖4～圖6所示，初始狀態(tài)下路堤邊坡穩(wěn)定性分別為0.940、0.760和1.038，均低于規(guī)范所規(guī)定的1.30的安全系數(shù)要求，因此，需進(jìn)行軟基處理。

圖4 K1+500路基斷面穩(wěn)定性

圖5 K1+660路基斷面穩(wěn)定性

圖6 K1+740路基斷面穩(wěn)定性

3.2 軟基處理方案比選

若該段落采用路基方案，需進(jìn)行軟基處理，軟基處理分為柔性樁和剛性樁方案，柔性樁采用擠密砂樁，剛性樁采用預(yù)應(yīng)力管樁(PTC)方案。分別選取路基中心填高6m、8m和10m三種工況，對(duì)砂樁、PTC樁進(jìn)行穩(wěn)定性分析。最后，再加入橋梁方案，對(duì)三種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比選。

表2 軟基處理方案

軟基處理選用擠密砂樁和PTC樁兩種方案，經(jīng)過(guò)承載力和沉降驗(yàn)算，各工況選定方案如表2所示。對(duì)各工況下軟基處理邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，砂樁在中心填土高度分別為6m、8m和10m情況下，安全系數(shù)分別為1.333、1.354和1.434；PTC樁在中心填土高度分別為6m、8m和10m情況下，安全系數(shù)分別為1.619、1.495和1.455，均滿足規(guī)范規(guī)定1.30的要求。詳見(jiàn)圖7～圖9。

針對(duì)軟基處理和橋梁在方案合理的情況下，對(duì)造價(jià)進(jìn)行比較，結(jié)論如表3所示。從表中可以看出，隨著中心填土高度的增加，各方案每延米造價(jià)逐漸增大，其中軟基處理方案造價(jià)明顯增加，擠密砂樁和PTC樁在填高10m的造價(jià)比填高6m方案分別增加了105.1%和104.9%，橋梁方案增加不大，填高10m的造價(jià)比填高6m方案只增加了15.3%。

圖7 中心填土高度6m

圖8 中心填土高度8m

表3 各理方案造價(jià)對(duì)比

綜上所述，從整體造價(jià)分析，橋梁＞PTC樁＞擠密砂樁，此規(guī)律隨著填土高度增加各方案間差距逐漸減?。徽w穩(wěn)定性橋梁＞PTC樁＞擠密砂樁，此規(guī)律隨著填土高度增加各方案間差距逐漸增大。整體上看，填土高度較矮時(shí)選取軟基處理方案特別是擠密砂樁方案較為合適，填土高度較高時(shí)，可考慮橋梁方案。擠密砂樁雖然具有明顯的造價(jià)優(yōu)勢(shì)，但由于堆載預(yù)壓所需時(shí)間較長(zhǎng)，因此在選定方案時(shí)需綜合考慮。

圖9 中心填土高度10m

本項(xiàng)目由于臨近海邊，購(gòu)買(mǎi)砂較為容易，施工工期允許進(jìn)行堆載預(yù)壓，因此選擇較為經(jīng)濟(jì)的擠密砂樁方案。

3.3 軟基處理后穩(wěn)定性

軟基處理采用擠密砂樁，砂樁直徑50cm，樁間距1.5m，等邊三角形布置，砂樁穿透淤泥層，樁長(zhǎng)4m～10m。軟基處理后，路堤邊坡穩(wěn)定系數(shù)分別為1.591、1.485和1.386(圖10～圖12)，滿足規(guī)范所規(guī)定的1.35要求。認(rèn)為設(shè)計(jì)方案可行。

圖10 K1+500路基斷面穩(wěn)定性

圖11 K1+660路基斷面穩(wěn)定性

圖12 K1+740路基斷面穩(wěn)定性

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)采用二維巖土有限元軟件Geo-studio的模擬，對(duì)連江粗蘆島路基邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并對(duì)軟基處理方案進(jìn)行比選，結(jié)論如下：

(1)K1+500、K1+660和K1+740三個(gè)典型路堤橫斷面，在軟基處理前，路堤邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為0.940、0.760和1.038，均不滿足規(guī)范要求。

(2)從整體造價(jià)分析，橋梁＞PTC樁＞擠密砂樁，此規(guī)律隨著填土高度增加各方案間差距逐漸減?。徽w穩(wěn)定性橋梁＞PTC樁＞擠密砂樁，此規(guī)律隨著填土高度增加各方案間差距逐漸增大。綜合考慮，本項(xiàng)目采用擠密砂樁方案。

(3)采用砂樁軟基處理后，三個(gè)典型斷面路堤邊坡穩(wěn)定系數(shù)分別為1.591、1.485和1.386，滿足規(guī)范所規(guī)定的要求