福建某江濱路軟基綜合處治設(shè)計(jì)

盧志偉

（漳州通正勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司， 漳州 363000）

0 引言

近幾年由于國(guó)省干線及地方等普通公路的快速發(fā)展，軟基處理更突顯為一個(gè)建設(shè)難點(diǎn)及重點(diǎn)。通過對(duì)本項(xiàng)目鄰近道路的調(diào)查，路面不平整，其中雨水管檢查井、涵洞通道等鄰近構(gòu)造物附近由于差異沉降路面不平整尤為明顯，表現(xiàn)為路面凹陷、開裂、積水，不僅影響行駛舒適性且影響行車安全、道路使用功能及車輛。經(jīng)調(diào)查分析表明該區(qū)域軟土主要為淤泥或淤泥質(zhì)土，呈流塑狀、飽和、壓縮模量小、孔隙比大、透水性差、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，又軟基處理不徹底或只進(jìn)行表層處理致使路面下沉不平整。本項(xiàng)目途經(jīng)線路所涉及軟基處理段落多，占路線總長(zhǎng)達(dá)45%，規(guī)模大，軟基分布工況多樣，具有不同軟土厚度、填高差異，以及鄰近構(gòu)造物（橋梁、涵洞），因此采取綜合措施治理。本文根據(jù)項(xiàng)目軟基主要為淤泥或淤泥質(zhì)土的特點(diǎn)，對(duì)其適用的堆載預(yù)壓+塑料排水板、水泥攪拌樁、PTC管樁等軟基處理方案從影響軟基處理方案決策的4個(gè)主要參數(shù)中[5]，結(jié)合項(xiàng)目軟基段落工況選取軟土厚度、填土高度兩個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算分析，得出基于以上兩個(gè)主要參數(shù)軟土厚度、填土高度的處理方案的適用范圍及特點(diǎn)，為在類似沿海這種區(qū)域地質(zhì)上進(jìn)行軟基處理方案選擇提供參考、借鑒。

1 工程概況

1.1 工程基本情況

此次本項(xiàng)目涉及的軟基處理范圍為 K0+410～K1+000、K2+100～K2+860、K2+860～K2+930、K3+310～K3+387,占路線總里程45%，路幅寬度70-80m，詳見表1。由于處理規(guī)模大，處理深度4-16m不等，填土高度3-7m，因此合理選擇軟基處理方案，節(jié)省造價(jià)、保證工期、控制沉降，為本項(xiàng)目面臨的建設(shè)難點(diǎn)及重點(diǎn)。

表1 四軟基處理段落工況匯總表

1.2 地形地貌及軟土工程特性

項(xiàng)目所處場(chǎng)地屬河流沖洪積地貌，現(xiàn)狀主要為居民區(qū)、耕地、魚塘及河流等，水系發(fā)育，植被一般發(fā)育。場(chǎng)地所處區(qū)域地勢(shì)總體較平緩。

沿線軟基路段地基土層分布從上至下依次為：①-1耕土或①-2素填土；②-1淤泥質(zhì)土或②-2淤泥；③粉質(zhì)粘土；④殘積砂質(zhì)粘性土；⑤全風(fēng)化花崗巖。②-1淤泥質(zhì)土或②-2淤泥等軟土呈流塑狀、飽和、壓縮模量小、孔隙比大、透水性差、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，軟基路段易產(chǎn)生沉降及差異沉降，物理力學(xué)指標(biāo)低應(yīng)進(jìn)行深層軟基處理。軟弱土物理力學(xué)指標(biāo)如表2所示。

2 軟基綜合處治方案

本項(xiàng)目填方路段大多為軟土地基，主要為淤泥或淤泥質(zhì)土，其壓縮模量小、透水性差、強(qiáng)度低，宜進(jìn)行深層軟基處理來減少沉降和提高地基承載力。根據(jù)軟土性質(zhì)特點(diǎn)，選取三種適用于淤泥或淤泥質(zhì)土的處治方案：堆載預(yù)壓+塑料排水板；水泥攪拌樁；PTC管樁。詳見表3。

表2 軟弱土物理力學(xué)指標(biāo)及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)建議取值表

表3 軟基綜合處治方案一覽表

3 軟基綜合處治設(shè)計(jì)及計(jì)算分析

3.1 軟基綜合處治設(shè)計(jì)

3.1.1 堆載預(yù)壓+塑料排水板

堆載預(yù)壓期、塑料排水板間距、堆載大小是該法設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，排水板的尺寸以盡量減少井阻效應(yīng)為宜，本次排水板斷面尺寸為 100mm×4.5mm，間距取1.0m～1.6m,深度超過軟土層2米，頂層設(shè)置0.5m厚砂墊層。

3.1.2 水泥攪拌樁

進(jìn)入新世紀(jì),黨中央國(guó)務(wù)院提出以人為本、全面協(xié)調(diào)可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀。2003年,胡錦濤在中央人口資源環(huán)境工作座談會(huì)上強(qiáng)調(diào),環(huán)保工作要著眼于人民喝上干凈的水,呼吸清潔的空氣和吃上放心的食物,在良好的環(huán)境中生產(chǎn)生活,集中力量先行解決危害人民群眾健康的突出問題。截至2005年的中央人口資源環(huán)境座談會(huì),中央一直將民生作為環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。2008年國(guó)務(wù)院機(jī)構(gòu)改革,原國(guó)家環(huán)?？偩稚駷榄h(huán)境保護(hù)部,主要職責(zé)為“擬訂并組織實(shí)施環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、政策和標(biāo)準(zhǔn),組織編制環(huán)境功能區(qū)劃、監(jiān)督管理環(huán)境污染防治、協(xié)調(diào)解決重大環(huán)境問題等”。

本次設(shè)計(jì)，水泥用量按平均65Kg/m進(jìn)行考慮，水灰比0.45～0.5，水泥采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（28天齡期）不低于1.2MPa，樁徑0.5m，單樁承載力取120KN，樁間距取1.0m～1.8m，樁頂褥墊層設(shè)置0.5m厚級(jí)配碎石砂（石砂比7：3），其間夾雙層鋼塑復(fù)合土工格柵。

3.1.3 PTC管樁

本次采用疏化樁間距，通設(shè)置0.5m厚級(jí)配碎石砂（石砂比7：3），其間夾雙層鋼塑復(fù)合土工格柵，來使樁土變形協(xié)調(diào)，提高樁間土承載力發(fā)揮度，樁徑外徑一般為40cm（壁厚6cm）、50cm（壁厚7cm），樁間距按4倍樁徑～6倍樁徑考慮。樁頂設(shè)樁帽或聯(lián)系梁。

3.2 軟基處治方案計(jì)算分析

三種軟基處理方案在圖 1系統(tǒng)中，以承載力、沉降、穩(wěn)定性為控制目標(biāo)，各有各的作用及制約因素。以下分別對(duì)四軟基段落進(jìn)行三種軟基處理方案計(jì)算得到承載力、沉降、穩(wěn)定性等數(shù)據(jù)（詳見表4），并結(jié)合各自的發(fā)揮機(jī)理進(jìn)行分析，確定各方案的適用范圍。

圖1

表4 四段落軟基處理方案計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表

3.2.1 堆載預(yù)壓+塑料排水板

根據(jù)各軟基段的工況計(jì)算見表4，四段落的穩(wěn)定性0.7～1.3，工后沉降0.3～0.6 m，工期10～46月均難以滿足工程技術(shù)要求。

K2+100～K2+860段指標(biāo)稍好，K2+860～K2+930指標(biāo)最差，計(jì)算表明當(dāng)軟土厚度超過10m以后，工期延長(zhǎng)、加密間距均難以滿足堆載所需穩(wěn)定性及工后沉降的要求。本方案通過設(shè)置堆載使地基土中產(chǎn)生孔隙水壓差，使水滲流固結(jié)，設(shè)置豎向塑料排水板來縮短孔隙水滲流排水距離和增加排水通道，以此縮短固結(jié)時(shí)間，促進(jìn)地基土強(qiáng)度的增長(zhǎng)滿足沉降及穩(wěn)定性的要求。工后沉降、穩(wěn)定性、堆載超載等均要求有足夠時(shí)間滲流固結(jié)以提高地基土強(qiáng)度，因此其承載力、沉降、穩(wěn)定性各項(xiàng)控制指標(biāo)主要取決于固結(jié)時(shí)間。隨著軟土厚度的加大、填土高度的加大所需固結(jié)時(shí)間即工期越長(zhǎng)，合理工期成為控制因素。該法對(duì)于不同填土高度、軟土厚度、工期如圖2所示，以工期10個(gè)月為限，3m填土高時(shí)軟土厚度超過10m以后工后沉降、穩(wěn)定性、工期均難以滿足要求；填土高 5m、7m時(shí)軟土厚度分別降至6m、4m以下時(shí)才是適用的。

通過以上計(jì)算分析，堆載預(yù)壓+塑料排水板對(duì)于本項(xiàng)目各軟基段落是不適用的。

圖2

3.2.2 水泥攪拌樁

根據(jù)各軟基段的工況計(jì)算見表4，以下對(duì)各段的工后沉降、穩(wěn)定性、承載力進(jìn)行總結(jié)分析。

沉降分析：隨著軟土厚度的加大，為避免樁底懸浮于軟土中，樁身穿透軟土層樁底落至較硬土層，因此樁長(zhǎng)變長(zhǎng)，工后沉降及總沉降逐漸變小。各軟基段的工后沉降0.05～0.3，均滿足工程技術(shù)要求。穩(wěn)定性分析：各段計(jì)算數(shù)據(jù)表明穩(wěn)定性，3m填高時(shí)約2.5，5m填高時(shí)約2.28，7m填高時(shí)約1.85，穩(wěn)定性隨軟土厚度變化不大，各軟基段穩(wěn)定性均能滿足要求。承載力分析：僅K2+860～K2+930段地基承載力150KPa＜155KPa不滿足工程技術(shù)要求。該段處橋頭段填土較高、軟土較厚，基底承載力要求高。水泥攪拌樁通過深層攪拌機(jī)械將水泥漿或其粉體與地基土體混合反應(yīng)，使其形成一定強(qiáng)度柱狀體，對(duì)土體起到置換及加固的作用。因此當(dāng)置換率（樁徑、樁間距）取上限時(shí)，對(duì)填土較高、軟土較厚的工況，樁體強(qiáng)度形成的高低成為受制約素。

綜之，對(duì)于本項(xiàng)目四段軟基段樁體強(qiáng)度形成的高低是其適用性的關(guān)鍵。對(duì)于深厚軟土提高深層攪拌機(jī)械的攪拌能力，噴漿壓力等以保證深層樁身強(qiáng)度，水泥攪拌樁漿噴工法加固深度宜小于20m,粉噴工法宜小于12m[1]。見圖3所示，軟土厚度大于14m后，工后沉降較小成為增大間距提高承載力降低造價(jià)的受制約因素。因此從深層土機(jī)械攪拌能力、成樁質(zhì)量、樁身強(qiáng)度、降低造價(jià)與沉降控制協(xié)調(diào)等方面考慮，水泥攪拌樁宜適用于軟土厚度小于14m；填土高度＜7m。

通過以上計(jì)算分析水泥攪拌樁除K2+860～K2+930段不適用，其余三段均適用。

圖3

3.2.3 PTC管樁

根據(jù)各軟基段的工況計(jì)算見表4，四段落的穩(wěn)定性1.7～3.0，工后沉降0.01～0.15 m，承載力95～170KPa，PTC管樁強(qiáng)度高變形量小，各項(xiàng)控制指標(biāo)均滿足工程技術(shù)要求。以下從管樁強(qiáng)度發(fā)揮程度、降低造價(jià)、擠土效應(yīng)進(jìn)行分析。

由于PTC管樁作復(fù)合地基處理時(shí)按摩擦樁設(shè)計(jì)[2]，需要較大入土深度以提供足夠的承載力，所以較小的土層厚度所提供的承載力不夠，限制管樁強(qiáng)度的發(fā)揮，此時(shí)若填土高度大需加密間距，擠土效應(yīng)大、地面隆起、相鄰樁互相作用推移、擠斷等問題突顯且管樁強(qiáng)度得不到發(fā)揮，這種情況技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性反而是不適宜的。因此綜合填土高度、軟土厚度、管樁強(qiáng)度的發(fā)揮程度、降低造價(jià)、擠土效應(yīng)等因素，見圖4所示以600KN控制，填土高3米時(shí)不宜采用管樁，填土高度5m、7m時(shí)，軟土厚度大于14米時(shí)采用PTC管樁，與雍金兵等人由加固效果分析得出的適用范圍相近[4]。

通過以上計(jì)算分析，PTC管樁對(duì)于四段軟基雖然工后沉降、穩(wěn)定性、承載力等各項(xiàng)指標(biāo)，經(jīng)計(jì)算均滿足技術(shù)要求，但從經(jīng)濟(jì)性、擠土效應(yīng)考慮，僅K2+860～K2+930段采用PTC管樁。

3.3 處治方案的確定

根據(jù)本項(xiàng)目四段軟基工況，堆載預(yù)壓+塑料排水板由于所需的滲流固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)均不適用。K2+860～K2+930處橋頭路段且軟土較厚，填土較高沉降控制嚴(yán)格，采用 PTC管樁施工質(zhì)量可靠，施工周期短沉降控制小。K0+410～K1+000、K2+100～K2+860、K3+310～K3+387三段由于土層厚

度相對(duì)較小，不利于PTC管樁樁身強(qiáng)度發(fā)揮及降低造價(jià)，因此采用水泥攪拌樁，造價(jià)適中能有效縮短工期，成樁質(zhì)量易控制，經(jīng)濟(jì)效果好。

圖4

4 軟基處治效果

填方路段在滿足承載力及穩(wěn)定性同時(shí)，路面的平整度影響行車安全，又影響道路使用功能及車輛等。工后沉降及鄰近構(gòu)造物處路基段的過渡段差異沉降成為衡量加固效果的關(guān)健。本項(xiàng)目橋頭工后沉降采用二級(jí)公路控制標(biāo)準(zhǔn)（≤0.20m），過渡段差異沉降引起的縱坡變化按≤0.4%控制[1]，路基軟基段控制標(biāo)準(zhǔn)（≤0.30m）。

表5 軟基處理段典型斷面監(jiān)測(cè)沉降數(shù)據(jù)一覽表

路基填土完成半年后，通過收集整理監(jiān)測(cè)單位數(shù)據(jù)，選取典型斷面樁號(hào)數(shù)據(jù)整理如表5，填土完成半年內(nèi)沉降變形顯著減小，沉降速率明顯收斂，效果明顯。堆載預(yù)壓+塑料排水板由于工期太長(zhǎng)未采用，其效果有待總結(jié)分析。

5 結(jié)論

本文結(jié)合了江濱路項(xiàng)目，基于兩個(gè)主要參數(shù)軟土厚度、填土高度，對(duì)以淤泥或淤泥質(zhì)土等典型軟土的填方段，進(jìn)行軟基處理方案的數(shù)據(jù)計(jì)算分析，并對(duì)路基填土完成半年內(nèi)的監(jiān)測(cè)表明，工后沉降、沉降速率均在控制范圍內(nèi)。對(duì)此得出各處理方案適用范圍及特點(diǎn)如下：

⑴堆載預(yù)壓+塑料排水板，在工期允許情況下，填土高度3m時(shí)，適用于軟土厚度小于10m；填土高度5m時(shí)，適用于軟土厚度小于6m；填土高度7m時(shí)，適用于軟土厚度小于4m。

⑵水泥攪拌樁宜適用于軟土厚度4m～14m之間，填土高度小于7m的情況。

⑶PTC管樁,填土高3米時(shí)不宜采用，填土高度5m、7m時(shí)，軟土厚度大于14米時(shí)采用PTC管樁。