軟土路基差異沉降原因分析及處理措施研究

何 穎 廖 鑫 何安生

（中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

軟土地基處理是公路路基工程設(shè)計中的重要組成部分，在路基工程中造價占較大比例，在軟土地區(qū)修筑公路，常因處理措施不當，導(dǎo)致施工期路基沿縱向或橫向出現(xiàn)差異沉降，引發(fā)路基開裂甚至整體失穩(wěn)的現(xiàn)象[1]。文章結(jié)合某高速公路軟基段差異沉降滑塌實例，分析原因，針對性地提出處治方案。

1 工程概況

差異沉降路段平均填土高度約為10 m，軟基深度5～10 m，原設(shè)計方案為8 m水泥攪拌樁，間距1.3 m，梅花形布樁，其上覆蓋50 cm砂礫墊層，墊層頂鋪設(shè)3層土工格室。該段填筑過程中產(chǎn)生不均勻沉降后出現(xiàn)縱向裂縫并引起局部滑塌。

1.1 路基病害情況

病害產(chǎn)生后，施工單位組織人員設(shè)備對路基進行了開挖探坑，探挖表明，開挖深度范圍內(nèi)水泥攪拌樁樁身出現(xiàn)了推移、擠斷現(xiàn)象。而后通過對現(xiàn)場情況進行調(diào)繪，發(fā)現(xiàn)以路基中線為界，左側(cè)臨塘段因差異沉降已產(chǎn)生滑塌，外側(cè)塘面隆起，現(xiàn)場滑動面剪入口及剪出口位置較為明確。路基滑塌現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 路基滑塌現(xiàn)場

1.2 地形地貌

本段路線穿越的地貌單元主要為構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)。路基右側(cè)靠近山體，左側(cè)為一處暗塘，暗塘底存在大量軟基。

1.3 地層巖性

典型斷面顯示該段原地面上覆0～1.1 m粉質(zhì)黏土，1.1～5.7 m為淤泥，5.7～7.7 m為淤泥質(zhì)黏土，7.7～9.0 m軟塑粉質(zhì)黏土，下臥寒武系全風化砂巖。

1.4 氣象水文

項目所在區(qū)域?qū)僦榻饔蛑榻侵匏?，區(qū)內(nèi)水系發(fā)達，主要河流有潭江及其支流，河流呈網(wǎng)狀和樹枝狀，河流分支、復(fù)合頻繁，上、下游均互相溝通或有岔流連接，構(gòu)成典型的河網(wǎng)型三角洲地貌景觀。每年4～9月為雨季，雨量充沛，自然區(qū)劃分為Ⅳ7 華南沿海臺風區(qū)。

2 路基差異沉降引起滑塌原因分析

2.1 成樁質(zhì)量

初步判斷該段成樁質(zhì)量較差，通過后期補鉆資料顯示，該段地基存在一定含量的有機質(zhì)，可能影響成樁效果。

2.2 施工問題

①施工時序不合理：部分樁體未達到28 d強度時開始施工。

②施工填筑速率過快：沉降值超過8 mm/d 情況下仍未停止施工。

2.3 極端天氣

填筑過程中局部產(chǎn)生差異沉降，在“山竹”期間，大量雨水下滲，造成路基、地基力學(xué)參數(shù)降低并形成軟弱帶，最終導(dǎo)致路基滑塌。

3 路基處治設(shè)計

3.1 復(fù)合地基參數(shù)計算

通過對現(xiàn)場滑動面調(diào)繪，運用geoslope軟件建模，指定其滑弧剪入口、剪出口，擬定安全系數(shù)為0.95，反算其復(fù)合地基力學(xué)參數(shù)，針對本段地質(zhì)條件，采用簡化Bishop法進行計算。各層物理力學(xué)參數(shù)計算取值表如表1所示。

表1 各層物理力學(xué)參數(shù)計算取值表

建模計算分析表明，該段復(fù)合地基力學(xué)參數(shù)差，結(jié)合現(xiàn)場挖探情況判斷，水泥攪拌樁大部分已剪斷破壞，均已失效，與實際情況較為穩(wěn)合，故反算參數(shù)基本適當，后續(xù)分析計算均以反算參數(shù)為基礎(chǔ)進行是可行的。

3.2 方案比選

由于本段存在填土高度較高，軟土路基較深，且軟、硬土分界面較為傾斜等多種不利條件，提出以下幾種方案進行比選（見表2）。

表2 處治方案比選表

從表2可知，管樁+整體式托板方案經(jīng)濟性較差，且傾斜面慎用。項目周邊存在未拆遷的房屋，強夯置換碎石墩存在施工隱患。本項目工期還存在一定的富余，故將反壓護道+固結(jié)排水作為推薦方案。

3.3 推薦方案設(shè)計

（1） 原水泥攪拌樁已剪切破壞，大部分已失效，對原處理區(qū)域水泥攪拌樁中間考慮布設(shè)塑料排水板；

（2） 路基外側(cè)采用反壓護道壓腳提高路基整體穩(wěn)定性，護道寬約12 m，高約5 m；反壓護道地基設(shè)置水泥攪拌樁加固，樁間距1.1 m，梅花型布樁，該部分水泥攪拌樁在一定程度上可起到防滲隔離作用，也可對路基外側(cè)提供一定的抗剪作用，考慮到原水泥攪拌樁成樁效果欠佳，在樁檢合格后，在樁間設(shè)置塑料排水板，與原地基加固區(qū)塑料排水板同時施工；

（3） 墊層頂以上每隔1 m 共設(shè)置6 層土工格室，提高路基整體穩(wěn)定性。

處理方案的標準斷面如圖2所示。

圖2 推薦方案標準斷面示意

3.4 推薦方案建模計算

為驗證方案是否可行，運用geoslope軟件建模，采用簡化Bishop法進行計算。實際填土加載過程均按照25 cm一層進行模擬，為簡化工況分類，本次僅按照以下5種工況列出。針對各工況，人工填土、黏土、淤泥層物理力學(xué)參數(shù)維持不變，原復(fù)合地基參數(shù)及反壓護道下復(fù)合地基參數(shù)按照固結(jié)度理論計算取值，具體計算取值表如表3所示。

（1） 施工期-1 ：填土高度0～3 m。

（2） 施工期-2 ：填土高度3～5 m。

（3） 施工期-3 ：填土高度5～8 m。

（4） 施工期-4 ：填土高度8～10 m。

（5） 運營期：填土高度10 m+行車荷載。

表3 物理力學(xué)參數(shù)計算取值表及穩(wěn)定計算結(jié)果

4 結(jié)語

在軟土路基區(qū)域，對軟土分布不均、結(jié)合面傾斜、填土高度較高等處遇到連續(xù)暴雨極端天氣等誘因時易出現(xiàn)差異沉降引起的滑塌等病害，設(shè)計、施工中應(yīng)引起足夠重視，加強施工監(jiān)控及動態(tài)設(shè)計。該文通過對工程實例進行分析，找到主要誘發(fā)因素，并且通過經(jīng)濟、技術(shù)對比分析，確定有針對性的水泥攪拌樁、反壓護道、固結(jié)排水綜合處治方案，可為類似工程提供參考。