市政道路淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土復(fù)合地基處理方案研究

張 德 豪

(合肥市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,安徽 合肥 230041)

1 概述

亞父路位于合肥巢湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)東南部，南接老S316，北接S105，連接巢湖市濱湖南岸區(qū)域、居巢經(jīng)開區(qū)、中心城區(qū)、合肥巢湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，是巢湖市重要的交通干道。

其中本文研究的路段位于合肥巢湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，道路南起鳳凰山路，北至半湯大道，全長約4.2 km，規(guī)劃為城市主干路。道路位于巢湖市北部組團(tuán)綜合產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶上，是巢湖市“西進(jìn)北拓”產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要軸向支撐，是巢湖市“兩環(huán)三橫三縱”骨架路網(wǎng)中的“一橫一縱”，聯(lián)系組團(tuán)、兼顧部分過境功能。

2 現(xiàn)有條件分析

2.1 現(xiàn)狀建設(shè)條件

亞父路規(guī)劃紅線寬52 m，規(guī)劃為雙向六車道加輔道斷面。根據(jù)合肥巢湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建設(shè)計(jì)劃，道路為分期實(shí)施工程。其中：

一期工程僅實(shí)施東半幅主道，已于2017年建成通車，如圖1,圖2所示。

西半幅道路及全線慢行系統(tǒng)暫未實(shí)施，有待擴(kuò)建。

2.2 地質(zhì)條件簡介及軟基處理措施

亞父路與現(xiàn)狀湯河相交，部分路段位于沿河灘涂及其下游沖積區(qū)，存在淤泥質(zhì)軟土。根據(jù)道路地質(zhì)勘察成果，擬建場地地基土承載力基本值及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 亞父路地基土及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)表

其中“高鐵線—湯河”段長約800 m，淤泥質(zhì)土深8 m～11 m，為重點(diǎn)軟基路段。

軟基路段現(xiàn)狀照片如圖3所示。

一期工程(東半幅主車道)實(shí)施時(shí)，該段東半幅軟基采用水泥攪拌樁處理、形成復(fù)合地基，提高承載力，如圖4所示。

目前，一期工程(東半幅主車道)已竣工通車近3年，總體運(yùn)行狀況良好。

2019年，合肥巢湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)將亞父路二期工程納入建設(shè)計(jì)劃。即對(duì)亞父路實(shí)施續(xù)建、擴(kuò)建計(jì)劃：具體為實(shí)施西半幅機(jī)動(dòng)車道，并完善道路全線的輔道及慢行系統(tǒng)。

本文的研究主要針對(duì)上述提及的“高鐵線—湯河”段軟基，基于既有建設(shè)條件提出針對(duì)性的軟基處理方案并進(jìn)行相應(yīng)的分析評(píng)價(jià)。

3 軟基處理方案

軟基處理設(shè)計(jì)依據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范和道路地質(zhì)勘察報(bào)告，并通過認(rèn)真收集沿線的地形、地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象等資料，合理分析并選擇有代表性的軟土地基各土層物理、力學(xué)指標(biāo)作為方案設(shè)計(jì)的計(jì)算依據(jù)，提出兩種軟基處理方案。

3.1 水泥攪拌樁處理

水泥攪拌樁是利用專用的噴粉攪拌鉆機(jī)將水泥噴入軟土地基中，并將軟土與水泥強(qiáng)制攪拌，利用水泥與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土結(jié)成具有一定強(qiáng)度的樁體而形成復(fù)合地基的一種施工方法，從而達(dá)到提高軟基承載力，減少軟基沉降的目的。

方案計(jì)劃采用樁徑為0.6 m，等腰三角形布置的水泥粉噴樁處理，樁間距為1.3 m。樁長根據(jù)淤泥土厚度確定，計(jì)算樁長12 m(實(shí)際最小約9 m)，以可塑或硬塑粉質(zhì)粘土作為樁端持力層。路基拼寬斷面及粉噴樁平面布置如圖5所示。

水泥攪拌樁復(fù)合承載力計(jì)算：

1)單樁豎向承載力特征值計(jì)算：

Ra=μp×∑qsia×li+α×Ap×qp或Ra=η×fcu×Ap(二者取小值)。

其中，計(jì)算樁長L=12 m，樁徑d=0.6 m，樁間距1.3 m;樁周長μp=3.14d=1.884，樁截面面積Ap=3.14×d2/4=0.282 6;樁身強(qiáng)度折減系數(shù)：η取0.3，樁端土承載力折減系數(shù)：α取0.4。

計(jì)算得：Ra=263(169.6)，取170 kN。

2)復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算：

fspk=m×Ra/Ap+β×(1-m)×fsk。

其中，樁間天然土承載力特征值fsk=70 kPa；樁間土承載力折減系數(shù)：β取0.35；面積置換率：m=d2/de2=0.193 2；則：fspk=135.9 kPa，沉降量s=105.9 mm。

3.2 預(yù)制管樁處理

預(yù)制管樁是將工廠里預(yù)制好的鋼筋混凝土管樁運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，利用機(jī)械沉樁施工，從而提高地基承載力和軟基的整體穩(wěn)定性，上部荷載通過樁基礎(chǔ)傳遞給土層，能較好地適應(yīng)各種軟弱地質(zhì)條件。

方案采用預(yù)制管狀勁性體(管樁)，混凝土強(qiáng)度不低于C80，樁直徑400，采用正方形布置。計(jì)算樁長13 m。樁間距根據(jù)樁長度不同調(diào)整，計(jì)算取2.4 m。以可塑或硬塑粉質(zhì)黏土作為樁端持力層。樁頂設(shè)置樁帽，厚度300 mm,樁帽長寬均1.2 m。采用管樁的路基拼寬斷面及平面布置如圖6，圖7所示。

表2 亞父路軟基處理方案評(píng)價(jià)比選表

處理方案水泥攪拌樁,樁徑600 mm,有效樁長12 m預(yù)制管樁,樁徑400 mm,有效樁長13 m復(fù)合地基承載力低填段基本滿足要求;高填段仍需增加樁長、提高單樁承載力或減小間距,施工難度增加大于150 kPa,滿足要求工后沉降正常。但相對(duì)較大,且與已建東半幅的工后沉降不一致,交口等路段容易導(dǎo)致路面產(chǎn)生裂縫沉降值小,不均勻影響小對(duì)既有路基的擾動(dòng)攪拌振動(dòng)對(duì)東半幅已實(shí)施路基有一定影響可靜壓施工,影響相對(duì)較小施工速度一般較快質(zhì)量管控現(xiàn)場粉噴攪拌施工,樁身定位、施工控制、成樁強(qiáng)度等不易管控及監(jiān)測預(yù)制樁體,樁身質(zhì)量及施工過程易于管控經(jīng)濟(jì)比較每米估算單價(jià)元/m85275單位面積根數(shù)根/m20.6840.173樁帽造價(jià)/元—520(1.2 m×1.2 m×0.3 m)綜合單價(jià)元/m2697.7708.4

預(yù)制管樁復(fù)合承載力計(jì)算：

1)單樁豎向承載力特征值計(jì)算:

Ra=μp×∑qsia×li+α×Ap×qp

或Ra=δ×ψc×fcd×Ap(二者取小值)。

其中,計(jì)算樁長L=13 m，樁徑d=0.4 m，樁間距2.4 m;樁周長μp=3.14d=1.257，樁截面面積Ap=3.14×d2/4=0.126;樁身穩(wěn)定系數(shù)：δ取1，樁端土承載力折減系數(shù)：α取1，基樁成樁工藝系數(shù)：ψc取0.85。

計(jì)算得：Ra=460 kN。

2)復(fù)合地基承載力及沉降計(jì)算：

fspk=λ×m×Ra/Ap+β×(1-m)×fsk。

則：fspk=150.6 kPa,沉降量s=10.6 mm。

4 方案評(píng)價(jià)

該項(xiàng)目為城市道路，道路豎向高程較原地表高程抬高0.5 m～3.0 m左右，原地表分布有0.5 m～1.3 m的雜填土，其下為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及黏土層，現(xiàn)就上述兩種軟基方案進(jìn)行對(duì)比分析如表2所示。

5 結(jié)語

從以上分析可以看出：1)在樁長約12 m、滿足軟基段復(fù)合地基承載力的要求下，兩種處理方案的造價(jià)基本相當(dāng)。2)基于亞父路地質(zhì)成果及其為二期續(xù)建工程的情況，與水泥攪拌樁方案相比，采用預(yù)制管樁技術(shù)方案復(fù)合地基承載力較好，工后沉降小，能有效減小新老路基拼接后的不均勻沉降，且施工質(zhì)量便于建設(shè)單位監(jiān)管，施工進(jìn)度也較快。推薦本項(xiàng)目的軟基處理采用預(yù)制管樁技術(shù)。