城市道路軟弱地基處理技術(shù)及應(yīng)用探究
——以昆明金產(chǎn)一期7號(hào)路為例

文/孫應(yīng)昌

1 前言

由于城市的生產(chǎn)生活以及城市擴(kuò)張的需要，大部分城市都建設(shè)在水系較為發(fā)達(dá)、圍湖造田的地區(qū)，由此使得很多城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)會(huì)遇到軟弱地基的問題。例如，在城市道路建設(shè)中的濕陷性黃土和各種軟土地基等，在城市道路建設(shè)時(shí)必須要對(duì)此進(jìn)行重視。在道路建設(shè)時(shí)，應(yīng)對(duì)該地區(qū)的軟土地基進(jìn)行處理，并在施工階段合理控制其所發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。由于在城市道路建設(shè)時(shí)并非僅僅是路面結(jié)構(gòu)以及路基的建設(shè)，其更重要的是為了便于市政公用設(shè)施的安全性，例如給排水、電力管道、燃?xì)獾榷及趦?nèi)，由此我們必須提高城市道路的整體建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

2 道路軟土地基的特點(diǎn)及基本危害

城市道路的軟弱地基是指在城市道路建設(shè)時(shí)地基基礎(chǔ)中難以承載的部分，其中包括軟土、砂土和濕陷性黃土等。由于這些土層本身存在壓縮模量較低且承載力不足的特點(diǎn)，因此會(huì)導(dǎo)致城市道路在使用過程中發(fā)生沉降變形的問題，而路基變形將導(dǎo)致道路設(shè)計(jì)高程發(fā)生改變，進(jìn)而影響路面的使用和地下綜合管線的安全[1]。

由于軟弱土具有孔隙率、含水率較高以及高壓縮性的特點(diǎn)，使得該類型土質(zhì)承載力較低，更容易出現(xiàn)變形破壞。根據(jù)土質(zhì)類型的不同可以將軟土劃分為淤泥質(zhì)土、粉土以及粉質(zhì)黏土等，不同種類土質(zhì)的指標(biāo)以及取用的范圍存在一定的區(qū)別。軟土的物理要素使其基礎(chǔ)在荷載作用下容易發(fā)生自行破壞問題，其基本特點(diǎn)為軟土地基在受荷條件下容易產(chǎn)生流變性，進(jìn)而導(dǎo)致其出現(xiàn)相對(duì)緩慢地剪切變形情況，在一定程度下容易發(fā)生剪切破壞，從而使道路出現(xiàn)坍塌破壞的情況。

軟土地基的主要破壞形式以路面不均勻沉降以及坍塌現(xiàn)象為主，其中路面的坍塌主要是由于土體自身強(qiáng)度低導(dǎo)致，從而出現(xiàn)瞬間的地基破壞或者是位移發(fā)生改變。地面所發(fā)生的不均勻變形主要是在受荷條件下地基土所發(fā)生的長期形變的結(jié)果。

3 城市道路中軟弱地基的處理方法

3.1 排水固結(jié)和堆載預(yù)壓法

排水固結(jié)法是指對(duì)于軟弱地基當(dāng)中的飽和土體采用施加外荷載的方法使其出現(xiàn)排水固結(jié)現(xiàn)象，進(jìn)而縮減土體結(jié)構(gòu)中的泥土顆粒間距，增強(qiáng)土體的抗剪切強(qiáng)度；避免軟土地基由于具有較大的孔隙率出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，能夠提高地基承載力。采用堆載預(yù)壓法和排水固結(jié)法具有相同的作用，本質(zhì)是為了減少地基中土體的含水量和土體間隙，增強(qiáng)地基土體的密實(shí)度；在進(jìn)行軟弱地基處理時(shí)，一般采用路基材料在地基表面覆蓋的方式將水分?jǐn)D壓排出。

3.2 水泥粉煤灰碎石樁

采用水泥粉煤灰碎石樁主要是將碎石、粉煤灰以及少量的水泥等加入一定量的水，并將其較為均勻的攪拌，通過打樁機(jī)作用或者是鉆管內(nèi)泵整體澆筑成粘度相對(duì)較高的樁體，再利用褥墊層作用使得樁體之間相連的土體共同組成復(fù)合地基。當(dāng)前大多數(shù)的市政工程項(xiàng)目中由于環(huán)保及材料采購的困難，因此采用水泥代替粉煤灰，這種方式形成的素混凝土樁其強(qiáng)度一般為C10～C20。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)可以了解到，在確保CFG 樁的質(zhì)量要求下，根據(jù)現(xiàn)場的施工條件選擇施工工藝可以有效提高地基承載力。

3.3 水泥土攪拌樁

該方法的原理是在埋入地下的水泥攪拌樁中注入水泥，并將水泥作為加固劑使得水泥和土壤更為充分地混合，以此實(shí)現(xiàn)改變土壤結(jié)構(gòu)和對(duì)土質(zhì)進(jìn)行增強(qiáng)的重要作用。經(jīng)過多年的實(shí)踐證明了解到，水泥土攪拌樁作為改變軟土結(jié)構(gòu)的優(yōu)良方法，本身的造價(jià)相對(duì)較高，同時(shí)在進(jìn)行施工之前還具有壓樁測試周期較長的特點(diǎn)，且水泥攪拌樁并不適合在含水量較大的土質(zhì)，例如淤泥質(zhì)土中使用，會(huì)使土壤和水泥難以完全成型[2]。

3.4 軟弱地基換填處理

軟弱地基的換填處理主要是指將軟弱地基中穩(wěn)定性相對(duì)較差且結(jié)構(gòu)較為松散的軟弱土進(jìn)行替換，將其置換為強(qiáng)度相對(duì)較高的物質(zhì)。在軟弱地基的換填處理中，對(duì)換填材料的強(qiáng)度具有較高要求，以此使其在交通運(yùn)行期間不會(huì)因?yàn)槁访鎵毫Φ脑虍a(chǎn)生變形情況，同時(shí)所使用的材料還應(yīng)該具備一定的防侵蝕性，不會(huì)出現(xiàn)吸水等情況，例如所使用的煤渣以及砂石等不會(huì)因?yàn)榈叵滤脑蚴蛊浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，且在施工過程中由于獲取材料較為便捷，因此整體造價(jià)并不高，可以滿足一般的施工需求。

4 工程案例分析

4.1 工程概況

在昆明泛亞金融產(chǎn)業(yè)中心園區(qū)一期路網(wǎng)工程中，7 號(hào)道路的地質(zhì)狀況整體為剝蝕丘陵地貌結(jié)構(gòu)，該道路沿線位置有拆遷后的空地、農(nóng)田、水塘以及多種軟質(zhì)疏松土壤，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研以及地質(zhì)勘察信息，場地中地表自上而下的圖土質(zhì)結(jié)構(gòu)主要包括有：

4.1.1 雜填土和素填土。土質(zhì)主要由生活垃圾以及碎磚石組成，土質(zhì)較為松散，含水量較大，力學(xué)性能具有較大差異，該層土質(zhì)厚度為1.8m。

4.1.2 黏土。局部具有可塑性，土質(zhì)含水率稍高，土質(zhì)不存在搖振反應(yīng)，屬于中等壓縮性土層，土體強(qiáng)度中等，土體厚度為0.5～3m 之間。

4.1.3 第三層為黏土，土體整體為軟塑狀態(tài)，該層為高壓縮性土質(zhì)，整體強(qiáng)度較低，含水率較高。土層厚度為0.8m～6.7m。

表4.1 中心園區(qū)一期路網(wǎng)7 號(hào)路地勘報(bào)告

4.2 軟弱地基處理措施

在中心區(qū)一期路網(wǎng)當(dāng)中由于7 號(hào)道路范圍內(nèi)的表層雜填土和深層的軟弱土層具有較大的范圍和深度，尤其是持力層第三層粘性土的壓縮性和含水率較高，分布以及厚度較大，根據(jù)填土高度對(duì)路基沉降量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合投資、施工難度、相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行現(xiàn)場分析之后決定采用水泥粉煤灰碎石樁進(jìn)行加固處理，這一處理措施有效減輕了路基沉降問題，同時(shí)也符合該道路區(qū)域的建設(shè)特點(diǎn)。

7 號(hào)道路不同路段的地質(zhì)分布情況具有較大差別，通過計(jì)算可以了解到在道路K0+380～K0+996.08路段位置處的路基沉降量較大，其中最大沉降量為41cm。為了減小路基沉降所造成的影響，確保路基變形滿足相關(guān)要求，在本次道路設(shè)計(jì)中選擇采用深層軟土地基的處理方式，即采用CFG 樁進(jìn)行地基加固處理。CFG 樁的布置情況為K0+380～K0+996.08 路段位置處所采用的水泥粉煤灰碎石樁樁徑為0.5m，樁間距為1.8m，并進(jìn)行梅花形布置；K0+380～K0+700 路段設(shè)計(jì)樁長為16m，復(fù)合地基承載力大于120Kpa，通過靜載試驗(yàn)了解到單樁承載力大于280KN。K0+700～K0+996.08 路段位置處采用的設(shè)計(jì)樁長為17m，實(shí)際施工樁長為17.5m，復(fù)合地基承載力大于135Kpa，采用靜載試驗(yàn)了解到其單樁承載力大于350KN。路段整體的水泥粉煤灰碎石樁設(shè)計(jì)滿足相關(guān)的安全性要求。

CFG 樁的施工有振動(dòng)沉管灌注樁和長螺旋兩種工藝。沉管灌注樁投資較小，對(duì)周邊建筑影響較大，由于本項(xiàng)目周邊均為新建民房，為減小施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，所以施工時(shí)采用長螺旋施工工藝。

圖4.1 7 號(hào)路段CFG 樁平面分布圖

圖4.2 7 號(hào)路段CFG 樁橫剖面圖

目前施工道路運(yùn)營情況良好，經(jīng)監(jiān)測工后沉降較小，并未出現(xiàn)路面不均勻沉降以及塌陷等問題。

5 結(jié)語

隨著當(dāng)前我國城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，城市道路的建設(shè)質(zhì)量也不斷提高，因此針對(duì)市政道路中所出現(xiàn)的軟弱地基問題我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段就充分重視，以便減小軟土地基對(duì)城市道路運(yùn)營所帶來的風(fēng)險(xiǎn)問題。在本次研究中對(duì)城市道路軟土地基的主要類型及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)分析了軟土地基的主要病害形式，明確了城市道路軟土地基的加固措施，在對(duì)各種工藝特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際案例，在對(duì)道路沿線地質(zhì)條件及覆土特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上提出了CFG 樁的加固方法，完成了該道路軟弱地基段的處理問題，當(dāng)前該道路運(yùn)營情況良好。