城市道路軟土地基處理方法選擇分析

郭振軒

（東莞市交通投資集團(tuán)有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，城市道路的建設(shè)需求日益增加，其建設(shè)質(zhì)量受到越來越多的關(guān)注。城市道路工程在實(shí)施過程中會遇到復(fù)雜多樣的軟土地基，深度、厚度、狀況等都不盡相同。首先要對擬實(shí)施的工程場地進(jìn)行勘測，摸清地質(zhì)情況。通過對不同的軟土地基處理方法進(jìn)行分析和對比，選擇合適、正確的處理方法。軟土地基經(jīng)處理后不僅能有效地提高地基承載力，并且可以保證道路地基的穩(wěn)定性，延長城市道路的使用年限。目前，CFG 樁（水泥粉煤灰碎石樁）被廣泛應(yīng)用于軟土地基處理中，在改良不良地質(zhì)中取得顯著的成效。

1 項目概況

松山湖科學(xué)城至光明科學(xué)城通道呈南北走向，東莞段北起環(huán)湖路，與環(huán)湖路平交，路線向東南（沿規(guī)劃工業(yè)九路）方向行進(jìn)，與美景路、嘉源路、荔鄉(xiāng)西路平交后折向西南，下穿規(guī)劃環(huán)莞快速三期主路并與環(huán)莞快速三期輔路平交；道路兩幅分別下穿莞佛高速，與規(guī)劃中子源路平交后路線再往西南，貼著羅田水庫，與深圳段線位相接，路線總長4.31km。該首期工程屬于東莞段的一部分，工程采用城市主干路標(biāo)準(zhǔn)，雙向八車道，設(shè)計速度60km/h，路基段紅線寬56m。工程范圍北起現(xiàn)狀環(huán)湖路，南至規(guī)劃中子源路，里程樁號范圍為K0+650—K2+507，路線長度1.857km。項目全線主要為道路工程，主要構(gòu)造物有兩處，分別是K1+475.054 雨水箱涵（2-3.5m×2.35m）和常虎高速K37+608.9 箱涵（1-4.0m×3.5m）。

1.1 地層巖性

1.1.1 第[1]層素填土

第[1]層素填土由黏性土及強(qiáng)風(fēng)化巖組成，局部夾少量碎巖塊或混凝土塊，回填時間超過5 年，未揭示有暗埋的河道、溝浜、墓穴、防空洞等對工程不利的埋藏物。該土層已壓實(shí)或較壓實(shí)，且土質(zhì)不均，工程力學(xué)性質(zhì)較不穩(wěn)定，均勻性較差，容許承載力不大，屬不均勻性土層，不宜直接作路基持力層。

1.1.2 第[2-1]層粉質(zhì)黏土

第[2-1]層粉質(zhì)黏土以可塑狀態(tài)為主，中壓縮性，埋深及分布不均勻，厚度變化較大，工程力學(xué)性質(zhì)稍好。

1.1.3 第[2-2]層淤泥質(zhì)黏土

第[2-2]層淤泥質(zhì)黏土，厚度局部較大，主要分布于場地中段，埋深稍深，呈流塑狀，強(qiáng)度低，工程力學(xué)性質(zhì)差，易發(fā)生剪切變形。在荷載作用下，易產(chǎn)生較大的沉降或不均勻沉降，屬不良地基土。該土層局部分布，屬不均勻性土層。土石開挖等級為Ⅰ級，類別為松土。

1.1.4 第[3-3]層細(xì)砂

第[3-3]層細(xì)砂，飽和，呈稍密—中密狀為主，夾少量淤泥質(zhì)，零星分布于場地。承載力不大，但可作路基之復(fù)合地基持力層。該土層分布不均，屬不均勻性土層。

1.1.5 第[4-1]層全風(fēng)化巖

第[4-1]層全風(fēng)化巖，極軟巖，巖芯呈土柱狀，承載力稍好，厚薄及埋深變化較大，局部缺失，硬夾層分布不均，屬不均勻性巖層。

1.2 特殊性巖土

在鉆探揭露深度范圍內(nèi)，特殊性巖土主要有素填土、軟土及風(fēng)化巖。

1.2.1 素填土

素填土，場地均有分布，主要由黏性土及強(qiáng)風(fēng)化巖組成，局部夾少量中風(fēng)化巖碎塊，呈稍壓實(shí)—已壓實(shí)狀。其中，K1+160—K1+600 素填土厚度較大，厚約5～8m，該土層土質(zhì)不均，均勻性差，易產(chǎn)生不均勻沉降，對場地的穩(wěn)定性有一定的影響。防治措施：可采用工程措施，如換填、碾壓、強(qiáng)夯等。

1.2.2 軟土

第[2-2]層淤泥質(zhì)黏土，厚度局部較大，最大埋深約14m，主要分布于K1+160—K1+600。上述土層均為不良地基土，含水量高，具有壓縮性高、觸變性高、抗剪強(qiáng)度低、承載力極低的特點(diǎn)，含大量有機(jī)質(zhì)和腐木。固結(jié)時間長，加載后變形量大，具高流變性，易產(chǎn)生滑移破壞，不均勻沉降，對場地的穩(wěn)定性有一定的影響。在荷載作用下，易產(chǎn)生較大的沉降或不均勻沉降，應(yīng)對其進(jìn)行加固改良。

1.2.3 風(fēng)化巖

強(qiáng)風(fēng)化巖巖性由全—中風(fēng)化混合花崗巖組成，其中全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化巖泡水后易發(fā)生軟化、崩解，導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，且基巖埋藏深度不一，風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化不均勻，常夾中風(fēng)化巖硬塊或薄層，對地基的均勻性和穩(wěn)定性亦有不利影響，影響樁基持力層的選擇。

2 常見軟土地基處理方法的特點(diǎn)分析

軟土地基處理方法的選擇需綜合考慮場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、工期、施工條件、經(jīng)濟(jì)性、適用性等。對項目地區(qū)應(yīng)用較多的淺層換填（換土墊層法）、塑料排水板及預(yù)壓處理、水泥攪拌樁、CFG 樁、PHC 樁、高壓旋噴樁共6 種軟土地基處理方法的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

2.1 淺層換填（換土墊層法）

換土墊層法屬于淺層處理，在工程領(lǐng)域應(yīng)用較多，其作用主要表現(xiàn)在提高地基承載力、減少地基沉降量、加速軟弱土層排水固結(jié)等方面，是一種快速、經(jīng)濟(jì)的地基處理方案[1]。該方法是指全部或部分挖除地基下一定深度內(nèi)的軟土，回填碎石、砂、礦渣等水穩(wěn)性好、強(qiáng)度高的粒狀材料，或挖砂溝排水。在軟土路段的表層軟土小于2.5m 的時候，適用該方法處理。墊層有減少路基沉降量、提高地基承載力、加速軟弱土層排水固結(jié)、調(diào)整地基剛度等作用。

2.2 塑料排水板及預(yù)壓處理

軟土埋深在2.5～20m 范圍內(nèi)的一般路段適用塑料排水板及預(yù)壓處理。塑料排水板及預(yù)壓處理是指將塑料排水板用插板機(jī)插入軟土地基，在上部預(yù)壓荷載作用下，軟土地基中的空隙水從塑料排水板排到上部鋪墊的水平塑料排水管或砂層中，再從其他地方排出，加速軟土地基固結(jié)。在軟土地基處理技術(shù)中，袋裝砂井與塑料排水板的作用、設(shè)計、施工設(shè)備基本相同。塑料排水板的施工流程為：插板機(jī)定位—安裝管靴—沉設(shè)套管—開機(jī)打設(shè)至設(shè)計標(biāo)高—提升套管—剪斷塑料排水板—檢查并記錄板位等打設(shè)情況—插板機(jī)移動至下一板位。在塑料排水板處理后的地基上預(yù)先施加一定的靜荷載，可提高軟土地基的承載力和牢固度，從而減少構(gòu)筑物建成后的沉降。

該方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析：其一，處理軟土地基的效果明顯；其二，工程造價較低，易大面積施工；其三，預(yù)壓時間較長，施工工期較長；其四，在施工過程中，由于排水固結(jié)會引起原地面沉降量較大，需設(shè)置臨時排水溝；其五，若在施工過程中，控制措施不足，難以保證處理質(zhì)量。

2.3 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁是近年軟土地基技術(shù)中使用較多的加固方法。水泥攪拌樁作為道路軟土地基處理中最為重要的技術(shù)，只有保障施工工藝本身的合理性和有效性，規(guī)范施工操作，才能真正保障市政道路的整體施工質(zhì)量[2]。水泥攪拌樁是一種半剛性樁，強(qiáng)度和剛度介于柔性樁（砂樁、碎石樁等）和剛性樁（混凝土樁、鋼管樁等）之間，與樁周土共同承擔(dān)荷載構(gòu)成復(fù)合地基。在無側(cè)限情況下，形成的樁體可保持直立，在軸向力作用下有一定的壓縮性。水泥攪拌樁復(fù)合地基可以提高路堤的穩(wěn)定性、地基的承載力以及改善地基的變形特性，減少施工后沉降。在高等級道路軟土地基處理中，水泥攪拌樁的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下三方面：其一，解決“橋頭跳車”問題應(yīng)用；其二，高填方路堤的減沉、抗滑應(yīng)用；其三，城市主干道管線地基處理應(yīng)用。目前國內(nèi)的水泥攪拌樁加固深度一般可達(dá)15m，施工設(shè)備的成樁直徑一般為50～70cm。

該方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析：其一，施工較迅速；其二，沉降變形容易控制，承載力較高；其三，具有成熟的施工工藝和施工經(jīng)驗(yàn)；其四，造價較高；其五，地下有塊石時無法施工。

2.4 CFG 樁

CFG 樁是一種由粉煤灰、水泥和碎石或石屑形成的可變強(qiáng)度樁，與樁間土、褥墊層一起共同承擔(dān)荷載，形成復(fù)合地基。CFG 樁處理深度能達(dá)到25m，可明顯提高地基承載能力，降低地基沉降，處理效果良好，但造價相對較高。CFG 樁一般的成樁工藝主要有長螺旋管泵壓和振動沉管。在CFG 樁的施工過程中，除了重視其施工要點(diǎn)外，還應(yīng)嚴(yán)格控制拔管的高度和速度，講究跳躍施工的次序和裂縫的控制，并嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量測試和沉降位移的監(jiān)控，才能確保施工質(zhì)量[3]。

該方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析：其一，具有較高的承載力，沉降變形較小，變形穩(wěn)定快；其二，造價較高。

2.5 PHC 樁

PHC 樁是由專業(yè)工廠采用先張法預(yù)應(yīng)力以及離心成型工藝，通過蒸壓養(yǎng)護(hù)制成的一種空心圓筒體的等截面構(gòu)件，將其運(yùn)往工程現(xiàn)場后，采用靜壓或錘擊的方法沉入地下作為建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)?？紤]樁—承臺—基土—土工織物—路堤協(xié)調(diào)作用，荷載大部分是由樁體承擔(dān)，同時也能較好地發(fā)揮樁間土的承載潛力。采用工廠化生產(chǎn)的PHC 樁，質(zhì)量可靠，處理的深度也大，施工快捷，沉降小，對老路的干擾比較小，缺點(diǎn)是造價較高。為了降低造價，可以采用配置樁帽的方法，疏化樁間距。

該方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析：其一，抗擠土效應(yīng)能力強(qiáng)，地基質(zhì)量容易保證，施工速度快，使用深度大，達(dá)20m。其二，采用靜壓法施工時，對周圍環(huán)境影響最小。其三，工程造價高。

2.6 高壓旋噴樁

高壓旋噴樁是通過高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層，與土體混合形成連續(xù)搭接的水泥加固體，適用于處理淤泥質(zhì)土、淤泥、流塑、可塑黏性土或軟塑、黃土、砂土、粉土、素填土和碎石土等地基。該方法施工占地少、振動小、噪聲較低，但容易污染周邊環(huán)境，施工成本較高。根據(jù)土質(zhì)條件和工程需要，可分別采用單管法、雙管法及三管法。高壓旋噴樁因其施工機(jī)械較小，在施工場地寬度、高度受限（如高壓線、橋梁下場地）的情況下，應(yīng)用較為廣泛。

該方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析：其一，施工靈活，承載力高，沉降變形小，變形穩(wěn)定快；其二，工程造價較高。

3 方法比選

其一，由于淺層換填（換土墊層法）不宜過深，對于素填土厚度不超過3m 的一般路段，宜采用淺層換填（換土墊層法）進(jìn)行處治。

其二，對于K1+160—K1+600 軟土地基路段，由于素填土厚度較大，約5～8m，且淤泥質(zhì)黏土廣泛分布于此路段，最大埋深達(dá)到14m。鑒于淤泥質(zhì)黏土呈流塑狀，強(qiáng)度低，工程性質(zhì)差，需對其進(jìn)行處理后，方可進(jìn)行上層路基施工?，F(xiàn)對塑料排水板（或袋裝砂井）及預(yù)壓處理、水泥攪拌樁、CFG 樁、PHC 樁、高壓旋噴樁等處理方法進(jìn)行科學(xué)的比較和分析（見表1），然后結(jié)合工程實(shí)際，選擇出最合理、最有效、最優(yōu)的軟土地基處理方法。由于在K1+475.054 處設(shè)置2 孔3.5m×2.35m 雨水箱涵，且軟土埋深較深，最大埋深達(dá)到14m。綜合考慮場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、周圍環(huán)境條件和各處理方法的使用要求、施工條件、工期等因素，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析后可知，CFG 樁為K1+160—K1+600 軟土地基可行的、綜合效果最佳的軟土地基處理方法。

表1 K1+160—K1+600 軟土地基處理方法比較表

4 結(jié)語

以松山湖科學(xué)城至光明科學(xué)城通道（東莞段）首期工程為例，闡述各種城市道路軟土地基的處理方法，包括淺層換填（墊層處治）、塑料排水板（或袋裝砂井）及預(yù)壓處理、水泥攪拌樁、CFG 樁、PHC 樁、高壓旋噴樁等，分析介紹了各種處理方法的適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)等，希望對城市道路軟土地基處理方法選擇起到一定的參考和借鑒作用。