濱海地區(qū)市政道路橋路過渡段軟土路基加固方案比選

■呂宇航

（晉江市路橋建設(shè)開發(fā)有限公司，晉江 362200）

我國東南沿海地區(qū)地區(qū)軟土分布廣泛，晉江市位于泉州灣南部沿海地區(qū)，域內(nèi)軟土成因主要為濱海相、沖積相，巖性以淤泥、淤泥質(zhì)土為主，屬泉州灣海灣與河口相軟土，工程性能差。 從晉新路提升改造市政工程的特點看， 路基填土高度普遍較小，僅橋梁和路基過渡段填高3.5～4.9 m，一般地段填高1～3 m，經(jīng)計算，采用常規(guī)軟基處理方法即可滿足路基穩(wěn)定設(shè)計要求，路基工后沉降是本工程設(shè)計要解決的主要技術(shù)問題。 本文以晉新路市政工程提升改造為研究對象，通過分析既有路基病害調(diào)查和原因，比較不同軟基加固方案的處理效果和工程費用，遵循安全可靠、經(jīng)濟合理的原則確定橋路過渡段軟土路基加固方案。 根據(jù)地層和路基填高情況，采用高壓旋噴樁聯(lián)合輕質(zhì)混凝土法和鉆孔樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)法進行橋路過渡段地基加固。

1 工程概況

1.1 道路主要技術(shù)標準

晉新路快捷化改造工程項目起于六源路（北接晉江大橋），終于西濱鎮(zhèn)軍墾農(nóng)場，路線全長約為8.7 km；主線為一級公路兼城市快速路，設(shè)計速度80 km/h，輔道為三級公路兼次干路，設(shè)計速度40 km/h。 改造前路標準橫斷面為50 m=3.5 m（人行道）+2.5 m（非機動車道）+2 m（側(cè)分帶）+34 m（機動車道，中分帶）+2 m（側(cè)分帶）+2.5 m（非機動車道）+3.5 m（人行道），改造后河濱北路以北道路標準橫斷面為60 m（圖1），橫斷面布置為60 m=3.0 m（人行道）+8.0 m（輔道、非機動車道）+2 m （綠化帶）+11.5 m （地面輔路）+11 m（主線高架）+11.5 m（地面輔路）+2 m（綠化帶）+8.0 m（輔道、非機動車道）+3.0 m（人行道）。 全線設(shè)置4 座高架橋，新建路基主要為主線高架橋間主線路基和外側(cè)拓寬輔道及人非車道路基。

圖1 改造后橋路過渡段道路標準橫斷面（單位：m）

1.2 地質(zhì)概況

晉江市位于泉州灣南部，晉新路位于東部晉東平原，沿線地形平坦河網(wǎng)密集，交通便利。 根據(jù)本項目勘察深度（65 m）范圍內(nèi)揭示的巖土層情況，沿線主要巖土層分布情況如下：地表硬殼層：人工填土、既有道路范圍為夯填土；粉質(zhì)黏土，軟塑～可塑，局部沉積，厚度1.8～3.8 m；中部軟土層：淤泥、淤泥質(zhì)土，厚度＜25 m；下部持力層：粉質(zhì)黏土，局部分布，厚度＜5 m，或為中砂層、卵石層，中密狀；底部為燕山期花崗巖風(fēng)化層。 沿線主要巖土層參數(shù)如表1所示。

表1 沿線主要巖土層參數(shù)

沿線橋路過渡段代表性地質(zhì)斷面主要有以下2 種形式，（1）代表性地質(zhì)橫斷面一，自上而下為人工填土層、淤泥層，厚度19～23 m，持力層良好，為中砂層、卵石層，如圖2 所示；（2）代表性地質(zhì)橫斷面二，自上而下為人工填土層、淤泥層夾細砂或中砂透鏡體，厚度15～20 m，持力層為可塑粉質(zhì)黏土，如圖3 所示。

圖2 代表性地質(zhì)橫斷面一

圖3 代表性地質(zhì)橫斷面二

2 既有路基病害

2.1 既有路基病害特征

路基病害較嚴重地段集中在橋路過渡段機動車道范圍（圖4～5），橋梁和軟土路基差異沉降最大超過0.5 m，道路縱坡不平順，主要集中在橋路過渡段約20～30 m 范圍，跳車現(xiàn)象較嚴重，影響行車安全；路基不同加固措施間因差異沉降形成的橫向裂縫寬度約1～4 cm，減速坎沉陷，局部小坑槽，顯現(xiàn)分布較普遍。

圖4 鵬青路中橋橋頭路基

圖5 南崗中橋橋頭路基沉降導(dǎo)致積水

2.2 路基病害原因分析

既有晉新路建設(shè)時間較為久遠，受當(dāng)時設(shè)計和施工理念限制，未充分認識橋路間地基差異沉降對道路工程的不利影響，對橋路過渡段軟土路基設(shè)計未給予足夠重視，原設(shè)計一般路基和橋頭路基軟土均采用攪拌樁加固，樁徑0.5 m，樁尖進入持力層0.5～1.0 m。 通過收集鄰近地區(qū)類似工程設(shè)計和施工資料，經(jīng)分析和計算認為主要有以下幾個方面原因：（1）經(jīng)驗算采用攪拌樁復(fù)合地基進行橋路過渡段地基加固，可滿足路基穩(wěn)定和沉降要求，但忽視了地質(zhì)條件和施工因素的影響。 通過收集和研究鄰近地區(qū)4 個項目攪拌樁質(zhì)量驗收資料，樁長12 m 以內(nèi)的攪拌樁，28 d 齡期無側(cè)限抗壓強度一般超過1.2 MPa，滿足設(shè)計要求，樁長12～15 m 樁體無側(cè)限抗壓強度1.0～1.2 MPa，平均1.13 MPa，低于設(shè)計值1.2 MPa。沿線軟土含水量超過50%，孔隙比超過1.2，靈敏度3.17，工程性質(zhì)差，在攪拌過程中，土體結(jié)構(gòu)破壞后呈流動狀態(tài)，攪拌、噴漿不均造成局部疏松或夾泥層，對15 m 以下樁身質(zhì)量影響明顯，樁體強度不足，不滿足設(shè)計要求[1]。 （2）沿線軟土平均有機質(zhì)含量5.8%，局部富集帶偏高，軟土有機質(zhì)含量對攪拌樁樁身質(zhì)量影響較大[2]。 （3）施工因素：主要有設(shè)備選型、施工工藝、質(zhì)量管理及水泥土配比等，對攪拌樁的質(zhì)量造成影響。 上述原因?qū)е聰嚢铇稑扼w強度和復(fù)合地基壓縮模量偏低，造成橋路過渡段路基工后沉降偏大[3]。

3 橋路過渡段地基處理方案比選

3.1 軟基加固方案

軟土地基加固處理常用方法主要有排水固結(jié)法、復(fù)合地基法剛性樁法，其優(yōu)缺點和綜合評價見表2。

表2 地基加固方案對比

受施工期所限（工期30 個月），軟土固結(jié)期不足，排水固結(jié)法不適用。 設(shè)計方案應(yīng)從加固效果、施工便捷和投資控制方面進行比選，主要從復(fù)合地基法和剛性樁法兩大類中選擇。

（1）方案一高壓旋噴樁聯(lián)合輕質(zhì)混凝土法（圖6）：旋噴樁樁徑0.6 m、樁間距1.8 m，樁頂褥墊層0.5 m內(nèi)鋪1 層土工格室。 根據(jù)福建沿海地區(qū)工程經(jīng)驗，旋噴樁在福建海相軟土的總體成樁質(zhì)量較好，樁長15 m 以內(nèi)成樁質(zhì)量好，樁長超過15 m 樁體強度衰減較快，對于含水量超過50%、有機質(zhì)含量較高的地層對旋噴樁質(zhì)量影響較嚴重，故最大樁長按照18 m 控制。 為減少路基填土荷載，在旋噴樁褥墊層以上路基現(xiàn)澆輕質(zhì)混凝土，輕質(zhì)混凝土上部填筑路面結(jié)構(gòu)層，路基兩側(cè)設(shè)置直立式C30 鋼筋混凝土面板和橋臺銜接。 （2）方案二高壓旋噴樁法：高架橋橋頭路基設(shè)置C35 懸臂式路肩擋墻和橋臺銜接，地基加固方式同方案一，最大樁長按照18 m 控制。（3）方案三高壓旋噴樁法：樁徑0.5 m、樁間距2.4 m，樁長計算確定， 樁頂設(shè)置厚0.35 m 的C35 鋼筋混凝土樁帽（1.4 m×1.4 m×0.35 m），上設(shè)0.5 m 碎石墊層內(nèi)鋪1 層土工格室。 （4）方案四鉆孔樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)法（圖7）：樁徑0.5 m、樁間距2.4 m、2.5 m，樁長計算確定，樁頂設(shè)置厚0.35 m 的C35 鋼筋混凝土樁帽（1.4 m×1.4 m×0.35 m），上設(shè)0.5 m 碎石墊層內(nèi)鋪1 層土工格室， 地基加固橫斷面圖和平面圖如圖7所示；（5）方案五樁板結(jié)構(gòu)法：鉆孔樁樁徑0.8 m、樁間距4.5 m，樁長計算確定，樁頂設(shè)置厚0.5 m 的C35鋼筋混凝土承載板。

圖6 旋噴樁聯(lián)合輕質(zhì)混凝土法加固路基橫斷面圖

圖7 鉆孔樁加固路基橫斷面圖、平面圖

3.2 軟基沉降和穩(wěn)定計算

選擇地質(zhì)條件具有代表性的2 個過渡段路基進行方案比選和驗算，其中K0+217～K0+247 段持力層為粉質(zhì)黏土，地基加固深度較?。ㄐ∮?0 m）；K5+965～K5+995 段持力層為中砂、卵石層，地基加固深度較大（大于20 m）。 針對兩代表段的地質(zhì)情況，擬定5 種常見的橋路過渡段地基處理方案進行比選，為便于對比分析，路基填土高度均按4.9 m 計算，比選結(jié)果如表3 所示。

表3 軟基加固方案比選情況

路基設(shè)計控制參數(shù)如下：沉降容許值≤10 cm，最小穩(wěn)定系數(shù)1.1，路基填高4.9 m；2 個代表段工后沉降計算結(jié)果對比見圖8，最小穩(wěn)定系數(shù)對比見圖9，費用估算對比見圖10。

圖8 工后沉降計算結(jié)果對比圖

圖10 費用估算對比圖

3.3 軟基加固方案比選結(jié)果

根據(jù)地質(zhì)特點，從軟基加固方案適應(yīng)性、施工安全和便捷性及經(jīng)濟合理性等方面對橋路過渡段軟基加固方案進行綜合比選分析。 （1）從適用性方面看，上述5 個方案均可滿足公路和市政工程設(shè)計規(guī)范要求，其中方案五樁板結(jié)構(gòu)法工后沉降控制效果最好。 （2）從確保運營期道路質(zhì)量和行車安全方面考慮，方案二旋噴樁法工后沉降值7.80 cm，較接近規(guī)范允許值10 cm， 因沿線軟土為第四系沉積欠固結(jié)土，存在次固結(jié)沉降[4]，受軟土地基復(fù)雜性和沉降計算理論局限性以及施工過程等因素影響， 計算（估算）沉降值與實際沉降往往存在一定誤差，從適當(dāng)留有安全度考慮，不推薦方案二旋噴樁法。 （3）從施工便捷性和安全性方面考慮，沿線道路兩側(cè)地塊地表和既有路基填料多為開山取土進行地表填筑，塊石含量高，管樁沉樁需大直徑鉆機引孔，施工難度大；同時，管樁沉樁引起的擠土效應(yīng)對既有橋梁和道路附近建筑物影響大，不推薦方案三管樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)法。 （4）從單位面積地基加固費用方面看，方案二、一、三、四、五加固費用依次遞增，其中方案五樁板結(jié)構(gòu)法雖然沉降控制效果最好但費用也最高，不推薦。 綜上，方案一旋噴樁聯(lián)合輕質(zhì)混凝土法和方案四鉆孔樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)法地基加固效果好， 施工便捷，工藝成熟，施工安全性高，工程費用適中，用于加固深度小于20 m 的橋路過渡段路基優(yōu)勢較為明顯， 方案四鉆孔樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)法用于加固深度超過20 m 的橋路過渡段路基技術(shù)合理、經(jīng)濟可行。

4 結(jié)語

通過綜合分析晉新路提升改造工程橋路過渡段軟土路基地基加固方案， 提出了旋噴樁聯(lián)合輕質(zhì)混凝土法、高壓旋噴樁法、管樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)法、鉆孔樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)法和樁板結(jié)構(gòu)法5 種方案， 對比分析了路基沉降和穩(wěn)定效果、施工便捷性和安全以及工程投資，得到如下結(jié)論：（1）濱海地區(qū)市政道路橋路過渡段軟土路基處理不好，將導(dǎo)致橋路間差異沉降，影響道路質(zhì)量和行車安全，因此，需要合理選擇橋路過渡段軟土路基加固方案；（2）濱海地區(qū)市政道路橋路過渡段軟土路基加固方案應(yīng)根據(jù)施工工期、地質(zhì)條件、路基填高和現(xiàn)場工況綜合確定；（3）通過對比分析，旋噴樁聯(lián)合輕質(zhì)混凝土法和鉆孔樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)法適合濱海地區(qū)市政道路橋路過渡段軟土路基加固， 可達到技術(shù)合理性、施工安全性和投資控制的良好統(tǒng)一。