某公路工程拓寬項目軟土地基處理方案的比選

茍敏

摘要 為確定科學(xué)合理的軟土地基處治方案，提高軟基加固效果，保證公路使用的安全性、穩(wěn)定性，文章依托某高速公路工程實踐，提出CFG樁、PTC樁、泡沫輕質(zhì)土三種軟土路基處治方案，利用有限元分析模型，對三種軟基處治方案下地基沉降變形實施比較分析。結(jié)果顯示：（1）CFG樁、PTC樁、泡沫輕質(zhì)土三種方案均能在一定程度上控制地基沉降，尤其當(dāng)CFG樁長度為12 m及PTC樁長度為16 m時，軟土地基加固效果最為顯著；（2）針對新建路基段，采用PTC樁與泡沫輕質(zhì)土處治方案加固效果更好，而CFG樁加固效果略差；針對新舊路基結(jié)合部位，泡沫輕質(zhì)土加固效果最好。充分表明該公路拓寬項目軟基處理最優(yōu)方案為泡沫輕質(zhì)土方案。

關(guān)鍵詞 公路項目；軟土地基；處理方案比選

中圖分類號 U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0081-03

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公路交通量、載重量與日俱增，越來越多的現(xiàn)役高速公路難以滿足日益繁重的交通運(yùn)輸需求，積極開展道路改擴(kuò)建十分必要。但高速公路拓寬施工時，通常會遇到軟土路基施工處治不到位，極易造成路基沉降，引發(fā)路面開裂、沉陷等質(zhì)量病害，威脅交通運(yùn)輸安全[1-4]。因此，如何采取科學(xué)合理的軟基加固方案，提高路基整體穩(wěn)定性，減小新老路基之間的不均勻沉降，已成為軟土路基段道路拓寬施工的難點?，F(xiàn)階段，針對軟土路基治理方面研究較多，但大多局限于各種樁基加固方面，而對于泡沫輕質(zhì)土加固軟基方面的研究較為少見。為此，該文依托某高速公路改擴(kuò)建項目案例，對軟土路基處治中CFG樁、PTC管樁與泡沫輕質(zhì)土加固效果實施比較分析，明確了泡沫輕質(zhì)土加固方案的優(yōu)越性，對提高軟基加固效果，保證公路穩(wěn)定運(yùn)營，具有重要意義。

1 工程概況

某高速公路擴(kuò)建工程，施工區(qū)域內(nèi)地形平緩，分布大量軟土地基，承載能力較差，需進(jìn)行加固處理。場區(qū)內(nèi)降雨較多，其中7—10月為雨季，降雨量為420 mm，約為年降雨量60%。原公路采用雙向4車道布置，時速120 km/h，路基寬25 m，高約2.5～6 m，邊坡坡率1∶1.75，道路擴(kuò)建采取兩邊同步加寬方案，每側(cè)加寬4.25 m，加寬后路面為雙向6車道，邊坡坡率1∶1.5。原地勘資料表明，場區(qū)內(nèi)存在較厚軟土層，其厚度介于16～28 m之間，自上而下依次為淤泥層、粉黏土層、黏土層、粉砂層，厚度分別為5.5 m、7.5 m、8 m和9 m，典型斷面見圖1。

2 地基處理方案

依據(jù)該工程場區(qū)內(nèi)軟土分布狀況，并結(jié)合土質(zhì)、填筑高度及施工成本等各方面因素進(jìn)行考量，確定該項目軟土地基采取CFG樁、PTC管樁、泡沫輕質(zhì)土加固方案[5-7]。

3 有限元模型

采用PLAXIS系統(tǒng)構(gòu)建軟土路基有限元模型，模型橫向長度60 m，深度為地表以下30 m，共劃分為427模塊單元、503節(jié)點，軟土路基有限元模型見圖2。

為簡化運(yùn)算，在進(jìn)行模擬分析時，將道路、土體、樁基全部視作各向同性物質(zhì)，其中道路、樁基采用彈性模型進(jìn)行模擬，土體為理想狀態(tài)下的彈塑性介質(zhì)，利用摩爾-庫倫本構(gòu)模型進(jìn)行模擬。軟土路基土體處于非飽和狀態(tài)，模型邊界為固定狀態(tài)，模型底端與右側(cè)進(jìn)行約束，橫、豎向位移保持為0，前、后方約束橫向位移，豎向位移保持自由狀態(tài)，路基與坡面不采取任何約束條件[8]。主要計算指標(biāo)包括新路基、舊路基、粉黏土、淤質(zhì)黏土、黏土及粉砂等，具體見表1。

4 結(jié)果與分析

4.1 CFG樁處理軟土地基沉降分析

借助有限元模型對CFG樁加固效果實施模擬分析，樁體布設(shè)間距取2 m，樁體長度為8 m、10 m、12 m，各種樁長條件下軟土路基沉降變化情況見圖3。

由圖3可知：

（1）相較于未加固路段，采取CFG樁加固的軟土路段新老路基沉降顯著降低，表明采取CFG樁對軟基實施加固處理，能在一定程度上控制加寬段路基沉降。

（2）CFG樁長度越大，加寬路段路基沉降越小，當(dāng)樁長為8 m、10 m、12 m時，加寬路段路基沉降下降幅度依次為24.9%、31.6%和37.3%，因此CFG樁長度越大，加固效果越好，加寬路段路基沉降越小?？傮w而言，當(dāng)CFG樁長度為12 m時加固效果最好，加寬路段路基沉降最小，推薦采用CFG樁對軟土路基加固時，其樁長控制在12 m[9]。

4.2 PTC管樁處理軟土地基沉降分析

借助有限元模型對PTC樁加固效果實施模擬分析，樁體布設(shè)間距取2 m，樁體長度為12 m、14 m、16 m，各種PTC樁長度條件下軟土路基沉降變化情況見圖4。

由圖4可知：

（1）相較于未加固路段，采取PTC樁加固的軟土路段新老路基沉降顯著降低，表明采取PTC樁對軟基實施加固處理，能在一定程度上控制加寬段路基沉降。

（2）PTC樁長度越大，加寬路段路基沉降越小，樁長12 m、14 m、16 m條件下，對應(yīng)的加寬路段路基沉降減小幅度依次為31.7%、37.3%和49.7%，因此PTC樁長度越大，加固效果越好，加寬路段路基沉降越小?？傮w而言，當(dāng)PTC樁長度為16 m時加固效果最好，加寬路段路基沉降最小，推薦采用PTC樁對軟土路基加固時，其樁長控制在16 m。

4.3 泡沫輕質(zhì)土處理軟土地基沉降分析

借助有限元模型對泡沫輕質(zhì)土加固效果實施模擬分析，根據(jù)泡沫輕質(zhì)土加固前后軟土路基段新老路基沉降變化差異，對其加固效果實施評價。泡沫輕質(zhì)土加固路基沉降變化情況見圖5。

由圖5可知：

（1）相較于未加固路段，采取泡沫輕質(zhì)土加固的軟土路段新老路基沉降顯著降低，表明采取泡沫輕質(zhì)土對軟基實施加固處理，能在一定程度上控制加寬段路基沉降。

（2）原始老路基經(jīng)泡沫輕質(zhì)土加固處治后，其沉降變形得到有效控制，沉降量下降幅度為46.7%；新老路基交界部位，經(jīng)泡沫輕質(zhì)土加固處治后，其沉降量下降幅度達(dá)54.6%；而加寬段新建路基，經(jīng)泡沫輕質(zhì)土加固處治后，其沉降量下降幅度59.2%，充分表明采用泡沫輕質(zhì)土對軟基實施加固處理，能有效控制新老路基沉降，具有十分突出的加固效果。

4.4 不同地基處理方案效果分析

為確定軟土路基最佳處治方案，最大限度保證地基加固質(zhì)量，依次選用樁長為12 mCFG樁、樁長16 mPTC管樁和泡沫輕質(zhì)土軟基實施加固，并對三種方案下路基沉降量實施比較分析，具體結(jié)果見圖6。

由圖6可知：

（1）相較于未加固路段，三種方案加固的軟土路段新老路基沉降量及沉降差值顯著降低，表明三種加固方案均能在一定程度上控制加寬段路基沉降。

（2）就新路基沉降量來看，未采取加固措施路段新建路基沉降量為14.23 mm，采取CFG樁、PTC管樁、泡沫輕質(zhì)土加固后，其沉降量依次減小5.27 mm、7.29 mm和8.43 mm，由此可見，泡沫輕質(zhì)土加固后新路基沉降量減小幅度最大，表明其加固效果最好。

（3）就新路基沉降差來看，未采取加固措施路段沉降差為8.48 mm，采取CFG樁、PTC管樁、泡沫輕質(zhì)土加固后，其沉降差依次減小4.72 mm、5.70 mm和5.86 mm，由此可見，泡沫輕質(zhì)土加固后新路基沉降差減小幅度最大，表明其加固效果較好。

總體看來，針對軟土地基加固處治，采用泡沫輕質(zhì)土方案效果最佳。同時，對于一些地下水豐富的地區(qū)，在進(jìn)行路基加固時可采取“樁基+輕質(zhì)土”雙重處治措施，以有效提升地基加固效果[10]。

5 結(jié)語

綜上所述，該文依托某高速公路工程實踐，借助有限元模型，對CFG樁、PTC樁、泡沫輕質(zhì)土三種軟基處治方案下地基沉降變形實施比較分析，得出如下結(jié)論：

（1）利用CFG樁對軟基實施加固處理，能在一定程度上控制加寬段路基沉降，且CFG樁長度越大，加寬路段路基沉降越小，當(dāng)CFG樁長度為12 m時加固效果最好，因此推薦采用12 m長CFG樁對軟土路基實施加固。

（2）采取PTC樁對軟基實施加固處理，能在一定程度上控制加寬段路基沉降；并且PTC樁長度越大，加寬路段路基沉降越小，當(dāng)PTC樁長度為16 m時加固效果最好，因此推薦采用16 m長PTC樁對軟基實施加固處理。

（3）采用泡沫輕質(zhì)土對軟基實施加固處理，能有效控制新老路基沉降，具有十分突出的加固效果。

（4）總體看來，針對軟土地基加固處治，采用泡沫輕質(zhì)土方案效果最佳，實際施工時應(yīng)根據(jù)具體情況，科學(xué)進(jìn)行加固處理，以有效提高路基整體穩(wěn)定性，并合理優(yōu)化排水系統(tǒng)，全面提升地基加固效果，保證公路安全穩(wěn)定運(yùn)營。

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