貴惠高速公路軟土地基處治方案評價與優選

張 青

(貴州省交通監理咨詢有限公司)

1 工程概況

貴陽至惠水高速公路位于貴州省貴陽市花溪區、黔南州惠水縣境內，由貴惠高速公路、惠興連接線組成。路線全長40.31 km，項目區域處于川黔經向構造帶體系南部西緣，構造形跡主要為南北向。沿線主要地質構造形跡是褶皺和斷裂。受地層巖性、構造、地形、氣象水文的綜合影響和控制，區內不良地質類型有:表層滑坡、巖質順層、巖溶、軟土等，其中沿線典型軟基路堤段共17 段，分布面積較大，厚度2 ～6.5 m。因此軟基處理是工程中需要解決的一道難題，也是制約本項目進度的一項控制性工程。

2 軟土路段設計方案及基本評價

十七段軟土路基中，有四段采用CFG 樁進行處治，其余十三段全部采用換填處治方法。由于篇幅有限，本論文選擇K1 +432 ～K1 +569 段作為設計方案評價對象。K1 +432 ～K1 +569 段路線跨越山間U 型槽谷，填方最高為25.45 m。地基上覆黑褐色淤泥質粘土、粘土夾碎石，厚4 ～6.5 m。下伏基巖為三疊系中統青巖組漁慶亞組雷打坡頁巖組褐黃色、灰綠色、灰色薄層狀頁巖。

路基設計對其下覆軟土，采用CFG 樁及土工格柵加筋聯合處治方式進行處理，填方邊坡坡比采用1∶1.5 ～1∶1.75，邊坡坡面采用襯砌拱防護。CFG 樁長5 ～8.5 m 不等，采用梅花形布置，樁徑0.5 m，樁距1.2 m。土工格柵布置10 層，每層間距1.0 m，要求格柵的強度不小于45 kN/m。經計算，未處理地基計算沉降量141 cm，安全系數為0.78;處治后計算工后沉降量11 cm，安全系數為1.39。其地基處治主要工程數量為:CFG 樁10554 根，合計70 254 m，土工格柵94 427 m2，砂墊層5 555 m3。

本段軟土層較厚，其上路堤較高，為軟土地基上的高填方路堤。路基存在的主要問題是路堤穩定與路基沉降問題。為解決這些問題設計采用CFG 樁，從理論上講是合理的。但就實際情況和設計計算存在如下問題:

(1)設計提出地基未處理的情況下，安全系數為0.78，明顯是采用的快剪強度參數，且沒有考慮固結的情況下得到，此種條件對應的是快速填筑方式，顯然與實際施工過程不相符合。其原因在于，路堤填筑總是分層填筑，根據本段情況，路基填筑完成至少需要100 d 左右。而隨著路堤的填筑，地基土固結，其強度逐漸提高，其安全系數也相應提高。因此，在施工過程中，路堤的穩定安全系數遠高于設計計算值。從這一方面而言，設計偏于保守，從而產生投資浪費。

(2)設計提出未處理地基沉降為141 cm，姑且認為這一沉降數據正確。眾所周知，對于公路路基，我們最關心的是工后沉降，按規范對于一般路段其工后沉降允許值為30 cm，采用CFG 樁處治后，其工后沉降為11 cm，遠遠高于規范沉降標準。從這方面說，設計偏于保守。

(3)本段共采用CFG 樁10 554 根，合計70 254 m，施工難度大，施工進度難以滿足要求。由于貴州地區很少采用CFG 樁，故一方面缺乏施工經驗，另一方面缺乏合適的施工機具。這必然造成施工工期不能滿足要求。根據調查和功效計算，實施完成CFG 樁，至少3 個月，再加上CFG 樁達到齡期和強度要求，至少1 個月，也就是說CFG 樁實施完成開始填土需要4 個月時間。對于近26 m 的填方，施工期至少3個月，這樣路基施工完成需要8 個月時間。而本項目2012年6月份正式開工，2013年6月就要通車，總施工時間為12個月，根據要求路基必須在2012年12月前完成，顯然，這個方案不能滿足施工要求。

(4)工程投資高

首先CFG 樁需要樁體材料173 091 m3，按C15混凝土計算接近5 000 萬元，鉆孔及施作需要近40 000 萬，而換填需要2 000 萬，征地需要600 萬，總共費用需要1.2 億左右，對于本項目而言投資較高。

有鑒于此，就有必要結合具體的場地條件、施工條件和工期要求，在充分調查、試驗和分析的基礎上，提出更經濟合理，且滿足工程需要的處治方案。

3 優選處治方案及其分析

3.1 設計參數

軟土地基處治方案的關鍵在于搞清軟土的性狀。為此，在通過充分的現場調查的基礎上，對K1 +432 ～K1 +569 段進行取樣試驗。其具體參數見表1

表1 分析計算參數

3.2 設計標準

軟土地基路堤設計其設計標準主要為穩定和沉降標準。根據公路路基設計規范，參照有關經驗，其設計標準為:

路堤穩定安全系數:施工期FS≥1.2，運營期FS≥1.4;路堤沉降標準:工后沉降:S≤0.2 m。

3.3 設計方案及其分析

3.3.1 分析模型

K1 +432 ～K1 +569 段是一段比較典型的軟基路堤段，取該段K1 +500 進行計算。

考慮到施工工期及現實條件，綜合考慮穩定與沉降問題，本段填方施工135 d。其規劃的填土加載曲線如圖1。

圖1 K1 +500 斷面加載圖(時間－填土高度圖)

3.3.2 優選方案分析

該段路基原設計采用CFG 樁+ 土工格柵聯合處治方案，由前述可知該方案第一投資大，第二工期不能滿足需要。因此，我們采取強夯置換+土工格柵方案，為此，我們采用有限元對其進行設計計算。

強夯置換是采用強夯將碎石打入軟土中，根據試驗，對于本段，其置換深度可達3.0 m。根據碎石的有關參數為:

內聚力CG=10 kPa，內摩擦角φG=35，彈性模量EG=15 MPa 則復合地基層的有關參數為:

強夯設計采用直徑為2 m 的錘，間距4.5 m，梅花形布置，則m=0.179 1。則強夯置換層參數為:

內聚力C=19.6 kPa，內摩擦角φ=23.6，彈性模量E 如下表2。

表2 碎石樁復合地基土彈性模量 kPa

(1)變形分析

圖2 為路基中心點、1/4 路基點、路肩點對應的各時期沉降曲線。表3 為特征點不同時間沉降及剩余沉降。

圖2 地基表面點沉降曲線(時間－沉降曲線)

表3 特征點不同時間沉降及剩余沉降

由圖及表可知，路基填筑施工期結束時，地基完成沉降95%以上，剩余沉降在5 cm 左右，工后90 d 沉降基本結束，滿足規范對沉降的要求。這說明強夯置換碎石其處治效果明顯。因此，從沉降的角度看，如2012年5月開始施工，2012年完成路基填筑，則采用強夯置換碎石進行處治可以滿足要求。

(2)穩定分析

圖3 －圖5 分別為第2、4、6 步加載(對應的填土高度為10 m、18 m、25.45 m)時路堤的穩定分析成果圖。表4 為各時間點安全系數。

圖3 填土高度為10 m 時路堤穩定分析成果圖

圖4 填土高度為18 m 時路堤穩定分析成果圖

圖5 填土高度為25.45 m 時路堤穩定分析成果圖

表4 不同填土高度路堤穩定性計算成果

由圖及表可知，路基填筑施工期及運營期其安全系數均大于1.4，說明工程是安全的，采用強夯置換法進行處治是合適的。

4 結 論

貴惠高速公路軟土地基是典型的山區局部軟基，本論文根據軟土取樣試驗成果結合現場調查，在仔細研究設計方案的基礎上，提出了軟基處治優化方案。提出的方案不僅充分利用填土時間、土體填土預壓固結原理，解決了施工操作中存在的主要問題，而且施工操作簡單，大大加快了施工進度，滿足工程建設工期的需要。同時，可以節約大量的投資，對工程建設起到了實質性的作用。

［1］張里中，張媛媛. 土工格柵在軟土地基處理中的應用［J］. 公路，2009，(8).