舊路改造軟基處理方法研究

關穎雯

(西南交大土木工程設計有限公司廣州分公司，廣東廣州 510095)

1 工程概況

北外環路系中山環城快速路中的北環，設計速度60 km/h，道路寬度50 m。設置3座互通立交、3座分離立交，并設有2座大橋，3座中橋。自2003年開始啟動，2009年建成通車后，路基一直在下沉，部分開工晚，工期短的路段，下沉尤其嚴重，最多的地方下沉超過70 cm，已影響行車安全。

路基是在農田、魚塘等低洼的場地上填筑起來的，填筑高度一般在2 m～5 m。沿線軟土發育嚴重，含水量在45% ～88%，空隙比1.45 ～2.32，壓縮系數1.08 ～2.63，厚度多在15 m 以上。原設計軟土處理方式為橋頭路段采用水泥攪拌樁處理，但攪拌樁長多為懸浮樁，沒有穿透軟土層。一般路段因為節省造價，僅采用表層換填2 m石渣墊層，下臥軟土沒有處理。

2 工程地質

場地巖土層的成因、巖性和狀態自上而下劃分為:

①1素填土:褐黃色，結構疏松。主要由亞粘土組成，平均層厚1.70 m。

①2耕土:褐黃色，結構疏松。主要由亞粘土組成，含少量植物根系，平均層厚1.04 m。

②淤泥:深灰色、灰黑色，飽和，流塑。含有機質，具臭味。常見少量貝殼碎塊，局部貝殼富集，相變成淤泥質貝殼。層厚變化較大，為7.00 m ～19.70 m。

③1細砂、中砂:灰色、褐黃色，飽和，中密，平均層厚3.00 m。

③2軟塑亞粘土:褐黃色、灰黃色，軟塑，平均層厚3.13 m。

④1可塑亞粘土:褐黃色、灰黃色為主，為泥質粉砂巖風化殘積土，平均厚度2.79 m。

④2硬塑亞粘土:褐黃色、暗紫紅色，硬塑為主，局部為堅硬。為泥質粉砂巖風化殘積土，平均厚度2.41 m。

3 沉降觀測

沉降觀測點約100 m設置1個。橋梁兩端頭、橋面均需設置觀測點，橋臺后60 m，40 m，20 m，10 m各布設1個觀測點。

經過10個月的觀測，對觀測結果進行處理后得出如表1所示的沉降分析與軟基處理措施表。

表1 沉降分析與軟基處理措施表

從觀測的結果上來看，北外環路的沉降不僅十分嚴重，而且沉降仍然在發展中，嚴重的路段一年會沉降8 cm～15 cm，這是不能容許的。

結合地質勘測以及沉降觀測資料，按照以下原則來確定軟基的處理范圍:

1)沉降速率快(＞0.5 cm/月)，剩余沉降較大，采用復合地基對路下軟土進行處理;

2)沉降速率慢(＜0.5 cm/月)，剩余沉降較小，路下軟土不作處理，僅加鋪路面調整縱坡。

4 方案設計

設計時列出了高壓旋噴樁、預應力管樁、CFG樁3個方案進行比較。水泥攪拌樁因處理深度不超過15 m，施工控制比較困難，沒有列入比較。

1)旋噴樁。

旋噴樁在現有路面結構上鉆孔施工，無需拆除原有結構重建。采用二重管法，首先用專用鉆機鉆孔，然后移走鉆機、置入注漿管，鉆機和置入注漿管兩道工序截然分開。通過鉆機抽出巖芯進行比對，以確定終孔位置以及控制施工。

旋噴樁樁徑80 cm，水泥用量參考值為250 kg/m，旋噴樁均按矩形布置，一般路段橫向間距2.2 m，縱向間距2.6 m，橋頭路段橫向間距2.2 m，縱向間距2.4 m ～2.6 m。

為確保擋土墻下的軟土得到加固，沿擋土墻布置的旋噴樁應設法讓噴管靠近擋土墻基礎。

旋噴樁應打穿軟土層至持力層，并在原換填層下停止噴漿。

2)預應力管樁。

預應力管樁，樁徑40 cm，按正方形布置，間距2.5 m。

施工前，先挖棄既有路面結構，整平地面，之后打入管樁，管樁應打穿軟土層至持力層。管樁上做樁帽，上鋪50 cm碎石墊層。

考慮到預應力管樁施工時的擠土效應會使水壓力增加，從而影響到周邊橋臺、橋墩、擋墻及先前打入的管樁等結構物的穩定，在管樁之間增加袋裝砂井作為疏水通道。袋裝砂井必須在管樁施工前完成，以滿足管樁施工時的排水要求。

3)CFG樁。

CFG樁，樁徑40 cm，按正方形布置，間距2.0 m。

施工前，先挖棄既有路面結構，整平地面，之后打入CFG樁，管樁應打穿軟土層至持力層。采用C15素混凝土，樁頂上鋪50 cm碎石墊層。CFG樁之間需增加袋裝砂井作為疏水通道。

4)方案比較見表2。

表2 各方案優缺點匯總表

經比較，為保留原有路面結構，初步確定采用旋噴樁方案，并選取試驗段檢驗處理效果。

5 方案調整

1)試驗段效果。

試驗段進行了2次試樁，檢測結果并不理想。靠近路基頂部(原換填的石渣墊層)的旋噴樁強度達5 MPa～12 MPa，而淤泥段部分芯樣無膠結，縱然做成試樣，強度也在0.6 MPa，達不到設計要求。

為了找到不成樁的原因，沿線補勘了6個地質鉆探，主要想查明淤泥的有機質含量。發現軟土有機質含量達4.6%～8.9%。有機質的存在使土具有較大的含水量和較多的孔隙，因此阻礙了水泥水化反應的進行，故影響水泥土強度的增長。有研究證明，有機質含量達到5%及以上時，水泥土的效果急劇變差。正是由于本項目的淤泥中有機質含量高，淤泥中粘粒、膠粒成分大，導致淤泥內成樁較差。

因無法采用旋噴樁處理方式，對預應力管樁和CFG樁方案進行重新比較。需要復合地基處理的路段，處理深度在20 m～30 m間，若采用CFG樁處理，容易出現縮頸、斷樁等情況，施工質量不易控制。為保證效果，確定采用預應力管樁，并對該方案深化修改設計。

2)預應力管樁修改設計。

預應力管樁(PC管樁)，樁徑40 cm，壁厚9.5 mm，A型，樁身混凝土強度為C60。按矩形布置，一般路段橫向間距2.2 m，縱向間距2.6 m，橋頭路段橫向間距 2.2 m，縱向間距 2.4 m ～2.6 m。樁底進入持力層，單樁承載力400 kN。

原路面結構下有2 m石渣換填層，難以開挖施工樁帽，故管樁打至原換填層底部留取空樁段，采用高壓旋噴樁。旋噴樁在該層強度達5 MPa～12 MPa，通過旋噴樁外緣粗糙不平，與路基路床一起樁土咬合密實，形成整體，取代樁帽克服樁頭上刺。

施工工序如下:

a.首先挖棄舊有路面，平整場地至路面墊層底面。

b.為了消散打樁造成的孔隙水壓力，在每個樁位處先打入直徑7 cm的袋裝砂井，袋裝砂井長度=管樁長度+3 m。

c.打入預應力管樁至持力層設計深度。為了確保最后3 m為空樁，最后3 m采用送樁器送樁。

d.空樁段，灌入約2.5 m深的中砂，之后進行旋噴樁施工。旋噴樁采用雙管法進行施工，樁徑80 cm，樁長2.5 m。采用雙管法施工，要求28 d樁身抗壓強度不少于6 MPa。

施工后檢測結果證明，所有指標均能滿足設計要求。

6 經驗總結

1)對舊路進行沉降處治，首先應對全線進行沉降觀測。沉降速率的大小，是否穩定，都是很重要的因素。根據觀測結果并結合道路現狀對沉降原因進行分析，這是確定處治范圍的關鍵。

2)地質勘察應細致全面，除了地層分布和深度外，一些容易疏忽的參數也會影響方案的選擇。例如本工程設計中的淤泥有機質含量，含量過大時無法采用旋噴樁處理。

3)舊路沉降處理與新建道路的軟基處理相比，需要考慮更多方面。除了軟土性質、深度等常規因素外，原有道路的路基處理方式、現狀道路下沉的狀況、原有路面保留與否等等，都需要綜合考慮方能得出最適合的處理方式。

［1］陳冠雄，黃國宣，洪寶寧，等.廣東省高速公路軟基處理實用技術［M］.北京:人民交通出版社，2005.

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