市政道路下穿高速公路軟基處理方案比選

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0 前言

隨著高速公路的發展和城市化進程的加快，市政道路與高速公路的交叉情況越來越多。

其中軟基處理方案是市政道路穿越高速公路的關建技術問題之一。在保證地基承載力、沉降滿足設計要求的前提下，還要確保軟基處理方案不會影響高速公路的正常運營。

1 項目概況

某市政道路采用城市次干路的標準，設計速度為40km/h，雙向四車道，路基寬度30m。市政道路在樁號K1+408.53處經過現狀高速公路（橋梁段）。經項目前期研究及溝通，確定市政道路以路基形式下穿高速公路。

2 建設條件

2.1 地形地貌

項目區屬沖積平原區，地勢平坦，地面高程約1.0～3.6m，路線所經過地區為居民區、魚塘、農田、城市道路、河涌等。

2.2 地質概況

根據勘探成果，場區主要揭露地層為第四系海陸交互相沖洪積、淤積，從上往下依次為：①雜填土（Qmc）：灰黃、灰褐色，稍濕～濕，稍壓實，主要由粉質粘土、碎石、砂礫組成，厚度1.00～2.50m。

②淤泥質細沙（Q4mc）：淺灰～深灰色，飽和，松散，級配差，含少量淤泥質，厚度3.80～4.10m。

③淤泥（Q4mc）：灰黑色，飽和，流塑，含少量粉、細砂及腐殖質，味臭，厚度1.90～17.30m。

④粉質粘土（Q4al）：灰黃、灰紅色，濕，可塑，以粉、粘粒為主，局部含少量中砂，粘性較好，厚度1.00～13.20m。

2.3 高速公路現狀

高速公路雙向四車道，設計速度100km/h。在市政道路下穿段，高速公路為3孔17m空心板梁橋，橋梁法線與道路交角4.724度，新建道路與橋墩軸線平行，下穿長度為24.3m；上部結構為75cm預應力砼空心板梁；橋墩下部結構采用樁柱+蓋梁結構，蓋梁高130cm，寬140cm，橋墩直徑D120cm。樁基礎均為摩擦樁。

圖1 現狀高速公路橋

3 主要設計原則

①軟基處理的施工機械要求能在高度限制條件下進行施工；

②施工過程中，軟基處理方案對橋梁的沉降和水平位移必須嚴格控制在允許范圍內，以免對現有橋梁造成破壞；

③軟基處理后的路基沉降要小，避免路基沉降引起對橋梁樁基的負摩阻力。

4 軟基處理方案擬定

市政道路下穿高速公路段屬于低填路基，現狀地面標高約2.1m，設計標高為2.3m。高速橋梁梁底最低點標高為6.9m。下穿段的軟土底層標高為-12.9m，最大埋深為15m。

根據項目的特點以及現狀橋梁的變形允許值，擬定了以下三個軟基處理方案：1）高壓旋噴樁、2）樹根樁、3）換填輕質土。

4.1 高壓旋噴樁

高壓旋噴樁以高壓旋轉的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續搭接的水泥加固體。高壓旋噴樁施工設備高度小，在凈空受限的情況，是常見的施工工法之一。

高壓旋噴樁復合地基采用矩形布置，樁間距1.5m，樁身直徑采用50cm，路面結構底面以下0.6m作為樁頂標高，設計樁底穿透淤泥層不小于1m。在樁頂設置60cm級配碎石墊層作為褥墊層，有利于發揮樁間土的作用。高壓旋噴樁復合地基設計單樁承載力120kN，復合地基承載力100kPa。

高壓旋噴樁方案的特點：①適用于低填路基，樁頂設置褥墊層后可直接鋪設路面結構；②工藝成熟，施工速度最快，占地小；③高壓旋噴樁造價較高；④旋噴樁高壓水壓力達到20MPa，臨近橋墩時會對橋梁樁基有一定影響，但經過計算機模擬，橋墩及樁基變形在允許范圍內。

圖2 高壓旋噴樁方案設計圖

4.2 樹根樁

樹根樁是一種小直徑的鉆孔灌注樁，直徑一般在10～30cm。樹根樁通過鉆機成孔，再用注漿機灌注水泥漿形成素混凝土樁。

樹根樁復合地基按正三角形布置, 間距1.3m，樁徑為30cm，采用C30素混凝土樁。樹根樁樁在路面結構底面以下0.6m作為樁頂標高，樁底應穿過軟土層，進入粘土層1.5m以上。同樣在樁頂設置60cm的級配碎石作為褥墊層。樹根樁復合地基方案設計單樁承載力100kN，復合地基承載力100kPa。

樹根樁方案的特點：①樹根樁與剛性樁特征相似，復合地基工后沉降小；②樹根樁旋挖鉆成孔對周邊土地影響小，該工法對橋梁樁基影響較小；③樹根樁在低填路段的軟基處理實例少，施工技術難度較高；④樹根樁工程造價最高。

4.3 換填輕質土

換填輕質土方案是通過氣泡輕質土置換原狀土體，達到新建道路與當前地基荷載相同的目的。

設計氣泡輕質土的施工濕重度取6kN/m3，28天無側限抗壓強度≥1.0MPa，最大穩定吸水率≤10%。

根據本項目路堤填高、路面結構重度及車輛荷載，計算得到氣泡輕質土換填厚度為2m，即超挖至路面結構底面以下2m，進行氣泡輕質土的澆筑。

換填輕質土方案的特點：①換填輕質土方案工后沉降較小；②換填過程中需要在橋梁樁基旁超挖過2m的基坑，在施工過程中容易引起橋梁樁基的水平位移；③換填輕質土方案工程造價最經濟。

5 軟基處理方案比選

結合項目的特點，從施工對現狀橋梁的影響、施工工藝、工期和工程造價等四個方面進行方案對比，詳見下表：

表1 軟基處理方案對比表

考慮到高壓旋噴樁工藝成熟、工期最短，造價適中，對于現狀橋梁的影響在可控范圍內，因此作為市政道路下穿高速公路軟基處理的推薦方案。

6 結語

根據現場施工實測數據，高速公路橋墩沉降及水平位移均在設計允許范圍內，單樁及復合地基承載力滿足設計要求，表明高壓旋噴樁方案合理可行。

本文通過實際工程案例，對市政道路下穿高速公路的軟基處理方案進行對比，并結合施工監測的結合進行分析總結，為今后工作中面臨類似情況的提供參考。