城市主干路不良路基處理方案設(shè)計(jì)

王漢偉，趙雄輝

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津市 300074）

1 概述

文昌市北二環(huán)路位于海南省文昌市清瀾片區(qū)，南起文清大道，北至航天大道，道路路線長度約2.16 km，紅線寬度42 m，為城市主干路（見圖1）。根據(jù)建設(shè)單位提供的地勘勘察資料《文昌市北二環(huán)路道路工程（K0+320～K1+320段）工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，全線淤泥質(zhì)軟土層的厚度和埋藏深度差異較大，設(shè)計(jì)依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)不同路段的淤泥質(zhì)軟土采用不同的路基處理方式。

圖1 文昌市北二環(huán)路竣工后之實(shí)景

2 不良路基處理原則及方案選擇

2.1 不良路基處理原則

（1）應(yīng)根據(jù)軟土厚度和性質(zhì)、路堤高度、路堤穩(wěn)定與工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)、施工機(jī)具、材料環(huán)境等條件及工期要求，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，依據(jù)先簡后繁、就地取材的原則，綜合分析并確定軟土地基加固處理方案。

（2）對(duì)軟土性質(zhì)差、地基條件復(fù)雜或工期緊、填料缺乏或有特殊要求的軟土地基，宜采用綜合處理措施。

2.2 不良路基處理方案選擇

（1）對(duì)軟土層厚度小于3 m、埋深較淺的軟土地基，宜采用無機(jī)結(jié)合料淺層拌合、挖除換填、拋石擠淤等淺層地基處理措施。

（2）軟土層較厚、路基填土高度超過地基極限填土高度時(shí)，應(yīng)采用排水固結(jié)法、粒料樁、加固土樁、剛性樁等深層地基處理措施。

3 軟土路基的危害及特征

（1）高壓縮性：軟土由于孔隙比大于1，含水量大，容重較小，且土中含大量微生物、腐植質(zhì)和可燃?xì)怏w，故壓縮性高，且長期不易達(dá)到穩(wěn)定。在其它相同條件下，軟土的塑限值愈大，壓縮性亦愈高。

（2）抗剪強(qiáng)度低、透水性低：軟土的透水性能很低，垂直層面幾乎是不透水的，對(duì)排水固結(jié)不利，反映在路基沉降延續(xù)時(shí)間長。同時(shí)，在加荷初期，常出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，影響地基的強(qiáng)度。

（3）軟土是絮凝狀的結(jié)構(gòu)性沉積物，當(dāng)原狀土未受破壞時(shí)常具一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但一經(jīng)擾動(dòng)，結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度迅速降低或很快變成稀釋狀態(tài)。軟土的這一性質(zhì)稱觸變性。所以軟土地基受振動(dòng)荷載后，易產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)、沉降及其底面兩側(cè)擠出等現(xiàn)象。

（4）流變性：指在一定的荷載持續(xù)作用下，土的變形隨時(shí)間而增長的特性。使其長期強(qiáng)度遠(yuǎn)小于瞬時(shí)強(qiáng)度。這對(duì)邊坡穩(wěn)定性很不利。

（5）不均勻性：軟土層中因夾粉細(xì)砂透鏡體，在平面及垂直方向上呈明顯差異性，易產(chǎn)生地基的不均勻沉降。

4 工程實(shí)例設(shè)計(jì)與計(jì)算

根據(jù)建設(shè)單位提供的地勘勘察資料最新成果《文昌市北二環(huán)路道路工程（K0+320～K1+320段）工程地質(zhì)勘察報(bào)告》（詳細(xì)勘察），全線淤泥質(zhì)軟土層的厚度和埋藏深度差異較大，設(shè)計(jì)依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)不同路段的淤泥質(zhì)軟土采用不同的路基處理方式（見表1）[1-5]。

表1 工程設(shè)計(jì)參數(shù)建議值一覽表

4.1 淺層換填設(shè)計(jì)

K0+960～K1+010段，存在淤泥質(zhì)軟土，軟土層，其層厚較薄，埋藏較淺，埋深小于3 m。同時(shí)填方高度也較高。為保證路基強(qiáng)度，對(duì)表層素填土、粉砂、淤泥層至粉質(zhì)黏土層，在其上填筑片石，片石層以上換填碎石找平層至設(shè)計(jì)要求高度（不低于地下水位標(biāo)高以上0.3 m），以滿足設(shè)計(jì)壓實(shí)度的要求。達(dá)到壓實(shí)度要求后，再進(jìn)行路基的填筑施工。

4.2 木麻黃樁設(shè)計(jì)

該路段需處理樁號(hào)段較多，這里只提取K0+500～K0+595段進(jìn)行分析。

K0+500～K0+595段，淤泥質(zhì)軟土層的埋藏深度在5 m左右，宜采用樁基礎(chǔ)進(jìn)行處理。樁基礎(chǔ)可選用木麻黃、碎石樁、水泥攪拌樁等。根據(jù)軟土層的埋藏深度，采用木麻黃樁處理是最為經(jīng)濟(jì)合理的處理方式，設(shè)計(jì)選用木麻黃樁進(jìn)行路基處理。

該段為低填或挖方路段，按照道路設(shè)計(jì)要求，復(fù)合地基承載力確定為A區(qū)140 kPa，B區(qū)110 kPa。A區(qū)、B區(qū)劃分見圖2、圖3所示 。

圖2 樁基礎(chǔ)處理軟基橫斷面示意圖

圖3 樁基礎(chǔ)處理軟基平面示意圖

4.2.1 木麻黃樁單樁承載力計(jì)算

根據(jù)淤泥層深度及原材料的特性，確定木麻黃樁樁長為4 m，尾徑10 cm，要求木麻黃樁進(jìn)入粉質(zhì)粘土層長度不小于0.5 m。單樁豎向承載力特征值Ra=μp∑qsiLi+αqpAp=3.14×0.1×（25×1.62+12×1.7+53×0.68）+1×160×3.14×0.052=30.45+1.25=31.7（kN）。

考慮到軟土分布具有不均勻性，取單樁承載力為25 kN。

4.2.2 木麻黃樁復(fù)合地基承載力計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件、施工技術(shù)、材料等因素，確定A區(qū)樁間距為0.6 m，置換率0.0252，B區(qū)樁間距為0.8 m，置換率0.0142。

A區(qū)復(fù)合地基承載力特征值fspk=λm+β（1-m）fsk=1.0×0.0252×25/0.00785+1.0×（1-0.0252）×70=148.5（kPa）＞140 kPa；

B區(qū)復(fù)合地基承載力特征值fspk=λm+β（1-m）fsk=1.0×0.0142×25/0.00785+1.0×（1-0.0142）×70=114.22（kPa）＞110 kPa。

滿足復(fù)合地基承載力要。

4.3 碎石樁設(shè)計(jì)

該路段需處理樁號(hào)段較多，這里只提取K1+067～K1+112段進(jìn)行分析。

K1+067～K1+112段，軟土層埋藏深度超過7 m，不能采用木麻黃樁進(jìn)行處理。結(jié)合同類工程的施工經(jīng)驗(yàn)，碎石樁較水泥攪拌樁施工難度更小，成樁質(zhì)量更易得到保障，故設(shè)計(jì)采用格柵碎石樁進(jìn)行路基處理。

該段為箱涵基礎(chǔ)影響段，復(fù)合地基承載力確定為A區(qū)150 kPa，B區(qū)120 kPa。采用碎石樁進(jìn)行路基處理。A區(qū)、B區(qū)劃分見圖2、圖3所示。

4.3.1 碎石樁單樁承載力計(jì)算

根據(jù)淤泥層深度，結(jié)合施工技術(shù)條件，確定碎石樁樁長為7 m，樁徑50 cm，要求碎石樁進(jìn)入粉質(zhì)粘土層長度不小于0.5 m。單樁豎向承載力特征值Ra=μp∑qsiLi+αqpAp=3.14×0.5×（25×0.74+12×5.3+53×0.96）+1×160×3.14×0.252=208.88+31.41=240.29（kN）。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，樁體材料強(qiáng)度約為180 kN，該工程取單樁承載力為150 kN。

4.3.2 碎石樁復(fù)合地基承載力計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件、施工技術(shù)、材料等因素，確定K1+067～K1+112段，A區(qū)樁間距為1.3 m，置換率0.134 2，B區(qū)樁間距為1.65 m，置換率0.083 3。

A區(qū)復(fù)合地基承載力特征值fspk=[1+m（n-1）]αfsk=[1+0.1342（2.5-1）]×1.8×70=151.36（kPa）＞150 kPa；

B區(qū)復(fù)合地基承載力特征值fspk=[1+m（n-1）]αfsk=[1+0.083 3（2.5-1）]×1.6×70=125.99（kPa）＞120 kPa。

滿足復(fù)合地基承載力要求。

5 結(jié)語

本文借助海南省文昌市北二環(huán)路工程實(shí)例的應(yīng)用，通過計(jì)算及經(jīng)濟(jì)比選，采用了三種不同的路基處理方案，對(duì)以后的相類似工程提供了借鑒意義。

淺層換填優(yōu)點(diǎn)是能從根本上改變了地基的性質(zhì)，不留后患，效果最優(yōu)，是最徹底的措施。但是此方案只適用于厚度較薄，深度較淺的淤泥層的處理。碎石樁處理適用于淤泥層較厚的軟基處理，且相比于水泥攪拌樁，碎石樁本身強(qiáng)度受軟基土的影響較小，其成樁質(zhì)量容易控制。在軟土厚度不是太大，地下水位較高的軟基處理時(shí)，若原材料豐富，則木麻黃樁是比較經(jīng)濟(jì)適用的選擇。

該道路不良路基經(jīng)處理后，路基壓實(shí)度及彎沉值均達(dá)到規(guī)范設(shè)計(jì)要求，使用效果良好。