淺談涵洞軟基處理設計

朱萬君

（福建省林業勘察設計院，福建 福州 350001）

0 引言

涵洞是道路工程中不可缺少的構造物之一，它在整個道路工程中扮演著排水、通行、保護各種電纜和管線的重要角色。而涵洞結構質量的好壞排除施工質量的影響外最主要的因素就是涵洞基礎下地基處理地是否到位。涵身、翼墻的開裂和相鄰涵身形成的錯臺就是地基處理不當的產物，因此合理的選擇地基加固方法是保證涵洞結構穩定和涵體完整的基礎。本文以莆田市總部商務區配套路網工程為例，對城市道路涵洞底部軟基處理設計進行解剖與分析。

1 工程概況

莆田市總部商務區配套路網位于莆田市西天尾鎮西南側，屬于莆田市西天尾鎮莆田市總部商務區控制性詳細規劃區范疇，共包含公園路、支路一～支路七等8條道路，路線總長2.3744km，公園路規劃紅線寬度16m，支路一～支路七規劃紅線寬度12 米。支路一起點與支路三相交，測設樁號BK0+000，線位總體呈東南走向，在BK0+037 跨越現狀河道，設計一座2-4.0×3.0m 鉿箱涵，線路終點與支路七相交，測設樁號BK0+403.346。經地質勘察鉆探成果表明該處箱涵底部地基中軟土厚度約為6～9m，表層無硬殼層，為高含水量、高壓縮性、低強度軟弱土層。本次軟基處理的關鍵就是如何針對此種地質情況選擇最優的軟基加固方案。

2 涵底軟基處理設計的具體內容

2.1 前期準備

收集工程所在地的地形、水文、環境和地質勘探資料，根據資料確定出涵洞的形式和孔徑大小，最終計算出涵洞的基礎承載力數值。當該數值大于地基承載力基本容許值時就必須對此地基進行加固處理，同時涵洞的基礎承載力也是軟基處理是否合格的重要指標。

2.2 軟基處理設計的基本思路

2.2.1 了解軟基和軟基處理

所謂軟基就是軟土地基，在本工程中主要指淤泥和淤泥質土。軟基處理就是為滿足建筑物對地基強度與穩定性的要求，而對軟弱土層進行加固和補強的技術措施。

2.2.2 箱涵設計

新建涵洞為2-4.0×3.0m 鋼筋混凝土箱涵，涵身采用C35 鉿，其受力主筋及構造鋼筋均采用HRB400 鋼筋，涵身基礎為C25 砼，翼墻為C35 砼，洞口河床鋪砌為C20 砼。最終計算出箱涵基礎承載力應不小于0.15MPa。

2.2.3 涵底軟基加固方法

在道路工程中最常使用的涵底軟基處理方法有四種。①換填法：當軟弱土層厚度較小（厚度〈3m）時，采用挖除淤泥換填砂、碎石或石渣（費用低）的方法。②拋石擠淤法：當軟弱土層厚度較大（3m〈厚度〈5m）時，采用的向淤泥拋填塊石，以塊石作為骨架來達到提高地基強度的方法。③復合地基處理法：當軟弱土層厚度很大（厚度〉5m）時，采用的天然地基和加固基體（攪拌樁、高壓噴射注漿樁、碎石樁、石灰樁）相結合組成的復合地基的方法。④鉆孔灌注樁加固法：適用于各種地基的加固，需預制鋼筋籠，費時費工、工程造價高。

2.2.4 涵底軟基加固方案比選

根據地質勘探資料結合設計經驗對該處箱涵涵底地基處理提出了樁基和復合地基兩種處理方案。樁基方案選定為鉆孔灌注樁，它施工工藝成熟、應用廣泛，但本項目位于市區內，鉆孔灌注樁產生的廢漿難以處理易造成環境污染且工程造價高。復合地基方案考慮了攪拌樁和碎石樁兩種，最終選定為粉煤灰碎石樁（造價經濟）。粉煤灰碎石樁不但兼顧了鉆孔灌注樁的各種優點還增加了無泥漿、無污染和容易控制質量等新優點，而且由它形成的復合地基不像樁基那樣過分依賴樁體來承擔水平和垂直的荷載。經各方單位商討，同意此次涵底軟基加固方案采用粉煤灰碎石樁復合地基進行加固。

2.2.5 粉煤灰碎石樁復合地基

粉煤灰碎石樁簡稱為CFG 樁，它是由碎石（粒徑為20～50mm，松散密度為1.39t/m3，雜質含量小于5%）、石屑（粒徑為2.5～10mm，松散密度為1.47t/m3，雜質含量小于5%）、粉煤灰（選用袋裝Ⅱ、Ⅲ級粉煤灰）、水泥（用32.5 級普通硅酸鹽水泥）和水拌合而成具有一定粘結強度的樁[1]。粉煤灰碎石樁是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型，通過它提高地基承載力和減少地基變形的方式來進行軟基的加固。本項目的涵洞基底軟土地基，我們采用的是土工格柵砂墊層+粉煤灰碎石樁來進行加固。該加固方法是利用土工格柵砂墊層把樁和樁間土緊密的聯系在一起，依靠樁體的承載力、振動沉管法施工和樁體對土體的擠密作用力和土工格柵砂墊層的作用力這三種力，形成了可滿足涵洞基礎承載力要求的粉煤灰碎石樁復合地基。

2.2.6 土工格柵砂墊層

土工格柵砂墊層保證了樁、土可以共同承擔荷載，它不但減少了涵底基礎底面的應力集中還重新分配了樁、土之間的荷載比率[2]。土工格柵砂墊層布設在樁帽之上，體現為60cm 厚碎石砂墊層，其中底層30cm，底層上鋪設一層5cm 的砂隔離層，其上鋪設一層土工格柵，再覆蓋上一層5cm 的砂隔離層和20cm 碎石墊層，該墊層由中粗砂和碎石構成。特別注意用作墊層的中粗砂，應具有良好的透水性，含泥量不得超過5%，不含有機質、粘土塊和其他有害物質。

2.2.7 復合地基設計參數

粉煤灰碎石樁復合地基的主要參數：①材料、機械的選擇②樁徑、樁距、樁長的確定③樁體強度的等級④沉降的計算⑤砂墊層厚度的確定⑥土工格柵的層數⑦壓實的方法[3]。

2.3 施工質量控制

為保證粉煤灰碎石樁復合地基的施工質量一定要對以下幾個方面進行嚴格的把關：①原材料的質量②場地平整、放樣精確③混合料的配比、灌入量和鉆孔施工質量的嚴格控制④施工結束后，對樁長、樁頂標高、樁位、樁體質量、土工格柵砂墊層的質量和地基承載力的檢查。

2.4 沉降觀測

在涵洞側墻上設置沉降觀測點，每側各設置3 個，分別設置在涵洞進出口和涵身中心處，每個涵洞共設置6 個觀測點，采用二等水準測量要求進行觀測。

3 設計涵底軟基處理時需考慮的問題

涵底軟基處理時，應先通過收集到的準確的水文、地質勘探資料確定出不良土體的種類和厚度，再根據周邊原材料供應情況參考當地常用的軟基處理方式，定出最經濟、合理、有效的處理方案。并注意如無必要，在同一工程中處理相同條件下的軟基不建議采用多種不同的軟基處理方案。

4 結語

準確、詳細的地質勘探資料是涵底軟基處理的依據，選擇合理、經濟的加固方案是軟基處理的核心。如本案例中運用的土工格柵砂墊層+粉煤灰碎石樁就是該處涵底軟基處理的最優方案，它形成的多元復合地基體系不僅在水平和豎向方面提高了地基承載力和抗變形能力，還起到了對土體排水固結和重新分配了樁、土之間應力關系的作用。其中土工格柵砂墊層就是為進一步提高本項目的軟土地基承載力和減少箱體的不均勻沉降而專門設計的。軟土地基加固方案的選擇一定要注意與工程實際情況相結合，在相同環境和條件下，可借鑒總部商務區配套路網涵洞涵底軟基處理設計。