粵西地區公路改擴建路基拼寬中軟基處治分析

文/王璐

1 工程概況

某一級公路改擴建項目位于粵西地區，毗鄰沿海，軟基分布廣泛，地貌類型為河流三角洲平原，地形十分平坦，屬于一級沖積階地。路面設計高程以下存在較大厚度的淤泥、淤泥質土等軟弱土層，承載力很小。當前工程中多采用開挖換填、塑料排水板、袋裝砂井、強夯碎石樁（墩）、水泥攪拌樁、預應力砼管樁（PHC 樁）、水泥粉煤灰碎石樁（CFG 樁）等辦法進行軟土處治。本文將對該項目軟基處治措施進行討論。

2 常用軟基處治方法分析

2.1 開挖換填

軟基開挖換填技術簡單，從經濟角度考慮一般用于淺層軟基處治（軟基厚度不超過3m）中，即挖出淺層軟土，用如砂、礫石、卵石、片石、片碎石等透水性材料或強度較高的砂土來填充。

2.2 塑料排水板

塑料排水板有較輕的質量，便于施工，排水穩定，地基固結速率快，能夠加速地基沉降；但不能較大地提高地基承載力，且預壓時間長，工后沉降大，同時由于需要等載或超載預壓，會導致需要大量借方和卸載棄方[1]。

2.3 袋裝砂井

袋裝砂井法處治軟基能使地基固結速率加快，地基加速沉降；施工工藝和機具簡單，工期短，質量易控制，費用低，且能夠通過改進工藝來處理砂土液化。該方法缺點是對地基承載力提高效果不大；預壓時間長，工后沉降大；對于高填土軟土路基，需要結合真空預壓、土工格柵、反壓護道等措施進行；因等載或超載預壓的需要，會導致借方量和棄方量增加。

2.4 強夯碎石樁（墩）

2.4.1 強夯碎石樁處治軟基的優點

地基的承載力顯著提高、孔隙比會降低、且兼顧排水和置換；工期較短；可用強夯法施工，兼顧處理砂土液化問題。

2.4.2 強夯碎石樁處治軟基的缺點

用碎石量大，處理費用中等；樁下部施工質量難以控制和檢測，強夯成樁對周圍環境噪音和建筑物影響較大，施工階段需要采取一定的安全措施；一般廣東地區公路項目軟土處治中很少采用。

2.5 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁在工程中應用較多，其優點是：加固后地基強度提高較多；總沉降及工后沉降均較小；施工工期較短；橋涵施工時可以不采用反開挖法施工。該方法缺點是：造價較高；處理深度不宜超過15m，施工質量難以控制和檢測；樁體檢測時間長；樁身強度受限[2]。

2.6 預應力砼管樁（PHC 樁）

預應力砼管樁（PHC 樁）多用于較重大工程當中，其優點有：穩定性強，有較強貫穿力，本身強度；適用于各種類型的地基處理；便于運輸，施工快捷，工期短，方便檢測；總沉降及工后沉降均較小；橋涵施工時可以不采用反開挖法施工。該方法缺點有：需要專門的大型機械設備，對運輸條件及施工作業面要求高；小范圍、小規模處治會加大成本。

2.7 水泥粉煤灰碎石樁（CFG 樁）

CFG 樁常用于廣東地區軟土路基處治中，其優點有：適應范圍廣，在黏性土、粉土、砂性土、雜填土及濕性黃土等工程處治中采用較多；施工速度快、工期短；承載能力強，工后沉降小。該方法缺點有：造價高；質量控制困難，受地下水、拔管速度等因素影響，易塌孔；環境污染、震動噪聲大等。

3 軟土路基處治

本文以粵西某改擴建項目拼寬路基的軟土處治為例。項目現狀為省道，標準是公路等級一級，整體式路基，雙向四車道寬度為24m，改建方案是在原路基兩側進行拓寬，均拼寬5m，改建后路基寬度為34m，且拓寬成為6 車道。本項目軟土主要為水田、水塘淺層軟土，厚度在2～20m 之間；以淤泥質粉質粘土及軟塑粉質粘土為主，承載力、強度低。本項目現狀路基于2002年施工建設，軟土原處理方案為：厚度＜3m 路基段落采用開挖換填處理；厚度＞3m 的段落采用袋裝砂井+砂墊層+堆載預壓的處理方案，截至改建為止固結沉降時間已大于15年，沉降達到穩定，已觀測不到路基沉降?，F兩側加寬路基部分依然以軟土為主，承載能力、地基沉降不能滿足規范要求。拼寬路基處軟土處治為本項目的重點，在新舊路基拼寬時，應保證拼寬路基的沉降滿足要求，避免運營過程中由于沉降造成拼接處開裂，影響道路正常使用。結合不同的軟基厚度，項目中采用了三種處理方案：

3.1 對于軟基厚度＜3m 路段，挖除軟弱土后，路床設計高程以下50cm 采用碎石、砂礫等透水性材料換填處治，換填材料必須分層壓實，壓實度不小于93%；地下水位以上50cm 以上采用一般路基土換填處治。基坑開挖深度＞2.5m 的段落，利用工字鋼對邊坡進行處治，以保證原有路基穩定。

3.2 對于軟基厚度＞3m 且≤16m 的路段，采用水泥攪拌樁。利用分層總和法計算主固結Sc 和路基沉降量，同時用沉降系數m 來對計算結果進行修正，沉降系數m 在1.1～1.6 合理取值。原則上壓縮層計算深度控制為計算層底面附加應力與有效自重應力之比≤0.1。另外，采用等邊三角形的樁布置形式，樁徑d取50cm[3]。水泥攪拌樁設計要點主要有：

3.2.1 成樁工藝：樁長＞10m 采用漿噴攪拌法，≤10m 采用粉噴攪拌法，“四噴四攪”工藝，如遇含水量過大，可考慮適當增加水泥用量。

3.2.2 水泥滲入比：水泥標號為42.5 級，普通硅酸鹽水泥，其質量占比為15%。

3.2.3 水泥漿的水灰比：0.4～0.5。

3.2.4 樁徑d：樁徑d 為50cm。

3.2.5 設計樁長：樁底應進入承載力較好的粉質黏土或者中粗砂土層；設計樁長為區段平均樁長，在施工現場通過實驗確定樁長，達到設計樁長即可施工；當樁長＞15m 時，應采取相應措施保證成樁質量。

3.2.6 整平施工現場，把地上和地下障礙物進行全部清除；平整后應要適當碾壓，使得現況地面土密實。對于需要進行河道拓寬的路段，要先抽水、清除淤泥并換填。

3.2.7 水泥攪拌樁放樣時按等邊三角形布置，逐樁間距均為1.5m，樁的布置范圍為原路基邊坡坡腳向內1m 至拼寬路基邊坡坡腳向外1m。

3.2.8 砂墊層及土工格柵：樁頂設置0.5m 碎石墊層；在樁頂布設兩層雙向土工格柵，并滿足如下技術要求：抗拉強度≥80kN/m，縱向屈服伸長率≤13%，橫向屈服伸長率≤16%。

通過計算得出置換率m 在9%到11%之間，處治后的地基承載力均滿足設計要求。

3.3 橋梁兩側一定范圍內且淤泥埋深＞16m 的路段，用CFG 樁處治。CFG 樁設計要點主要有：

3.3.1 樁徑d

樁徑的確定取決于所采用的成樁設備，根據本項目實際情況建議采用振動沉管法進行施工，樁徑50cm。

3.3.2 樁距S

一般樁距S＝（3～6）d，并經計算確定，本項目樁距采用1.5m。

3.3.3 樁長

CFG 樁的設計的關鍵是確定樁長，而路基承載力、變形要求、軟土土質和設備能力是決定樁長的主要因素。路基對承載力和變形要求較高，CFG 樁的樁端要求落于較強持力性能的土層，且設計中要結合準確的地勘報告，對每一層土質進行分析，確定樁端持力層以及樁長，并根據規范計算單樁承載力，樁底應落在持力性能較好的粉質黏土或者中粗砂層。

3.3.4 樁體及強度

樁身采用標號≥32.5 級的普通硅酸鹽水泥，粉煤灰宜選用袋裝二級、三級以上。另外，選擇粒徑在20～50mm 的碎石，并在碎石之間的空隙中填充石屑。樁體材料推薦重量配比為水泥∶粉煤灰∶石屑∶碎石=1∶1.53∶3.529∶8.855。樁體混合料料應均勻拌和，每盤料拌和時間宜≥60s，混合料塌落度控制在30～50mm。設計樁28 天的立方體抗壓強度≥12MPa；樁底標高以進入樁端持力層為控制標準，其標準為＜1m。

3.3.5 托板及墊層

CFG 樁樁頂設置C15 混凝土托板。為使各樁體承受的荷載能均勻分布，在各樁托板頂面設置50cm碎石墊層，托板進入碎石墊層，即托板頂碎石層厚0.2m；碎石墊層采用級配碎石，碎石最大粒徑不宜大于30cm。

3.3.6 布樁型式

等邊三角形布設。一般情況下，路基外側應設置護樁，其范圍為路基坡腳線。

3.3.7 逐段試樁

軟基處理劃分區段，在區段中要逐段進行試樁，通常以20m 為一個區段，試樁結果應該隨時對照地勘報告，如有不符應對樁長進行動態調整。

按照上述CFG 樁設計后，通過計算得出置換率m在9%～11% 之間，處治后的地基承載力均滿足設計要求。

4 結語

綜上所述，粵西沿海地區公路改擴建中新建路基軟基的處治根據軟基厚度不同，采用換填、水泥攪拌樁和CFG 樁處治后的復合地基承載力增強，到達了設計要求，同時也避免了新舊路基由于沉降差異引起路基路面病害。