沿海特殊地質道路路基設計探索

黃日成

(廣州市市政工程設計研究總院有限公司，廣東 廣州 510000)

1 工程背景

此工程項目作為廈門新建機場片區周邊道路項目，全長6 km，為城市次干路，道路紅線寬度25 m。本項目處于機場片區西側沿海，場地原始地貌位于海灣灘涂，后經人工回填(吹填)改造，場地淤泥層厚度較大(最大可達近14.5 m)。構成路基主要影響范圍的土層工程性能總體較差，且分布、埋深、厚度存在較大差異，承載力偏小且沉降速率偏大。

2 方案設計

結合吹土(砂)填海區域的軟土地質特性，對深厚軟土層(主要是不良人工填土和淤泥層厚度大于15 m)區域采用CFG樁和水泥土攪拌樁復合地基處理進行對比分析，以選取較優的復合地基處理方式，滿足道路路基設計要求。

2.1 設計原則

滿足道路穩定要求；滿足道路工后沉降要求；滿足市政管線使用功能要求；結合地質、地形及道路使用功能要求提出合理的地基處理方案。

2.2 設計思路

本工程深厚軟土區復合地基設計思路，首先通過理論計算，初步確定CFG樁和水泥土攪拌樁的樁徑、樁長及樁間距；然后運用Midas GTS NX 2021分別建立CFG樁和水泥土攪拌樁的數值計算模型，分析該城市道路實施過程中的路基沉降變形；最后結合工程造價，進行綜合對比分析，以確定最優的復合地基處理方式。

2.3 參數計算

本段道路全線均設置纜線溝及其它市政管線，擬定工后沉降量≤20 cm，復合地基承載力特征值≥100 kPa，樁基端部伸入至粗砂層不小于1 m。根據《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》(JTG/T D31-02-2013)，通過計算單樁豎向承載力和復合地基承載力特征值，初步確定CFG樁樁徑為0.5 m，樁長14.5 m，樁間距2.0 m，正方形布置；水泥土攪拌樁樁徑為0.5 m，樁長14.5 m，樁間距1.2 m，正方形布置。

3 數值分析

3.1 計算模型

為從整體上把握CFG樁和水泥土攪拌樁地基處理對該城市道路實施過程中路基沉降變形的影響，選用有限元軟件MIDAS GTS NX建立數值計算模型，分析該工程實施過程的道路路基沉降變形規律。為了綜合計算效率和邊界效應，結合工程地質條件、道路路基結構形式、地基處理形式等，選取最不利地質斷面(不良人工填土、淤泥層最厚斷面處，即14.5 m)進行模擬分析。計算模型如圖1、圖2所示。

圖1 CFG樁路基處理有限元模型

圖2 水泥土攪拌樁樁路基處理有限元模型

本次計算地層巖土本構模型采用莫爾-庫倫彈塑性模型，計算模型的邊界約束為：模型底部約束水平豎直方向，左右兩側約束水平方向。

CFG樁和水泥土攪拌樁地基處理的分析工況如表1所示。

表1 施工工況信息

3.2 計算結果

各個工況下，各個方向累計變形量最大值如表2、表3所示。

表2 CFG樁路基處理各個工況下道路路基累計變形量

表3 水泥土攪拌樁路基處理各個工況下道路路基累計變形量

計算結果表明，CFG樁和水泥土攪拌樁路基處理后，隨著道路路基路面的施工以及后期運營，路基沉降均逐漸增大，CFG樁處理后的道路路基沉降遠小于水泥土攪拌樁處理后的路基沉降；路基橫向位移變化量均小于1 mm，基本可忽略不計。

4 效益評價

根據該工程軟土地質的特點，選擇深厚軟土區域的100 m道路范圍內的CFG樁和水泥土攪拌樁進行經濟性效益分析，工程造價分析如表4所示。

表4 工程造價分析

雖然根據地區不同，CFG樁和水泥土攪拌樁單價會有一定浮動，但是二者總價相差不大，CFG樁總價略低于水泥土攪拌樁。同時，CFG具有更高的承載力，能更好地控制道路路基沉降，對于具有深厚軟土層的圍海造地區域，CFG樁具有更好的經濟性和適用性。

5 結 論

與水泥土攪拌樁相比，CFG樁的樁身強度、抗壓能力和承載能力更強，經濟效果也比較明顯。CFG樁復合地基處理可以有效地應對沿海圍海造地區域的復雜地質條件，可以有效地控制道路路基沉降，保證道路結構的整體穩定性。

同時，CFG樁施工工藝成熟，施工方便，經濟效益好，值得在圍海造地區域的類似工程中推廣應用。