軟土地基沉降分析

李婷婷

(中交公路規劃設計院有限公司 北京市 570100)

0 引言

隨著我國交通網絡的發展，交通量不斷增大，許多已建路基開始出現沉降病害[1-3]，特別是軟土路基，造成路面不平整，嚴重影響道路行車性能，埋下安全隱患，且減少了道路的使用壽命。作為道路結構中最常見的病害，路基沉降主要是由地基土自重應力以及附加應力引起的固結壓縮變形和路基自身自重應力以及車輛荷載附加應力的壓縮變形[4]。為有效減小軟土路基沉降，確定合理高效的軟土路基處理方法，依托白駒大道軟土路基改造工程，使用理正軟土地基路基設計軟件，建立不同填土材料及高度、水泥攪拌樁樁長的路基模型，開展軟土路基沉降影響性分析，揭示軟土路基沉降影響規律，為類似工程設計提供一定的技術參考。

1 工程概況

白駒大道改造及東延長線工程項目西起于白駒大道與瓊山大道交叉口，路線走向沿現狀白駒大道東延約2.3km至現狀大昌路口后，繼續東延約4.7km至小燕尾村附近，然后往北偏移與在建江東大道二期K7+562.316處相交，并繼續北延至現狀桂林洋防潮堤，道路全長8632.633m，其中K0+000～K2+300段為現狀白駒大道改造工程，K2+300～K8+632.633段為新建道路工程。本工程場地范圍特殊性巖土主要為人工填土、軟土。

本項目K0+000～K2+220段白駒大道改造基本沿現狀道路走向，路基采用兩側加寬方案，現狀路基為漿砌片石護坡，拆除原漿砌片石護坡，并清除表面土層后進行路基拼寬。根據地勘報告，部分路段表層種植土、雜填土及表層軟弱土厚度約為0.6～2.5m，均分布在自然地面線下面2.5m內范圍，且地下水位較高，故采用換填法處理，清除約40cm表層土，挖除現狀地面表層軟弱土后回填一定厚度的未篩分碎石。

根據地勘報告，路基下部有淤泥夾層，采用水泥攪拌樁方案對路基進行處理，清表后的自然地面作為工作面，有水塘的部分，還應挖除1m左右淤泥，然后開始水泥攪拌樁施工。水泥攪拌樁進入持力層不小于0.5m，水泥攪拌樁樁徑為0.5m，樁間距1.0m/1.2m，正三角形布置，樁頂墊層采用級配良好的碎石墊層，厚50cm，墊層上加鋪雙向80kN/m玻纖土工格柵(雙層)。K2+790段北側有110kV高壓線橫跨道路，經協調后，遷移難度較大，因此根據現狀實際情況對高壓線路以北276.7m2區域范圍軟基處理方式采取高壓旋噴樁處理。高壓旋噴樁樁徑為50cm，間距為120cm，布置方式為梅花樁布置。

2 軟土路基沉降影響分析

2.1 沉降計算方法

白駒大道改造工程軟土地基采用水泥攪拌樁處理，樁徑500mm，采用三角形布置，樁徑和樁長根據沿線地層地質分布及路基路面設計情況設計，樁徑分為1m和1.2m，樁長在7～19m范圍取值。使用理正軟土地基路基設計軟件(6.0版)進行路基計算，沉降計算簡圖如圖1所示。

圖1 沉降計算簡圖

針對橋臺與路堤相鄰處路基設計及土層參數，開展地基處理參數影響性分析。

2.2 填土高度影響

填土高度影響地基附加應力大小，因此，填土高度是地基沉降的主要影響因素之一。依托該工程，模擬不同填土高度，計算工后沉降。計算結果見圖2。

圖2 填土高度影響

從圖2可見，填土高度越大，地基沉降越大，且沉降增長率隨著填土高度加大而加大，當填土高度由5m增加至25m，地基沉降由70.58mm增加至138.13mm，增加了95.7%，這表明填土高度對路基沉降影響較大，這是由于填土高度越大，土層附加應力越大，造成沉降越大，工程中不能無限增加路基填筑高度來滿足高程要求。

此外，根據規范要求：橋臺與路堤相鄰處地基沉降不應超過100mm，故此位置填土高度宜盡量控制在15m以內。

2.3 水泥攪拌樁樁長影響

水泥攪拌樁樁長影響土層剛度，是地基處理效果的主要參數。依托該工程，模擬不同樁長，計算工后沉降。計算結果見圖3。

圖3 樁長影響

從圖3可見，水泥攪拌樁樁長越大，地基沉降越小，但沉降變化率隨著樁長繼續加大而有所降低，當樁長由5m增加至25m，地基沉降由138.58mm增加至59.13mm，減小了57.33%，這表明樁長對路基沉降影響較大，但當樁長增加至一定值時，改變樁長對減小沉降的效果不再明顯，工程中不能無限增加樁長來減小沉降，而應結合土層分布情況設計。

此外，根據規范要求，橋臺與路堤相鄰處地基沉降不應超過100mm，故此位置樁長需大于10m。

2.4 水泥攪拌樁樁距影響

水泥攪拌樁樁距也會影響土層整體剛度，繼而影響地基處理效果。依托該工程，模擬不同樁距，計算工后沉降。計算結果見圖4。

從圖4可見，樁距越大，地基沉降越大，當樁距由0.8m增加至1.6m，地基沉降由63.28mm增加至82.13mm，增加了28.8%，這表明樁距對路基沉降又有一定影響，但敏感性小于填土高度和樁長。

圖4 樁距影響

3 軟土路基沉降計算

根據《白駒大道改造及東延長線項目詳細勘察階段巖土工程勘察報告》，對工程沿線水泥攪拌樁加固后的地基進行沉降計算，計算結果見表1，本工程水泥攪拌樁樁徑均設計為0.5m，均采用三角形布置。

表1 沿線各水泥攪拌樁處理后沉降

以K0+801.00～K0+861.00段為例，給出沉降計算過程。基礎類型為矩形基礎，基礎埋深0.5m，基礎寬度和長度均為10m，基礎覆土容重20kN/m3，豎向荷載6750kN。地下水埋深4.3m，壓縮層到地面的距離為23.6m，沉降經驗系數為0.4，處理土層分5層土，各土層參數見表2。表2中，原始土層承載力特征值、原始土層壓縮模量來自地基勘測設計資料，樁間土承載力特征值依據《建筑地基處理技術規范》(JGJ 79—2012)7.1.5條計算確定，復合地基壓縮模量確定依據《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2011)7.2.12條計算確定，原始土層壓力擴散角依據《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007—2011)5.2.7條計算確定，復合地基壓力擴散角按照在上一層的基礎之上進行的原則計算。

表2 處理土層參數

壓縮層厚度23.1m，基礎寬度10m，△z取1m，沉降差0.74mm，沉降總和166.44mm。沉降差0.74≤0.025×166.44=4.16mm，沉降計算深度滿足規范要求。采用分層總和法進行沉降計算[5]，本項目沉降計算結果見表3。

表3 沉降計算

壓縮模量當量值為3.789MPa，總沉降量為0.4×166.44=66.58mm。根據規范相關要求：橋臺與路堤相鄰處沉降<100mm。

綜上所述，經過水泥攪拌樁處理后的地基沉降滿足要求。

4 結語

(1)填土高度越大，地基沉降越大，當填土高度由5m增加至25m，地基沉降增加了95.7%，沉降增長率隨著填土高度加大而加大，工程中不能無限增加路基填筑高度來滿足高程要求，依托工程橋臺與路堤相鄰處填土高度宜盡量控制在15m以內。

(2)水泥攪拌樁樁長越大，地基沉降越小，但沉降變化率隨著樁長繼續加大而有所降低，樁長對路基沉降影響較大，當樁長由5m增加至25m，地基沉降減小了57.33%。當樁長增加至一定值時，改變樁長對減小沉降的效果不再明顯，工程中不能無限增加樁長來減小沉降，而應結合土層分布情況設計。依托工程橋臺與路堤相鄰處水泥攪拌樁樁長需大于10m。

(3)樁距越大，地基沉降越大，當樁距由0.8m增加至1.6m，地基沉降增加了28.8%，樁距對路基沉降的影響小于填土高度和樁長。

(4)經水泥攪拌樁處理后，白駒大道改造及東延長線工程項目沿線軟土地基沉降均能滿足規范要求。