王漢偉,趙雄輝
(中國市政工程華北設計研究總院有限公司,天津市 300074)
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)勘察報告》,全線淤泥質(zhì)軟土層的厚度和埋藏深度差異較大,設計依據(jù)地質(zhì)勘察報告,對不同路段的淤泥質(zhì)軟土采用不同的路基處理方式。
圖1 文昌市北二環(huán)路竣工后之實景
(1)應根據(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準、施工機具、材料環(huán)境等條件及工期要求,進行技術經(jīng)濟比較,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)對軟土性質(zhì)差、地基條件復雜或工期緊、填料缺乏或有特殊要求的軟土地基,宜采用綜合處理措施。
(1)對軟土層厚度小于3 m、埋深較淺的軟土地基,宜采用無機結合料淺層拌合、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,應采用排水固結法、粒料樁、加固土樁、剛性樁等深層地基處理措施。
(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)和可燃氣體,故壓縮性高,且長期不易達到穩(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,對排水固結不利,反映在路基沉降延續(xù)時間長。同時,在加荷初期,常出現(xiàn)較高的孔隙水壓力,影響地基的強度。
(3)軟土是絮凝狀的結構性沉積物,當原狀土未受破壞時常具一定的結構強度,但一經(jīng)擾動,結構破壞,強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荷載后,易產(chǎn)生側向滑動、沉降及其底面兩側擠出等現(xiàn)象。
(4)流變性:指在一定的荷載持續(xù)作用下,土的變形隨時間而增長的特性。使其長期強度遠小于瞬時強度。這對邊坡穩(wěn)定性很不利。
(5)不均勻性:軟土層中因夾粉細砂透鏡體,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。
根據(jù)建設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)勘察報告》(詳細勘察),全線淤泥質(zhì)軟土層的厚度和埋藏深度差異較大,設計依據(jù)地質(zhì)勘察報告,對不同路段的淤泥質(zhì)軟土采用不同的路基處理方式(見表1)[1-5]。
表1 工程設計參數(shù)建議值一覽表
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。同時填方高度也較高。為保證路基強度,對表層素填土、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計要求高度(不低于地下水位標高以上0.3 m),以滿足設計壓實度的要求。達到壓實度要求后,再進行路基的填筑施工。
該路段需處理樁號段較多,這里只提取K0+500~K0+595段進行分析。
K0+500~K0+595段,淤泥質(zhì)軟土層的埋藏深度在5 m左右,宜采用樁基礎進行處理。樁基礎可選用木麻黃、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)濟合理的處理方式,設計選用木麻黃樁進行路基處理。
該段為低填或挖方路段,按照道路設計要求,復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 樁基礎處理軟基橫斷面示意圖
圖3 樁基礎處理軟基平面示意圖
4.2.1 木麻黃樁單樁承載力計算
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 木麻黃樁復合地基承載力計算
根據(jù)現(xiàn)場施工條件、施工技術、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。
滿足復合地基承載力要。
該路段需處理樁號段較多,這里只提取K1+067~K1+112段進行分析。
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行處理。結合同類工程的施工經(jīng)驗,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,故設計采用格柵碎石樁進行路基處理。
該段為箱涵基礎影響段,復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算
根據(jù)淤泥層深度,結合施工技術條件,確定碎石樁樁長為7 m,樁徑50 cm,要求碎石樁進入粉質(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)驗數(shù)據(jù),樁體材料強度約為180 kN,該工程取單樁承載力為150 kN。
4.3.2 碎石樁復合地基承載力計算
根據(jù)現(xiàn)場施工條件、施工技術、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。
滿足復合地基承載力要求。
本文借助海南省文昌市北二環(huán)路工程實例的應用,通過計算及經(jīng)濟比選,采用了三種不同的路基處理方案,對以后的相類似工程提供了借鑒意義。
淺層換填優(yōu)點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,若原材料豐富,則木麻黃樁是比較經(jīng)濟適用的選擇。
該道路不良路基經(jīng)處理后,路基壓實度及彎沉值均達到規(guī)范設計要求,使用效果良好。