高 紫 君

(山西遠(yuǎn)方路橋(集團(tuán))有限責(zé)任公司,山西 大同 037006)

0 引言

在省內(nèi)的公路設(shè)計(jì)及施工實(shí)踐中，軟土路基結(jié)構(gòu)形式較為常見(jiàn)，尤其是沿河及地下水充盈區(qū)域，公路路基的軟土特性尤為顯著；軟土結(jié)構(gòu)由于天然含水率較高，土體顆粒間的內(nèi)摩擦力值較小，經(jīng)碾壓整平后的成型難度較大，在后期承載過(guò)程中容易出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，進(jìn)而引起不均勻沉降，嚴(yán)重影響公路承載能力及行車平順性。因此，為了提升軟土路基的承載能力，控制軟土路基的不均勻沉降量，必須做好軟土路基的工程勘察及設(shè)計(jì)工作。文章以省內(nèi)某軟土路基設(shè)計(jì)標(biāo)段為研究案例，就軟土路基的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行案例分析。

1 公路軟土路基結(jié)構(gòu)特性分析

根據(jù)最新頒布的JTG D30—2015公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范中的相關(guān)要求，在對(duì)軟土路基進(jìn)行鑒別過(guò)程中，主要以表1中列出的主要參數(shù)為鑒定標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)表1相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)并結(jié)合公路路基勘察設(shè)計(jì)實(shí)踐可知，全國(guó)范圍內(nèi)的公路軟土路基相關(guān)參數(shù)及指標(biāo)具有內(nèi)在一致性，因此，可以認(rèn)為省內(nèi)的軟土路基也具備上述基本特性。軟土土體類型主要是指天然含水率超過(guò)40%，其中淤泥及淤泥質(zhì)土體的天然含水率更高，局部可達(dá)80%以上，基本呈現(xiàn)流動(dòng)狀，綜合承載能力較低，天然孔隙率大于土體液限值，經(jīng)碾壓后難以成型。通過(guò)表1可知，軟土材料的天然孔隙率超過(guò)0.8，在外荷載和不良環(huán)境耦合作用下，土體將出現(xiàn)大變形，對(duì)于工程結(jié)構(gòu)而言，大變形在工程上是絕對(duì)不允許出現(xiàn)的。由于軟土土體的壓縮性能較高，其壓縮系數(shù)值與其天然含水率呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系。在工程施工過(guò)程中，在外荷載的擾動(dòng)下，軟土土體的承載能力快速下降；卸載后，其強(qiáng)度有所恢復(fù)但總體上還是低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。此外，軟土的蠕變性特點(diǎn)也不容忽視，在軟土處理過(guò)程中，常用的處理方法有排水固結(jié)，在固結(jié)作用下，對(duì)軟土產(chǎn)生一定的剪切作用，軟土長(zhǎng)期變形累積作用顯著，在外荷載作用下，很容易出現(xiàn)突然間的脆性破壞，瞬間喪失承載能力。

表1 公路軟土路基鑒定標(biāo)準(zhǔn)

2 公路軟土路基設(shè)計(jì)分析

在公路軟土路基設(shè)計(jì)實(shí)踐中，為了滿足設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升軟土路基的綜合承載能力和抗變形能力，必須遵循以下基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以保證軟土路基在外荷載作用下的承載能力及沉降值始終處于可控制范圍內(nèi)。

在軟土路基設(shè)計(jì)過(guò)程中，基本設(shè)計(jì)流程如下：第一，做好工程勘察工作，根據(jù)標(biāo)段公路路面層及上部車輛荷載對(duì)軟土路基的承載要求，確定軟土路基的天然承載能力是否滿足設(shè)計(jì)需求；如果滿足設(shè)計(jì)要求，可以直接對(duì)天然路基進(jìn)行夯實(shí)、平整，直接使用；如果軟土路基天然承載能力不滿足要求，應(yīng)對(duì)軟土路基進(jìn)行改良，提升路基的綜合承載能力及抗變形能力。表2中列出不同層面位置的軟土路基處理方式。以軟土路基的勘察資料為基礎(chǔ)，分析軟土路基的處理可行性，進(jìn)行技術(shù)方式比選，以指導(dǎo)后續(xù)軟土路基施工實(shí)踐。

表2 不同層面位置的軟土路基處理方式

3 省內(nèi)某省道軟土路基公路設(shè)計(jì)案例分析

3.1 項(xiàng)目概況

在公路軟土路基設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了提升軟土路基的綜合承載能力，延長(zhǎng)軟土路基公路的服役年限，做好公路軟土路基在外荷載作用下的沉降控制工作。文章以省內(nèi)某標(biāo)段公路軟土路基設(shè)計(jì)案例為研究對(duì)象，就軟土路基設(shè)計(jì)過(guò)程中的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)選取、復(fù)合式路基相關(guān)計(jì)算進(jìn)行針對(duì)性分析，以提升省內(nèi)軟土路基的綜合設(shè)計(jì)能力。通過(guò)分析工程勘察出具的地質(zhì)勘察報(bào)告可知，該標(biāo)段總里程為160 km，其中，部分標(biāo)段處于沿河路段或者地下水充盈區(qū)域，天然路基土體含水率較高，土體天然孔隙率較大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察報(bào)告可知，軟土路基標(biāo)段長(zhǎng)度累計(jì)35 km，軟土類型主要以淤泥及淤泥質(zhì)土為主。

3.2 標(biāo)段軟土路基設(shè)計(jì)參數(shù)

基于既有的公路施工地質(zhì)勘察資料及報(bào)告，根據(jù)軟土路基的力學(xué)特性，擬定選用CFG復(fù)合樁進(jìn)行軟土路基處置和加固，在設(shè)計(jì)階段，相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

第一，CFG復(fù)合樁長(zhǎng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告可知，軟土路基的不同土層的承載能力存在較大差異，根據(jù)不同的軟土路基承載能力特點(diǎn)，確定樁基礎(chǔ)的持力端實(shí)踐長(zhǎng)度，實(shí)際樁長(zhǎng)，該路段位置的淤泥質(zhì)軟土的埋置深度介于3.5 m～7.5 m之間，CFG樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度均值為5.5 m，最大位置的樁長(zhǎng)為9.8 m，滿足CFG復(fù)合樁能夠穿過(guò)對(duì)應(yīng)位置的軟土層。

第二，CFG復(fù)合樁直徑設(shè)計(jì)。根據(jù)地質(zhì)勘察資料確定選用振動(dòng)沉管樁施工技術(shù)，沉管的直徑設(shè)計(jì)值為0.3 m，為了預(yù)留一定的承載裕度，將樁基礎(chǔ)的直徑值設(shè)定為0.4 m。

第三，CFG樁基礎(chǔ)間距。根據(jù)既有的工程經(jīng)驗(yàn)，選定樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)樁間距值以樁基礎(chǔ)直徑的4倍～5倍為宜，據(jù)此，樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)間距為1.5 m～2 m。

第四，CFG樁基礎(chǔ)強(qiáng)度等級(jí)。根據(jù)軟土地層的分布形式及相關(guān)參數(shù)，計(jì)算CFG樁基礎(chǔ)的承載能力標(biāo)準(zhǔn)值為220 kN，樁基礎(chǔ)的強(qiáng)度等級(jí)為5.5 MPa。綜合分析各種影響因素，最終確定的CFG復(fù)合樁的設(shè)計(jì)強(qiáng)度值為15 MPa。

第五，地下墊層厚度指標(biāo)。該設(shè)計(jì)路段的上部結(jié)構(gòu)屬于柔性路堤結(jié)構(gòu)，荷載類型為柔性荷載；其中，CFG復(fù)合樁的地基墊層厚度值取用值為0.4 m，擬選用施工區(qū)域周邊的河砂，降低后期軟土路基的處置難度和資金投入。

第六，CFG復(fù)合樁分布方式。該工程項(xiàng)目中選用截面為方形的滿堂分布方式。

3.3 復(fù)合式軟土路基計(jì)算

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，CFG復(fù)合樁地基承載能力計(jì)算選用以下計(jì)算公式：

其中，fspk為CFG復(fù)合樁基礎(chǔ)承載能力特征值，kPa；m為面積置換比例；Rα為單樁基礎(chǔ)豎向承載能力特征值，kN；Ap為樁基礎(chǔ)截面面積，m2；α為樁基礎(chǔ)強(qiáng)度提升系數(shù)；β為CFG復(fù)合樁承載能力折減系數(shù)值，位于0.7～0.85。

通過(guò)地質(zhì)勘察資料可知，該路段位置的天然承載能力均值為70 kPa，β=0.7，CFG復(fù)合樁間距值為1.5 m,1.8 m,2 m，得到對(duì)應(yīng)的樁基礎(chǔ)承載能力特征值分別為405 kPa,300 kPa,238 kPa。對(duì)應(yīng)標(biāo)段的軟土路基回填土厚度值為6.5 m，綜合分析路面承載能力、承載儲(chǔ)備，如果CFG樁基礎(chǔ)間距值為2 m，樁基礎(chǔ)的承載特征值為169 kPa，滿足設(shè)計(jì)容許值。

4 結(jié)語(yǔ)

軟土路基結(jié)構(gòu)具備天然含水率高、承載強(qiáng)度值較低、夯實(shí)整平成型難度大等特點(diǎn)，是決定公路施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在軟土路基設(shè)計(jì)實(shí)踐中，應(yīng)全面開(kāi)展地質(zhì)勘察工作，必須重視設(shè)計(jì)質(zhì)量和精度，做好路基綜合承載力、沉降值計(jì)算，確保后續(xù)施工、交竣工階段順利推進(jìn)。