李春香

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶市 401121）

0 引言

我國幅員遼闊、軟土分布十分廣泛，在東南沿海及長三角、珠三角地區(qū)，分布著大量高含水量、高壓縮性，但是承載力低、滲透性差的軟弱土層。這類土層排水固結(jié)慢，往往需要幾年甚至幾十年的時(shí)間完成沉降穩(wěn)定。因此，在軟土地基上修建道路，很難滿足強(qiáng)度與變形的要求，需經(jīng)過特定的路基處理方能滿足使用需求。目前，國內(nèi)軟土地基工程處理方法龐雜，這些方法有各自的作用機(jī)理和適用范圍，需綜合考慮地質(zhì)、上部結(jié)構(gòu)類型、使用要求、施工條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素[1]。該文通過江口橋工程的路基處理實(shí)例，對(duì)軟土地基處理方案的選擇做詳細(xì)的研究。

1 工程地質(zhì)概況

工程場地處于近山前平原區(qū)及山麓。場地內(nèi)以平原為主，地形較為平坦，地面標(biāo)高一般2.0～5.0 m。場地西北部為殘丘地貌，地勢較陡，地面標(biāo)高約5～50 m，山坡坡度約20℃～35℃。場地內(nèi)地表水以河水為主，水資源豐富，剡江為場地內(nèi)主要河流。

場地主要分布為軟土地基，表部為填筑土，厚度約0.6～7.1 m，雜色、松散，含少量黏性土填充，下伏軟-可塑狀粉質(zhì)黏土，厚度約0.4～1.7 m，黃灰-灰黃色，俗稱“硬殼層”，以下為軟土，厚度約5～18 m，以下為沖海積、沖洪積層礫砂、圓礫及風(fēng)化基巖。

測區(qū)內(nèi)地勢平坦，地下水埋深一般1.0～2.0 m。沿線特殊性巖土主要為上部軟土與填筑土；沿線未發(fā)現(xiàn)洞穴、崩坍、滑坡等較大的不良地質(zhì)現(xiàn)象，不良地質(zhì)作用不發(fā)育。場地位于建筑抗震烈度Ⅵ度區(qū)，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.05g，故不用對(duì)場地進(jìn)行地震液化判別。

2 軟土地基處理原則及處理標(biāo)準(zhǔn)

2.1 軟土地基處理原則

軟土路基處理方法多種多樣，在各種處理方法中，軟弱土層的工程特性、分布范圍及厚度，通常是一級(jí)公路路基處理首先考慮的重要因素。根據(jù)國內(nèi)外的工程經(jīng)驗(yàn)，軟基處理方法的選擇一般按照不處理—淺層處理方法—排水預(yù)壓方法—樁基方法的順序來考慮。不同的方法所解決的主要問題各異，但亦可針對(duì)某一地質(zhì)狀況同時(shí)采用幾種方法以起到綜合處理效果。本項(xiàng)目軟土地基處理方案的選擇遵循以下原則：

（1）根據(jù)沿線地形、地基土的工程性質(zhì)、路堤填筑高度、橋臺(tái)及不同路段的接坡位置、工期要求等采用不同的處理方法分段加固地基；

（2）處理方案的確定應(yīng)以減小路基總沉降量，減小橋臺(tái)與道路接坡的差異沉降，控制工后沉降為主要目的；

（3）經(jīng)濟(jì)可行、易于施工、質(zhì)量可控；（4）總工期能滿足進(jìn)度要求。

2.2 軟土地基處理標(biāo)準(zhǔn)

軟土地基處理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）執(zhí)行。軟土地基的處理是從穩(wěn)定、沉降及滿足結(jié)構(gòu)物的承載力要求等方面進(jìn)行分析。軟基處理以工后沉降及路基穩(wěn)定性為控制指標(biāo)，具體要求如下：

（1）本路段路面采用瀝青路面，其路面的設(shè)計(jì)使用年限為15 a，在路面的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)（15 a）路基所發(fā)生的殘余沉降為工后沉降，對(duì)于一般路段允許工后沉降不大于30 cm，橋臺(tái)和路堤相鄰處中小橋（臺(tái)后5～7 h），大橋（50 m范圍內(nèi)）允許工后沉降10 cm，箱型通道等構(gòu)造物處的允許工后沉降不大于20 cm，原有公路加寬段允許工后沉降5 cm。為保證沉降的緩和過渡，橋頭與一般路段間根據(jù)需要設(shè)置過渡段，過渡段一般為20～50 m[2]。

（2）穩(wěn)定驗(yàn)算的安全系數(shù)

穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，采用圓弧條分法按路堤施工期及公路營運(yùn)期的荷載分別計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)，施工期采用直接快剪（不固結(jié)不排水）指標(biāo)，按總應(yīng)力法計(jì)算，其容許值為1.10，運(yùn)營期采用固結(jié)快剪（固結(jié)不排水）指標(biāo)，按有效固結(jié)應(yīng)力法計(jì)算，其容許值為1.2[2]。

（3）沉降計(jì)算

路基沉降量采用分層綜合法（Es及e-P曲線）計(jì)算主固結(jié)沉降Sc，并采用沉降系數(shù)m對(duì)其進(jìn)行修正。沉降系數(shù)m為一經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與地基條件、荷載強(qiáng)度、加荷速率等因素有關(guān)，其范圍值為1.1～1.7。根據(jù)不同的地基條件、荷載強(qiáng)度以及處理方式等分別確定軟基計(jì)算用沉降系數(shù)m[2]。

壓縮層計(jì)算深度控制原則為計(jì)算層底面附加應(yīng)力與有效自重應(yīng)力之比不大于0.15，若確定后計(jì)算深度以下還有軟土層時(shí)，還應(yīng)繼續(xù)計(jì)算，對(duì)于淺薄層軟土路段，計(jì)算至相對(duì)硬層為止。地基固結(jié)度按太沙基固結(jié)理論計(jì)算[2]。

（4）加載速率

填筑速度由施工觀測控制：填土速率按路基中心沉降小于1.0 cm/d，邊樁水平位移不大于0.5 cm/d控制。對(duì)于最高填土填筑期一般不超過9個(gè)月，其加載速度以25 cm/周控制。對(duì)于復(fù)合地基處理的路段亦可采用分級(jí)填筑預(yù)壓，分級(jí)填土?xí)r間間隔必須也滿足上述沉降和穩(wěn)定的要求[2]。

3 軟土地基處理方案設(shè)計(jì)

針對(duì)本項(xiàng)目特點(diǎn)，選用幾種常規(guī)軟基處理方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，見表1。

3.1 一般路段

一般路段路基填土高度不大于2.5 m，采用排水板＋超載預(yù)壓或者真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓對(duì)于施工工藝要求較高，且費(fèi)用較高，故不推薦使用。鑒于本工程中主橋的建設(shè)工期約為二十四個(gè)月，因此考慮在橋梁建設(shè)期間內(nèi)同步進(jìn)行路基施工，待路基填筑完成后采用堆載預(yù)壓，自然沉降。預(yù)壓時(shí)間不小于9個(gè)月，經(jīng)計(jì)算工后沉降可滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 臨河路段和橋后路段（箱涵后）

表1 地勘土體參數(shù)表

為控制橋后路段和臨河路段的工后沉降，本項(xiàng)目推薦采用復(fù)合地基法對(duì)橋后路段及臨河路段進(jìn)行加固。復(fù)合地基法既可減少總沉降量，又不需要較長的預(yù)壓期，對(duì)提高地基承載力效果很好。

3.2.1 預(yù)應(yīng)力管樁（PC樁）

預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計(jì)思路是利用樁基減少路堤的總沉降來達(dá)到控制路堤的工后沉降。具體設(shè)計(jì)是在軟土地基中按一定間距打設(shè)剛性樁，剛性樁頂端布置相應(yīng)的樁帽，在樁帽頂面鋪設(shè)土工格柵加筋墊層。路堤的荷載通過土工格柵加筋墊層作用于樁帽，然后傳遞至樁身，形成一個(gè)相互作用受力體系，通過該作用體系，通常沉降很小。目前，該工法的應(yīng)用越來越多。采用預(yù)應(yīng)力管樁施工速度快，施工質(zhì)量容易控制，處理深度不受限制，處理效果好。但是費(fèi)用較高，施工過程中對(duì)周邊建筑和管線有振動(dòng)影響。在場地允許的情況下，應(yīng)采用靜壓法沉樁。

3.2.2 釘形雙向水泥攪拌樁

常規(guī)的水泥攪拌樁存在均勻性差，漿液上冒、受力不合理、經(jīng)濟(jì)效益低等問題。釘形水泥土攪拌樁是針對(duì)現(xiàn)行攪拌樁存在的問題，對(duì)施工機(jī)械和工藝的一次改進(jìn)，已獲得國家發(fā)明專利，被廣泛的運(yùn)用于公路及市政工程。其原理是采用同心雙軸鉆桿，在內(nèi)鉆桿上設(shè)置正向旋轉(zhuǎn)葉片并設(shè)置噴漿口，在外鉆桿上安裝反向旋轉(zhuǎn)葉片，通過外桿上葉片反向旋轉(zhuǎn)過程中的壓漿作用和正反向旋轉(zhuǎn)葉片同時(shí)雙向攪拌水泥土的作用，利用水泥或水泥砂漿作為固化劑，在地基深處就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，使土體與固化劑發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)、形成具有整體性、水穩(wěn)定性和較強(qiáng)高度的水泥土加固體。并且由于同心雙軸內(nèi)外鉆桿同時(shí)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，可以充分?jǐn)嚢柰馏w及阻斷泥漿上冒通道，有效改善復(fù)合地基的承載特性，充分發(fā)揮地基土體與增強(qiáng)體兩部分的承擔(dān)荷載的潛能。

釘形雙向水泥攪拌樁雖然工藝改進(jìn)明顯，但是在實(shí)際施工過程中，仍然受到水泥噴入量、噴漿壓力及施工水平等各種因素控制，需要加強(qiáng)監(jiān)管。

3.2.3 螺紋塑料套管現(xiàn)澆混凝土樁（TC樁）

螺紋塑料套管現(xiàn)澆混凝土樁（TC樁）是借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上消化和吸收后發(fā)展起來的，并且對(duì)其材料、工藝和設(shè)備進(jìn)行了重新開發(fā)和改進(jìn)，使之成為更加適合我國國情便于國內(nèi)推廣應(yīng)用的新型地基加固方法。

TC樁優(yōu)點(diǎn)在于：

由于套管的存在，避免斷樁等質(zhì)量事故，樁身完整性好，質(zhì)量可靠；

沒有充盈系數(shù)，混凝土用量可以控制，節(jié)約造價(jià)；

提高了施工速度，降低了施工費(fèi)用；

套管里是一個(gè)密閉空間，澆筑混凝土?xí)r可保證不受地基中土、水的影響，而保證混凝土的澆筑質(zhì)量；

其專用套管（單壁螺紋型塑料套管）表面帶有螺紋，這樣與表面光滑的預(yù)應(yīng)力管樁等相比有較大的樁側(cè)摩阻力和承載力。

TC樁缺點(diǎn)：

樁徑?。ㄒ话銥?.16 m），樁的長細(xì)比大。最大處理深度不超過25 m，最佳處理長度為16～20 m，超過20 m后，施工難度大，樁端最好能進(jìn)入較好的土層。

3.2.4 螺紋塑料套管現(xiàn)澆混凝土樁（TC樁）

帶受力盤TC樁是針對(duì)TC樁樁徑小，樁的長細(xì)比大，樁長受限，樁端最好進(jìn)入持力層的缺點(diǎn)改進(jìn)的，即在螺紋管放入鋼管之前，在螺紋管上每隔1～2 m間距設(shè)置一個(gè)塑料受力盤。然后再用較大直徑的鋼管把帶受力盤的螺紋管打到地下，完成打設(shè)后在螺紋管內(nèi)澆注鋼筋混凝土。

該工藝已經(jīng)在臨港新城其他工程中應(yīng)用。

帶受力盤TC樁優(yōu)點(diǎn)：

該工藝改進(jìn)增大了樁徑，減小長細(xì)比，處理深度可達(dá)30 m。

相當(dāng)于讓TC樁每隔1～2 m就受到一個(gè)樁端承載力，大大提高了樁的承載力。

帶受力盤TC樁缺點(diǎn)：

周圍土體回復(fù)較慢，28 d承載力檢測值偏小，但28 d后承載力仍有較大幅度地提高。

樁的極限承載力受混凝土強(qiáng)度控制，混凝土標(biāo)號(hào)要求較高，需要C40甚至C50混凝土。

3.3 軟基處理方案確定

根據(jù)本工程沿線地基土的工程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)填土路堤高度及施工期限，結(jié)合項(xiàng)目所在地成熟的施工經(jīng)驗(yàn)，推薦如下方案：

3.3.1 橋頭路段及箱涵后軟基處理

（1）橋頭路段及箱涵后處理位于老路改建路段

老路改建路段，水泥攪拌樁較難施工。由于路基沉降基本趨于穩(wěn)定，因此，對(duì)老路翻挖后，采用輕質(zhì)材料填筑路堤。由于采用粉煤灰填筑路堤時(shí)容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，因此推薦采用泡沫混凝土作為老路改建路段橋頭和箱涵后回填的輕質(zhì)材料。泡沫混凝土性能要求：泡沫混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不小于F1.0，表觀密度等級(jí)不小于D800；流動(dòng)度為180±20 mm。

（2）橋頭路段及箱涵后處理位于新建路段

根據(jù)地勘報(bào)告，橋頭路段及箱涵后軟土處理深度不超過16 m，因此采用釘形雙向水泥攪拌樁，直徑60 cm，平面梅花形布置，樁間距1.8 m。上部采用擴(kuò)大頭5 m，直徑1.0 m。樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度1.0 MPa。處理范圍約為臺(tái)后40 m，其中靠近橋頭20 m為軟基處理加固段，樁長16 m，為保證橋頭路基沉降均勻過渡，在加固段外設(shè)置20 m過渡段，樁長13 m。臺(tái)后、涵身背后和涵洞頂部采用滲透性好的級(jí)配碎石回填。

3.3.2 臨河段軟基處理

根據(jù)地勘報(bào)告，臨河路段淤泥層較厚，樁處理深度需達(dá)到22 m，不適宜采用水泥攪拌樁和普通TC樁進(jìn)行軟基處理，臨河段軟基處理采用預(yù)應(yīng)力管樁（PC樁）或帶受力盤的TC樁進(jìn)行比選，見圖1、圖 2 及表 2。

圖1 預(yù)應(yīng)力管樁（PC樁）

圖2 TC樁

結(jié)合奉化同類項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)及當(dāng)?shù)厥┕ぜ夹g(shù)水平，臨河段采用預(yù)應(yīng)力管樁（PC樁）處理。直徑40 cm，壁厚95 mm。其具體規(guī)格和技術(shù)指標(biāo)參見浙江省建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)圖集“先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁”（2010浙 G22）中的 PC-400A（95）型。每根管樁包含接樁和開口型樁尖，樁帽采用C30混凝土，樁帽含與管樁的連接，其樁帽尺寸為120 cm×120 cm×35 cm[3]。為保證臨河路段與非臨河路段均勻沉降，分別采用22 m、20 m、18 m的樁長進(jìn)行過渡。

表2 PC樁和TC樁比較表

4 結(jié)語

該文根據(jù)實(shí)體工程中軟基處理方案，比較分析了不同處理方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，并得出以下結(jié)論：

（1）軟土分布區(qū)域及處理位置將直接影響處理方案的確定，該文主要按一般路段，臨河路段、橋頭及箱涵臺(tái)背路段進(jìn)行了討論。

（2）軟基處理方案的確定，需要綜合考慮各方因素，實(shí)際工程中，土體厚度，工期特點(diǎn)，造價(jià)，施工難易程度及工程所在區(qū)域的施工技術(shù)水平都會(huì)直接影響工程方案的確定。

（3）合理的處理方案，在提高土基承載力的同時(shí)，還可以縮短工期、節(jié)約工程投入資金。