盧志偉

（漳州通正勘測設(shè)計院有限公司，漳州 363000）

0 引言

本項目填土路堤下伏流塑狀飽和軟黏土， 這些軟土具有壓縮模量小、孔隙比大、透水性差、力學強度低等特點。通過對本項目鄰近已運營道路調(diào)查發(fā)現(xiàn)，軟土地區(qū)道路存在著顯著的不均勻沉降， 特別是在雨水管檢查井和涵洞通道等鄰近構(gòu)造物附近尤為明顯。因此，為了減少公路運營期間的病害，必須采用軟基處理。

軟土地層常用的軟基處理方法有換填、壓實和強夯、預壓和復合地基等， 這些方法已經(jīng)過大量的工程實踐驗證其有效性[1-3]。 本項目途經(jīng)線路涉及到一處軟土地層填方路堤的問題，并且鄰近橋臺，為了比選出最佳的軟基處理方法，選取載預壓+塑料排水板、水泥土攪拌樁、PTC 管樁三個方案，綜合考慮工程造價、穩(wěn)定性、工后沉降和工期，比選出合適的處理方案。本文的研究成果具有一定的工程意義， 可為在類似沿海軟土地區(qū)軟基處理方案選擇提供參考和借鑒。

1 工程概況

1.1 工程基本情況

該項目采用二級公路標準，設(shè)計速度60km/h，雙向六車道，路基寬度60m。本段軟基處理厚度為12～16m，路堤填高為5～7.2m，鄰近橋臺路段工后沉降標準為0.2m[4]，工期為5～7 個月。 由于處理軟土深度較深， 路堤填高較大，因此合理地選擇軟基處理方案，對節(jié)省工程造價、保證工期和控制沉降具有重要的意義。

1.2 地形地貌及軟土工程特性

項目所處場地屬河流沖洪積地貌， 現(xiàn)狀主要為居民區(qū)、耕地、魚塘及河流等，水系發(fā)育，植被一般發(fā)育。 場地所處區(qū)域地勢總體較平緩。

軟基路段表層覆蓋層為耕土，無硬殼層，地基土層分布從上至下依次為：耕土或素填土、淤泥質(zhì)土或淤泥、粉質(zhì)粘土、粗砂、殘積砂質(zhì)粘性土、全風化花崗巖、散體狀強風化花崗巖；淤泥質(zhì)土或淤泥，具有壓縮模量小、孔隙比大、透水性差和力學強度低等特點。土體物理力學指標如表1 所示，工程地質(zhì)剖面如圖1 所示。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

2 軟基處理方案選擇

軟土地基具有強度低、壓縮性大、含水量高、滲透性差以及沉降隨時間發(fā)展緩慢等特點，若對軟基處理不當，有可能對運營道路產(chǎn)生較多病害，如道路沉陷、開裂和橋頭跳車等問題，甚至可能導致路基失穩(wěn)。 因此，軟基處理主要需要考慮工后沉降和穩(wěn)定性兩個問題， 常用的軟基處理方法有換填、預壓、夯實以及復合地基等，相對來說，復合地基處理效果好，而換填和預壓等造價低。因此在實踐中，往往需要綜合考慮處理效果和工程造價等問題，達到經(jīng)濟合理的效果。

表1 軟弱土物理力學指標及樁基設(shè)計參數(shù)建議取值表

本項目填方路段為軟土地基，并且靠近橋臺，宜進行軟基處理來減少沉降和提高地基承載力， 避免后期病害的產(chǎn)生。 該項目為縣道，考慮到工程造價、軟土厚度和鄰近橋臺的工程實際，采用換填和強夯難以到達要求，本文擬選擇工程造價較低的堆載預壓+塑料排水板，造價相對較高的水泥土攪拌樁以及處理效果最好但造價最高的剛性樁來進行比選。 此外， 受限于工期要求和成孔難易程度，采用鉆孔灌注樁施工速度慢，且成孔難，故采用施工速度快，施工工藝成熟的PTC 管樁，如表2 所示。

表2 軟基處理方案對比

3 軟基處理影響因素分析

3.1 有限元模型建立

為了分析堆載預壓+塑料排水板、 水泥土攪拌樁和PTC 管樁有無樁頂連系梁在該地層的適用性， 本文采用有限元軟件Plaxis 進行模擬。

（1）模型幾何參數(shù)

假設(shè)路堤和地層是一個軸對稱問題， 僅需取一半進行分析。 路堤底部半寬取30m，坡率為1∶1.5，路堤高6m，模型總長為60m，忽略表層耕土的影響，僅考慮淤泥土，模型如圖2 所示。

圖2 計算模型

（2）方案設(shè)計

方案一： 采用堆載預壓+塑料排水板法進行地基處理， 堆載預壓采用等效外荷載進行模擬， 等效荷載取70kPa， 塑料排水板采用間距為1m 的排水通道進行模擬。預壓時間為1500 天，路堤填筑分四級，每一級填筑時間為5 天，每一級填筑后固結(jié)100 天填筑下一級。工后沉降為路堤施工完成后15 年的殘余沉降。

方案二：采用水泥土攪拌樁法進行地基處理，樁間距為2m，樁徑0.5m，樁長按進入下層土2m 考慮，樁長為14m。 路堤填筑分四級，每填筑一級固結(jié)30 天后填筑下一級。 工后沉降為路堤施工完成后15 年的殘余沉降。

方案三： 采用PTC 管樁進行地基處理， 樁間距為2.5m，樁徑0.5m，壁厚7mm，樁長按進入下層土2m 考慮，樁長為14m。 路堤填筑分四級，每填筑一級固結(jié)30 天后填筑下一級。工后沉降為路堤施工完成后15 年的殘余沉降。 此外， 通過增設(shè)鋼筋混凝土樁頂連系梁 （尺寸為0.5m×0.5m）進行對比。

（3）計算參數(shù)

水泥土攪拌樁、PTC 管樁和連系梁按彈性板單元考慮， 土體按摩爾庫倫本構(gòu)模型考慮， 計算參數(shù)如表3 所示。

表3 計算參數(shù)

3.2 不同方案的影響因素分析

3.2.1 工期

根據(jù)測算，采用水泥土攪拌樁和PTC 樁的工期約為6～10 個月，攪拌樁和PTC 樁工期能夠滿足要求，但是堆載預壓+塑料排水板通過堆載預壓使得土體固結(jié)，其排水固結(jié)時間受到多種因素的制約， 并且滲流固結(jié)需要達到一定時間， 因此著重討論堆載預壓+塑料排水板法的工期。

圖3 堆載預壓后超靜孔隙水壓力

3.2.2 穩(wěn)定性

圖4 安全系數(shù)對比圖

圖5 穩(wěn)定性對比圖

3.2.3 工后沉降

堆載預壓+塑料排水板工后沉降最大，水泥土攪拌樁次之，PTC 管樁（連系梁）最小，如圖6 所示。 PTC 管樁（連系梁）工后沉降為17.2cm，因此PTC 管樁對于控制工后沉降最有利，在20cm 的控制標準要求下，只有增設(shè)樁頂連系梁的PTC 管樁復合地基符合要求。

圖7 是三種不同軟基處理方法的工后沉降圖， 從圖中可以看出，路堤的最大沉降均位于道路的中軸線上，隨著與坡腳距離的減小而減小。相較于堆載預壓，經(jīng)過水泥土攪拌樁和PTC 管樁處理后，路堤的應力擴散至更深的土層，通過樁身的分擔作用，淤泥層承受的荷載減小，使得工后沉降小于堆載預壓法。 此外， 與無樁頂連系梁相比，通過增加樁頂連系梁，增強了PTC 管樁復合地基整體抗變形能力，工后沉降減小約21%。

圖6 工后沉降對比圖

圖7 工后沉降對比圖

3.2.4 工程造價

經(jīng)過計算， 每平方米工程造價從低到高依次為堆載預壓+塑料排水板、水泥土攪拌樁、PTC 管樁（無連系梁）和PTC 管樁（連系梁）。 堆載預壓+塑料排水板工程造價約為水泥土攪拌樁的33%， 水泥土攪拌樁約為增加樁頂連系梁的PTC 管樁的56%。

3.3 軟基處理方案的適用性分析

通過3.2 節(jié)對三個方案的工期、穩(wěn)定性、工后沉降和工程造價的影響分析表明， 在本工程的路堤填高和軟土厚度下，堆載預壓+塑料排水板工后沉降已超過0.3m，且工期很長，已不適用于普通路基和鄰近構(gòu)筑物的路基。水泥土攪拌樁和PTC 管樁（無連系梁）工后沉降在0.2m 至0.3m 之間，本工程鄰近橋臺，不滿足工后沉降的控制標準。 增設(shè)樁頂連系梁PTC 管樁對工后沉降控制最有利但是工程造價最高。

基于上述的研究， 提出適用于本工程的軟基處理方法。由于軟基處理段落鄰近橋臺，其主要控制因素為工后沉降，水泥土攪拌樁和PTC 管樁（無連系梁）工后沉降不符合要求。因此，綜合考慮工期、穩(wěn)定性和工后沉降，對于工后沉降控制嚴格的靠近橋臺段僅有采用增設(shè)樁頂連系梁的PTC 管樁復合地基才能符合要求，斷面圖如圖8 所示。

圖8 PTC 樁處理斷面圖

4 軟基處治效果

經(jīng)過不同方案的比選， 本項目選取了增設(shè)樁頂連系梁的PTC 管樁軟基處理方法，為了驗證軟基處理的有效性，選取了一個斷面進行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表4 所示。 監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，填土完成半年內(nèi)沉降變形顯著減小，沉降速率明顯收斂，效果明顯。

表4 軟基處理段典型斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)一覽表

5 結(jié)論

本文結(jié)合公路軟土地基處理工程， 選取3 種處理方案，綜合考慮了工期、穩(wěn)定性、工后沉降以及工程造價的影響，比選出適用于本工程的軟基處理方法，并通過對路堤填土完成半年內(nèi)的沉降進行監(jiān)測， 驗證了軟基處理的有效性。 本文主要得到以下結(jié)論：

(1)水泥土攪拌樁對控制工后沉降效果良好，其工程造價低于PTC 樁，在工期和工后沉降滿足的條件下盡可能采用， 但是其在鄰近構(gòu)筑物的情況下工后沉降不滿足要求。

(2)PTC 管樁對于控制工后沉降效果顯著， 且施工質(zhì)量容易控制，但是工程造價遠大于水泥土攪拌樁，宜用于對沉降敏感的鄰近構(gòu)筑物段落。

(3)通過增加樁頂連系梁，PTC 管樁復合地基可以提高整體的抗變形能力，對工后沉降和穩(wěn)定性均有提高。