譚化川 許源華 黨 政

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司 貴陽 550081)

在我國西南地區(qū)，軟土廣泛存在于內(nèi)地河湖、山間谷地，在該區(qū)域山區(qū)進行道路工程建設(shè)時，難免穿越軟土區(qū)域，須針對不同面積、不同厚度，以及不同性質(zhì)的軟土，結(jié)合工程的特點選擇橋、路基等形式穿過軟土。目前軟土的治理技術(shù)相對成熟，治理方法及施工工藝也相對多樣[1]。本文主要研究填方路基基底為軟土的情形，結(jié)合項目特點，研究剛性樁復(fù)合地基在軟土基底處治中的應(yīng)用。

1 工程概況

云南省某高速公路K10+658-K10+870段路基左側(cè)為填方路基，填筑于一山洼中，路基全長約220 m，填方設(shè)計坡比為1∶1.5～1∶1.75，左側(cè)最大填方高度22 m，原設(shè)計從造價及土石方調(diào)配情況來考慮，將該段道路設(shè)計為填方路基，以消耗棄方，減少投資。路基左側(cè)坡腳現(xiàn)存1條輸油管線與設(shè)計線位近平行布設(shè)，線路填方坡腳與輸油管線最小與距離約8 m，管徑300 mm，埋深約2 m，處于正常工作狀態(tài)。原設(shè)計填方坡腳設(shè)置6～10 m高路堤墻收坡保持與輸油管線的距離。

施工單位進場對該區(qū)域進行開挖后，現(xiàn)場揭示下挖5 m深度仍為軟土，場區(qū)積水。經(jīng)補勘，該段路基上覆淤泥質(zhì)黏土、含碎石粉質(zhì)黏土，物理力學參數(shù)低，路基填筑存在整體失穩(wěn)的風險，為確保路堤及輸油管線的安全，須對該路基基底的軟土進行加固處置。

2 軟土區(qū)形成背景及分布特點

2.1 軟土形成背景

場區(qū)位于滇中高原。地貌類型為侵蝕低中山地貌,水系屬長江流域金沙江水系。屬低緯度高原山地季風氣候,年平均降水量約為1 000.5 mm，全年干、濕季分明，年溫差不大而日溫差明顯。

場區(qū)位于揚子準地臺西部，微地貌地形起伏相對較大，且屬不均勻地基，故場區(qū)劃分為對建筑抗震不利地段。根據(jù)相關(guān)資料、規(guī)范，場區(qū)場地類別為II類，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震動峰值加速度為0.20g，場區(qū)地震基本烈度為VIII度。

2.2 工程地質(zhì)條件

場區(qū)覆蓋層有沖洪積層(Qal+pl)淤泥質(zhì)黏土：灰、灰黑色，軟塑狀，飽水，含少量水草腐植物根莖，具腥臭味，分部在場區(qū)洼地，鉆孔揭露厚度0.0～17.0 m。該淤泥質(zhì)黏土重度γ=17 kN/m3，飽水狀態(tài)下黏聚力c=12 kPa， 內(nèi)摩擦角φ=5°，地基容許承載力[fa0]=60 kPa，壓縮模量E=3.5 MPa，工程地質(zhì)條件較差，在工程狀態(tài)下極易產(chǎn)生塑性變形或構(gòu)造物的不均勻沉降，填方路堤存在沿該層失穩(wěn)的風險。

場區(qū)周邊坡面覆蓋層為殘坡積層(Qel+dl)碎石土：褐黃色、黃色，稍濕、稍密，碎石成份主要為砂巖、泥巖，粒徑0.5～15 cm，含量65%，場區(qū)附近均有分布，厚度0.0～10.0 m。正常工況下，碎石土層重度γ=19 kN/m3，黏聚力c=14 kPa， 內(nèi)摩擦角φ=18°，地基容許承載力[fa0]=300 kPa。

場區(qū)下伏基巖為泥盆系上統(tǒng)宰格組(D3z)白云巖、泥盆系中統(tǒng)?？诮M(D2h)砂巖。根據(jù)巖體的節(jié)理、裂隙發(fā)育特征、巖體完整程度、軟硬程度、風化程度，將基巖劃分為強、中風化2層，巖土力學特征較好。

3 填方路堤穩(wěn)定性評價

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及勘察資料，參照國內(nèi)相關(guān)工程技術(shù)規(guī)范[2]，對該段路基選取典型剖面采用簡化Bishop法進行填方路基和地基的穩(wěn)定性計算，計算斷面見圖1，路堤沿軟弱層滑動的穩(wěn)定性計算采用安全系數(shù)為正常工況1.3、暴雨工況1.2，地震工況1.15。

根據(jù)填方邊坡坡形特征及工程地質(zhì)條件，結(jié)合計算分析及工程類比，該邊坡可能為填方體沿基底軟弱層整體剪出破壞，采用圓弧滑動法對各種破壞形式潛在滑動面進行自動搜索，得到最危險潛在滑動面。本文使用“理正巖土”軟件對路堤進行穩(wěn)定性計算。

圖1 典型計算斷面圖(尺寸單位：m)

在正常工況、暴雨工況、地震工況下通過理正軟件自動搜索計算斷面的最不利滑動面，斷面穩(wěn)定性計算結(jié)果見表1。

表1 填方路堤剖面剩余下滑力(治理前)

由表1可見，邊坡在防護前，填方路堤在正常工況、暴雨工況和地震工況下最不利滑動面系數(shù)均小于1，填方路堤填筑后均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，采用規(guī)范規(guī)定的路堤穩(wěn)定性系數(shù)計算路堤在不同工況下剩余下滑力均大于5 000 kN,采用常規(guī)的軟土換填、坡腳支擋等方案難以達到治理效果，由于坡腳外側(cè)附近還存在輸油管線，因此，軟土基底治理的方案既要保證填方路基填筑后的整體穩(wěn)定，還要保證施工過程中不能對土體形成大的擾動，確保輸油管線不受影響。

4 軟土加固治理方案研究

4.1 治理方案選取

軟土地基的治理，可根據(jù)厚度劃分為淺層軟土(≤于3 m)和深層軟土(>3 m)[3]，由于淺層軟土固結(jié)沉降量小，滑動破壞的危險性一般也較小，主要以砂墊層法、穩(wěn)定劑處治法、換填法、強夯法、反壓護道法、拋石擠淤法等為主；而對于深層軟土層，一般使用垂直排水、擠實砂樁、樁基復(fù)合地基等方法配合淺層處理方法來進行[4-5]。

本文所研究的填方路堤基底軟土厚度為6～18 m，屬深層軟土，換填、強夯等方法難以達到治理的效果；又受輸油管線的影響，無法對填方路基采取反壓護道、拋石擠淤等方法進行治理；為避免施工過程中施工振動對輸油管線結(jié)構(gòu)的破壞，須選用對周邊土體影響較小的旋挖灌注樁或長螺旋灌注樁的施工工藝。在CFG樁與剛性樁2種類型的選擇上，由于工地附近難以購買到粉煤灰，現(xiàn)場施工工期緊，綜合各方面因素，經(jīng)計算，本段軟土基底選擇C25素混凝土灌注樁復(fù)合地基處治方案，采用長螺旋鉆進施工對該段軟土基底進行施工。

4.2 方案研究及計算

研究的填方路基在坡腳處設(shè)置了擋墻收坡，避免路基放坡壓覆輸油管線，因此軟土基底治理劃分為2部分：①填方體治理區(qū)域；②路堤墻基礎(chǔ)治理區(qū)域。具體區(qū)域劃分見圖2。調(diào)整后擋墻高度5～7 m，擋墻地基承載力須大于230 kPa，擋墻區(qū)域設(shè)置0.5 m孔徑C25素混凝土樁基，樁間距1.5 m，正三角形布置，樁基置換率為0.1，擋墻區(qū)域有效樁長≥4 m，樁基嵌入基巖不小于1.0 m；填方區(qū)域設(shè)置0.5 m孔徑C25素混凝土樁基，樁間距2.0 m，正方形布置，樁基置換率為0.049，路基區(qū)域有效樁長≥6 m，樁基嵌入基巖不小于1.0 m。

圖2 軟土治理區(qū)域劃分平面圖

樁基參數(shù)中剛性樁的綜合抗剪強度τ1可取28 d無側(cè)限抗壓強度的1/2， C25素混凝土樁的設(shè)計抗壓強度為11.9 MPa，其綜合抗剪強度τ1為5 950 kPa。經(jīng)計算，擋墻區(qū)域復(fù)合地基的綜合抗剪強度τ2為：5 950 kPa×0.10=595 kPa，填方體區(qū)域復(fù)合地基綜合抗剪強度τ3為5 950 kPa×0.049=291 kPa。考慮到樁周土地質(zhì)條件差，受剪時樁與樁周土存在相對位移，同時成樁過程中存在縮徑、斷樁的可能，根據(jù)西南山區(qū)復(fù)合地基成樁經(jīng)驗，綜合抗剪強度按照0.7進行折減，復(fù)合地基整體抗剪強度分別為τ2=416，τ3=203 kPa。

采用簡化Bishop法對治理后的填方路基和地基進行穩(wěn)定性計算，計算斷面見圖1，根據(jù)上文的研究，治理方案中軟土基底治理區(qū)域劃分為擋墻治理區(qū)(擋墻基礎(chǔ)下伏軟土基底)及填方路基治理區(qū)(除擋墻治理范圍以外的填方區(qū))，計算時將橫斷面中設(shè)置C25素混凝土樁區(qū)域的計算抗剪指標參數(shù)由黏聚力c、 內(nèi)摩擦角φ替換為十字板不排水抗剪強度τ進行穩(wěn)定性驗算，擋墻治理區(qū)及路基治理區(qū)的復(fù)合地基抗剪強度τ2、τ3分別為416，203 kPa，采用理正巖土軟件計算不同工況下剩余下滑力值。

軟土地基經(jīng)過治理后，根據(jù)GB/T 50783-2012要求計算得出：C25素混凝土樁單樁承載力標準值≥640 kN，設(shè)計復(fù)合地基填方區(qū)承載力標準值≥0.20 MPa，擋墻區(qū)承載力標準值≥0.25 MPa，處治后的地基承載力均能滿足擋墻及填方路堤的要求；典型斷面整體穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2。

表2 填方路堤剖面剩余下滑力(治理前后對比)

由表2可見，橫斷面在各種工況下剩余下滑力均小于0，治理后路基和地基處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，達到了路基的治理效果，且采用長螺旋灌注樁進行施工對周邊土體擾動小，可確保輸油管線的正常運營；因此，該段軟土路基采用設(shè)置C25素混凝土樁復(fù)合地基的治理方案是可行的。

4.3 方案實施注意事項

樁施工前必須先進行成樁試驗，樁孔內(nèi)灌入的混凝土量按每根樁填料量的1.2倍計。樁施工應(yīng)由路中線向填方邊緣兩側(cè)進行，先施工填方區(qū)域樁基，后施工擋墻區(qū)域樁基，施工過程中要對輸油管線附近場地進行監(jiān)測，防止施工擾動對輸油管線造成影響。樁施工前應(yīng)對場地回填0.5 m挖方石渣預(yù)壓，施工完成后在樁基頂部鋪墊一層0.3 m厚的碎石褥墊層，壓實度不小于93%。在填方區(qū)軟墊層頂面鋪設(shè)一層土工格柵，在陡斜坡面超挖4 m反向平臺。填方體填料采用巖土力學性質(zhì)較好的挖方石渣填筑，分層鋪填，采用大噸位壓路機碾壓壓實，填筑至路床時，在路床范圍設(shè)置2層土工格柵，以降低路基不均勻沉降。

5 結(jié)語

1) 軟土基底處治在工程建設(shè)中常見，須在勘察設(shè)計階段做好勘察設(shè)計工作，對治理方案進行合理的比選；在施工階段保證施工質(zhì)量，避免給后期運營遺留病害。

2) 本文中軟土層厚度大，同時受輸油管線的影響，既要保證路基的穩(wěn)定，又要保證輸油管線的安全，軟土治理的條件限制大；經(jīng)比選確定采用C25素混凝土樁復(fù)合地基方案加固土體，并采用長螺旋灌注樁工藝，滿足現(xiàn)場施工條件的需求。

3) 復(fù)合地基施工完成以后，在樁基頂部鋪墊一層0.3 m厚的碎石褥墊層，并在墊層頂面鋪設(shè)一層土工格柵，在陡斜坡面超挖4 m平臺臺階，且在路床范圍設(shè)置2層土工格柵，增強路堤的整體穩(wěn)定性，減小不均勻沉降，達到深層治理+淺層處理的目的。

4) 本文軟土路基的治理，不僅豐富了軟土路基治理的案例，也可為后期其他工程遇類似的情況提供參考。