孟俊倉(cāng)、沈良軍

[昆明市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，云南昆明 650228]

1 研究背景

昆明滇池周邊區(qū)域沼澤化發(fā)展趨勢(shì)明顯，根據(jù)地勘資料表明淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭質(zhì)土、粉土、黏土等分布較廣，沿豎向交替發(fā)育，規(guī)律性不強(qiáng)，土層基本為中高壓縮性土層。市政道路在填方荷載、車輛荷載、自然因素影響下常會(huì)引起道路的沉降，由于道路過大沉降或不均勻沉降會(huì)導(dǎo)致道路下市政管線的拉裂乃至拉斷而造成波浪形地面等病害，為人民的出行帶來極大的不便。因此，必要的路基加固可以減少道路沉降的可能性，以確保人民出行安全。

2 工程概述

2.1 項(xiàng)目概況

昆明滇池周邊區(qū)域官渡文化生態(tài)城新城某道路，道路長(zhǎng)度約1.5km，道路等級(jí)為城市次干路，道路紅線路寬度30m，道路設(shè)計(jì)速度40km/h。道路全線填方約1～3m。道路路基擬加固方案：CFG 樁加固，樁徑0.5m，樁長(zhǎng)16m,樁間距為1.5m，承載力要求大于或等于120kPa，工后沉降允許變形小于或等于200mm。

2.2 地質(zhì)概況

特征自上而下概述如下（見表1、表2）。

表1 土層天然力學(xué)參數(shù)

表2 土層設(shè)計(jì)力學(xué)參數(shù)

2.2.1 第四系人工堆積（Qml）層

①1層——雜填土：褐黃、褐灰色，稍濕，松散狀態(tài)，主要成分為黏性土，含少量植物根系及少量碎石，局部夾有建筑垃圾、生活垃圾，場(chǎng)地內(nèi)除ZK09、ZK10 號(hào)鉆孔未揭露，其余勘察區(qū)域均有分布，層厚2.8～6.9m，層頂標(biāo)高介于1889.01～1890.77m 之間，為人工棄土，未經(jīng)分層碾壓。

2.2.2 第四系沖積層(Q4al)層

②1層——粉質(zhì)黏土:褐黃、淺黃色，稍濕，以硬塑狀態(tài)為主，局部為軟塑狀態(tài)，干強(qiáng)度及韌性中等，無光澤，壓縮性為中偏高，場(chǎng)地內(nèi)區(qū)域均有分布，層厚在1.5～7.2m，層頂標(biāo)高介于1882.11～1887.34m 之間。

②2層——泥炭質(zhì)土：黑、深灰色，濕，以軟塑狀態(tài)為主，含有大量腐物，壓縮性為高壓縮，場(chǎng)地內(nèi)區(qū)域均有分布，層厚0.9～7.5m，層頂標(biāo)高介于1871.71～1883.11m 之間，局部夾薄層粉土。

②21層——粉質(zhì)黏土：藍(lán)灰、淺藍(lán)灰色，以軟塑狀態(tài)為主，局部為可塑狀態(tài)，含鈣質(zhì)結(jié)核，局部夾有粉土、粉砂，層厚0.6～3.2m，層頂標(biāo)高介于1874.71～1878.35m 之間，局部夾薄層粉土。

2.2.3 第四系湖沼相沉積層(Q4l+h)

③1層——粉質(zhì)黏土：藍(lán)灰色，稍濕，以硬塑狀態(tài)為主，干強(qiáng)度及韌性中等，無光澤，壓縮性為中偏高，場(chǎng)地內(nèi)區(qū)域均有分布，層厚0.6～14.6m，層頂標(biāo)高介于1852.43～1874.77m 之間。

③11層——粉土：灰、灰白色，稍密，局部夾粉砂，層厚1.0～2.8m，層頂標(biāo)高介于1858.43～1872.07m之間。

③12層——泥炭質(zhì)土：黑、深灰色，濕，以軟塑狀態(tài)為主，含有大量腐物，壓縮性為高壓縮，場(chǎng)地內(nèi)局部區(qū)域有分布，層厚0.5～4.4m，層頂標(biāo)高介于1856.66～1866.35m 之間，局部夾薄層粉土。

2.3 巖土參數(shù)評(píng)價(jià)

根據(jù)地勘參數(shù)可知，該場(chǎng)地內(nèi)①1層雜填土層厚2.8～6.9m，且下部存在粉質(zhì)黏土、泥炭質(zhì)土、黏性土等壓縮系數(shù)a1-2均大于0.5MPa-1，壓縮模量ES1-2均小于5MPa，屬于高壓縮性土，如在天然地基上修筑道路，在道路上部荷載、車輛荷載、自然因素影響下常會(huì)產(chǎn)生巨大沉降。下面通過計(jì)算說明道路天然路基沉降，并對(duì)計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)承載力試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，總結(jié)該區(qū)域計(jì)算分析方法存在誤差的原因及計(jì)算結(jié)果的可靠性。

3 設(shè)計(jì)方案思考與計(jì)算方法分析

3.1 設(shè)計(jì)方案思考

考慮到此次道路①1層雜填土厚度為2.8～6.9m,雜填土厚度較厚，為松散狀態(tài)，主要成分為黏性土，含少量植物根系及碎石，局部夾有建筑垃圾、生活垃圾，力學(xué)性質(zhì)差，且下臥層均為高壓縮性土，一般淺層處理不經(jīng)濟(jì)且不能有效解決道路的沉降問題，此次路基加固方案采用深層處理方案。

通過在該區(qū)域的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和參考周邊道路的路基處理方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和加固效果對(duì)比，此次路基加固方案采用CFG 進(jìn)行路基深層加固，承載力要求大于或等于120kPa,工后沉降允許變形小于或等于200mm。

3.2 計(jì)算方法分析

3.2.1 天然地基計(jì)算方法分析

其一，根據(jù)填方高度確定路基附加應(yīng)力p0。

其二，根據(jù)公式（1）確定路基沉降計(jì)算深度[1]：

其三，根據(jù)公式（2）采用分層組合法進(jìn)行天然地基沉降計(jì)算：

其四，根據(jù)公式（3）天然土層壓縮模量當(dāng)量值計(jì)算：

其五，根據(jù)公式（3）壓縮模量當(dāng)量值計(jì)算結(jié)果確定沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs。

其六，根據(jù)公式（4）確定土層的最終沉降量

天然土層計(jì)算結(jié)果分析：根據(jù)以上6 個(gè)步驟對(duì)道路最不利鉆孔27 位置的計(jì)算分析該處天然沉降360mm。考慮到該處位于橋臺(tái)與路堤相鄰處，結(jié)合依據(jù)《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 194—2013）中表6.2.8 的要求，路基容許工后沉降變形小于或等于200mm。天然地基沉降不滿足規(guī)范要求，此次采用CFG 樁對(duì)路基進(jìn)行深層加固處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地層情況及天然地基計(jì)算結(jié)果，此次初步確定CFG 樁加固方案為樁徑0.5m,樁長(zhǎng)16m,樁間距為1.5m。

3.2.2 復(fù)合地基計(jì)算方法分析

其一，根據(jù)公式（5）（6）（7）結(jié)合地勘參數(shù)確定單樁承載力極限值計(jì)算(kN)[2]：

式（5）中：Quk——單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；

Qsk——總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；

Qpk——總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）。

式（6）中：Quk——單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；

u——樁的周長(zhǎng)（m）；

qsik——樁側(cè)第i 層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；

li——樁側(cè)第i 層土的厚度（m）。

式（7）中：Qpk——總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；

Ap——樁端面積(m2)；

qpk——極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）。

其二，根據(jù)公式（8）確定單樁承載力特征值(kN)：

K——安全系數(shù)，取K=2；

其三，根據(jù)公式（9）確定復(fù)合承載力（kPa）[3]：

式（9）中：m——樁的面積置換率。

其四，根據(jù)公式（10）確定壓縮模量提高系數(shù)[4]。

其五，采用復(fù)合地基壓縮模量代替天然地基壓縮模量。采用天然地基(1-6)步驟計(jì)算復(fù)合地基沉降量值為190mm。計(jì)算結(jié)果滿足《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 194—2013）中表6.2.8 的要求，路基容許工后沉降變形小于或等于200mm 的要求。

其六，計(jì)算結(jié)果分析：該工程開工前進(jìn)行試樁，對(duì)單樁、復(fù)核地基承載力進(jìn)行試驗(yàn)，樁基破壞時(shí)復(fù)核地基承載力為特征值為128.6kPa,沉降值為178mm,滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，且與計(jì)算結(jié)果誤差為6.4%。

其七，誤差原因分析：

（1）地勘采樣對(duì)土體有一定的擾動(dòng)，地勘提供參數(shù)與實(shí)際有一定的出入。

（2）計(jì)算過程假定地基壓縮變形時(shí)，不發(fā)生側(cè)向膨脹，即完全側(cè)限條件下的壓縮指標(biāo)計(jì)算地基的沉降變形量。

（3）計(jì)算過程假定采用基底中心的附加應(yīng)力計(jì)算地基的變形量。

（4）由于地質(zhì)土層的復(fù)雜性，沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取值存在一定的誤差。

4 結(jié)語

利用昆明滇池周邊區(qū)域市政道路軟基CFG 樁加固案例進(jìn)行道路天然路基、復(fù)合地基沉降計(jì)算，并與現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，且計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差為6.4%，滿足工程需求，為后期該區(qū)域及國(guó)內(nèi)其他類似地質(zhì)情況市政道路軟基加固提供參考經(jīng)驗(yàn)。