蘇 鵬

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

高速公路受到路線走向、造價(jià)控制以及地質(zhì)條件等因素限制，局部路基段不可避免地會(huì)通過軟土地基，軟土地基具有天然含水率高、孔隙比大、承載能力低、壓縮系數(shù)大等特點(diǎn)，處治不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生較大沉降，造成路基路面結(jié)構(gòu)的整體破壞[1]。軟土地基采用單一樁基礎(chǔ)處理時(shí)往往不能同時(shí)兼顧安全和經(jīng)濟(jì)，因此需要采用多種樁型組合處理軟土地基，制定既安全又經(jīng)濟(jì)的軟土地基處治方案[2]。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某高速公路K27+020—K27+540段路基，填方高度12 m，地基地下水位較高，距原地面1 m，且地下水位下存在一層較軟的粉質(zhì)黏土，厚度10 m，該層粉質(zhì)黏土層埋深淺、厚度大、含水量大、壓縮性高嚴(yán)重影響該路段路基的地基穩(wěn)定性。

1.2 地層巖性

該高速路K27+020—K27+540段，位于嵐水河Ⅰ級(jí)階地區(qū)，地勢(shì)平坦。地層巖性從上至下為：

a）素填土（Q42ml）褐黃色，主要由粉土、粉質(zhì)黏土組成，局部夾粉砂，稍濕，稍密，厚度0.5～1.0 m。

b）粉土 黑褐色，可塑，厚度8～9 m，qsi=15 kPa。

c）卵石 灰褐色，稍密，潮濕-飽和，顆粒成份以砂巖為主，混合土充填，一般粒徑0.3～3.0 cm，最大5 cm，局部夾薄層細(xì)砂及黏性土，厚度 5～9 m，qp=400 kPa。

1.3 水文條件

擬建公路K27+020—K27+540段，位于嵐水河Ⅰ級(jí)階地區(qū)，地勢(shì)稍有起伏；勘探揭露的場(chǎng)地地下水類型為潛水。擬建場(chǎng)地地下水主要受河流徑流、大氣降水補(bǔ)給，以地下徑流、蒸發(fā)等方式排泄，勘察期間為豐水期，適逢雨季，受降雨影響較大。

2 處治方案確定

2.1 比選方案

b）根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）表7.7.1-2，高速公路橋臺(tái)與路堤相鄰處容許工后沉降≤0.1 m，涵洞、箱涵、通道處容許工后沉降≤0.2 m，一般路段容許工后沉降≤0.3 m，沉降需進(jìn)行控制[3]。

c）由于該段路基原地基承載能力低，且緊鄰橋臺(tái)工后沉降控制嚴(yán)格，擬采用以下兩個(gè)方案：

（a）方案一 采用直徑500 mm的CFG樁和直徑500 mm的振沖碎石樁正方形布置形成復(fù)合多樁地基進(jìn)行處理，樁長均嵌入卵石層0.5 m。

（b）方案二 采用直徑500 mm的CFG樁和直徑500 mm的高壓旋噴樁正方形布置形成復(fù)合多樁地基進(jìn)行處理，樁長均嵌入卵石層0.5 m。

2.2 承載能力計(jì)算

a）通過對(duì)第②層粉土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，通過原位試驗(yàn)測(cè)試其物理指標(biāo)如下：γw=20 kN/m3，γd=16 kN/m3，w=25%，e=0.7，Es=5.2 MPa，ωp=17%，ωl=27%，IP=9.8，Il=0.65，fak=100 kPa。

b）復(fù)合地基承載能力計(jì)算公式如下[4]：

（a）方案一 具有黏結(jié)強(qiáng)度的樁和散體材料樁組合形成的復(fù)合地基承載能力計(jì)算公式見式（1）～式（3），不同樁間距承載能力計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 CFG+碎石樁不同樁間距承載能力計(jì)算表

式中：m1、m2分別為樁 1、樁 2 的面積置換率；λ1、λ2分別為樁1、樁2的單樁承載能力發(fā)揮系數(shù)；Ra1、Ra2分別為樁1、樁2的單樁承載能力特征值，kN；Ap1、Ap2分別為樁1、樁2的截面積，m2；β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)；fak為原地基樁間土承載力特征值；fsk為處理后地基樁間土承載力特征值；fspk為多樁型復(fù)合地基承載能力特征值；n為復(fù)合地基樁土應(yīng)力比。

由計(jì)算結(jié)果可知，采用CFG+碎石樁組合形成復(fù)合地基時(shí)，樁間距s=1.65 m，復(fù)合地基承載能力fspk=232.2＞226.1 kPa，承載能力即可滿足設(shè)計(jì)要求。

（b）方案二 具有黏結(jié)強(qiáng)度的兩種樁組合形成的復(fù)合地基承載能力計(jì)算公式見式（4）～式（6），不同樁間距承載能力計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 CFG+旋噴樁不同樁間距承載能力計(jì)算表

式中符號(hào)意義同上。

由計(jì)算結(jié)果可知，采用CFG+旋噴樁組合形成復(fù)合地基時(shí)，樁間距s=2.25 m，復(fù)合地基承載能力fspk=232.3＞226.1 kPa，承載能力即可滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 工后沉降計(jì)算

工后沉降采用e-p曲線法，計(jì)算公式見式（7）～式（9），工后沉降變形計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 工后沉降變形計(jì)算表

式中：s為最終沉降量，m；n為土的分層；hi為土的分層厚度，m；Δpi為應(yīng)力增量，kPa；fak為原地基樁間土承載力特征值；fspk為多樁型復(fù)合地基承載能力特征值；Es為原地基壓縮模量，MPa；Esp為多樁型復(fù)合地基壓縮模量，MPa。

由沉降計(jì)算可知：

a）采用CFG+碎石樁組合形成復(fù)合地基時(shí)，樁間距 s=1.65 m時(shí)，復(fù)合地基承載能力fspk=232.2 kPa＞226.1 kPa滿足設(shè)計(jì)要求，沉降0.20 m＞sf=0.15 m＞0.10 m，滿足一般路段和通道涵洞處容許工后沉降設(shè)計(jì)要求，不滿足橋臺(tái)與路堤相鄰處容許工后沉降。當(dāng)樁間距s=1.25 m時(shí)，復(fù)合地基承載能力fspk=330.0 kPa＞226.1 kPa滿足設(shè)計(jì)要求，沉降sf=0.10 m≤0.10 m，滿足全部路段容許工后沉降設(shè)計(jì)要求。

b）采用CFG+旋噴樁組合形成復(fù)合地基時(shí)，樁間距 s=2.25 m時(shí)，復(fù)合地基承載能力fspk=232.3 kPa＞226.1 kPa滿足設(shè)計(jì)要求，沉降0.20 m＞sf=0.15 m＞0.10 m，滿足一般路段和通道涵洞處容許工后沉降設(shè)計(jì)要求，不滿足橋臺(tái)與路堤相鄰處容許工后沉降。當(dāng)樁間距s=1.5 m時(shí)，復(fù)合地基承載能力fspk=397.8 kPa＞226.1 kPa滿足設(shè)計(jì)要求，沉降sf=0.09 m≤0.10 m，滿足全部路段容許工后沉降設(shè)計(jì)要求。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

采用CFG+碎石樁組合形成復(fù)合地基時(shí)，分別對(duì)樁間距s=1.65 m和s=1.25 m進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，采用CFG+旋噴樁組合形成復(fù)合地基時(shí)，分別對(duì)樁間距s=2.25 m和s=1.5 m進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，通過對(duì)兩種樁型組合進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，確定最經(jīng)濟(jì)方案。經(jīng)濟(jì)效益分析對(duì)比表見表4。

表4 經(jīng)濟(jì)效益分析對(duì)比表

采用CFG+碎石樁組合形成復(fù)合地基時(shí)，總預(yù)算為2324.1+578.5=2902.6萬元；采用CFG+旋噴樁組合形成復(fù)合地基時(shí)，總預(yù)算為1847.6+593.9=2441.5萬元。采用CFG+旋噴樁組合形成復(fù)合地基時(shí)比采用CFG+碎石樁組合形成復(fù)合地基節(jié)省造價(jià)461.1萬元，節(jié)省比例18.9%.最終采用CFG+旋噴樁組合。

4 結(jié)語

a）對(duì)于高速公路軟土地基處理時(shí)，不僅要滿足地基承載能力的要求，而且要滿足工后沉降變形的要求。在滿足承載能力和工后沉降變形要求的前提下，高速公路軟土地基處理要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的多方案比選，最終確定最優(yōu)方案。

b）對(duì)于填土高度為12 m的高速公路路堤，在滿足地基承載能力和工后容許沉降的情況下，采用CFG樁和高壓旋噴樁形成復(fù)合多樁地基比采用CFG樁+振沖碎石樁更加經(jīng)濟(jì)合理。