陳愿CHEN Yuan

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

0 引言

軟土是軟弱粘性土的簡稱，主要是海相、河相、湖相的沉積物，基本處于飽和狀態(tài)，含水量大于液限。軟土的特點(diǎn)是：含水量高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透系數(shù)小，具有靈敏性和觸變性，物理力學(xué)性質(zhì)變化大。

軟土的抗剪強(qiáng)度低，填土后受壓，可能產(chǎn)生地基剪切破壞或較大的沉降，從而導(dǎo)致路基的破壞。因此，需要對軟土路基進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚栽黾悠浞€(wěn)定性、減小沉降。軟土路基的處理主要有兩類：加速固結(jié)沉降或減小沉降量的沉降處理類；提高路基穩(wěn)定性的穩(wěn)定處理類[1]。軟土路基處理方法的選擇是關(guān)乎整個工程的質(zhì)量、進(jìn)度和投資的重要一點(diǎn)，快速、有效、經(jīng)濟(jì)的軟土路基處理方法能夠使工程獲得良好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

軟土路基的處理方法可以分為淺層處理及深層處理兩類：換填法及拋石擠淤法主要用于淺層軟土路基處理；堆載預(yù)壓法、排水固結(jié)法、復(fù)合地基法主要用于深層軟土路基的處理。本文主要討論深層軟土路基的處理。

1 軟土路基處理方法

我國針對在軟弱地基上修建道路開展了大量的研究工作，形成了多種各種軟基處理的工法和技術(shù)，如：堆載預(yù)壓法、豎向排水固結(jié)法、復(fù)合地基法等，這些方法在提高道路路基穩(wěn)定性及控制道路工后沉降變形方面取得了較好的成果。

1.1 堆載預(yù)壓法

路基填筑到超過設(shè)計(jì)標(biāo)高的高度，使得軟土地基承受超載作用二加速固結(jié)沉降，從而使路基較早達(dá)到設(shè)計(jì)荷載下的沉降量，將路面鋪筑后的工后沉降控制在容許范圍內(nèi)是堆載預(yù)壓的目的。然而，堆載量過大，可能超過路基和軟土層的承載量，導(dǎo)致路基失穩(wěn)。

1.2 排水固結(jié)法

對于軟土層較厚且滲透性較小時，軟土地基的自然固結(jié)較慢，為了加速其固結(jié)可以在軟土層內(nèi)引入排水單元。排水固結(jié)法是在地基內(nèi)設(shè)置豎向排水井，對地基原有的排水邊界條件進(jìn)行了改變，縮短了排水距離，加速軟土地基的排水固結(jié)。排水固結(jié)法通常由水平的砂墊層和豎向的排水井組成，豎向排水井的材料可用砂井或塑料排水板。該法對均勻的軟土地基效果最好，當(dāng)土層中含有砂層或泥炭質(zhì)土?xí)r效果較差。

1.3 復(fù)合地基

天然地基在地基處理過程中，部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋體，由天然地基土體或增強(qiáng)體兩部分組成共同承擔(dān)荷載的人工地基稱為復(fù)合地基[2]。復(fù)合地基有柔性樁復(fù)合地基和剛性樁復(fù)合地基，常用于深層軟土路基處理的復(fù)合地基是水泥攪拌樁復(fù)合地基、CFG 樁復(fù)合地基。

利用水泥作為固化劑，通過深層的攪拌機(jī)械在地基深處原位將軟土和水泥進(jìn)行拌合形成的復(fù)合地基稱為水泥攪拌樁復(fù)合地基，該法對于地層中含有泥炭質(zhì)土、塑性指數(shù)大于25 的粘土、有機(jī)質(zhì)含量較高的土處理效果較差。

2 CFG 復(fù)合地基

CFG 樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，CFG 樁樁體通常需達(dá)到C15 混凝土的強(qiáng)度，自身具有一定的強(qiáng)度，根據(jù)歸法屬于剛性樁，因此，CFG 樁不僅具有置換樁的特點(diǎn)，還擁有加固土樁的優(yōu)勢。同時，CFG 樁對于處理泥炭質(zhì)土地基具有明顯優(yōu)勢：采用CFG 樁其混合料具有可控性，且本身具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度，只要施工措施合理很大程度上能保證成樁質(zhì)量不受泥炭土中有機(jī)物的干擾。其次，CFG 樁一旦形成復(fù)合地基，便由樁土共同承擔(dān)上部荷載，樁土應(yīng)力比可通過褥墊層調(diào)整，形成較好的受力體系。最后，CFG樁對地下水沒有過多干擾，孔隙水壓力在地基抗力方面仍發(fā)揮著作用，原有地質(zhì)環(huán)境的干擾比其它地基處理方法小。

CFG 樁不像排水固結(jié)法受制于土體本身固結(jié)系數(shù)的影響需要較長的時間才能達(dá)到效果，只要樁體材料根據(jù)一定的配合比拌合，養(yǎng)護(hù)期到達(dá)齡期要求即可進(jìn)行下一道工序的施工，具有工期優(yōu)勢。同時，CFG 樁混合料含有粉煤灰，對于相同作用機(jī)理的混凝土樁、預(yù)制樁來說，具有相對較高的造價(jià)優(yōu)勢。

通過以上分析可以看出，CFG 樁復(fù)合地基在處理含有泥炭質(zhì)土的深層軟土力集中具有穩(wěn)定性好、施工簡便、承載力高、工程沉降控制方面更有優(yōu)勢，有較好的應(yīng)用價(jià)值。

3 實(shí)例分析

3.1 工程地質(zhì)概況

云南某城市一條新建道路，道路全長約2km，紅線寬度40m，位于湖湘沉積地帶，道路工程地地質(zhì)情況如下：

①雜填土層，未經(jīng)充分碾壓，均勻性差。

②粘土：褐黃色、黃色為主，帶褐色，可塑狀態(tài)為主，局部軟塑，飽和，高壓縮性，切面平滑，質(zhì)細(xì)，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核顆粒。

③泥炭質(zhì)土：褐黑色、灰黑色，軟～流塑狀態(tài)，飽和，超高壓縮性，高孔隙比，高含水量。有機(jī)質(zhì)含量22.5%-62.6%，平均39.2%，含較多腐爛植物，局部夾淤泥薄層。

③-1 粉土：褐灰、灰色為主，夾褐色。中密為主，局部稍密，濕～很濕。中壓縮性。切面較粗糙，不均勻夾粉砂薄層及少量粘土團(tuán)塊，含少量腐爛植物碎片。

④粘土：淺灰色、灰褐色，夾蘭灰色，可塑狀態(tài)為主，局部偏軟塑。飽和。高壓縮性。夾少量粉土粉砂團(tuán)塊，含少量腐爛植物碎片。

④-1 粉土：灰色、淺灰色，中密為主，局部稍密，濕～很濕。中壓縮性。切面較粗糙，不均勻夾粉砂薄層及少量粘土團(tuán)塊，含少量腐爛植物碎片。

④-2 泥炭質(zhì)土：褐黑色、黑色，軟～可塑狀態(tài)，飽和，高～超高壓縮性，高孔隙比，局部高含水量。有機(jī)質(zhì)含量5.8%-37.9%，平均17.3%，含較多腐爛植物，局部夾有機(jī)質(zhì)粘土薄層。

④-3 粘土：淺灰色、灰褐色，夾蘭灰色，軟～流塑狀態(tài)。飽和。高壓縮性。夾少量粉土粉砂團(tuán)塊，含少量腐爛植物碎片，局部夾淤泥質(zhì)土薄層。

⑤淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：蘭灰色、淺灰色，流塑狀態(tài)。飽和。中～高壓縮性。夾少量粉土、粉砂團(tuán)塊，含少量腐爛植物碎片。

⑤-1 泥炭質(zhì)土：褐黑色、黑色，軟塑狀態(tài)為主，飽和，高～超高壓縮性，高孔隙比，高含水量。有機(jī)質(zhì)含量26.9%-50.8%，平均37.2%，含較多腐爛植物。

⑥粉土：灰色、淺灰色，中密為主，局部密實(shí)，濕。中壓縮性。切面較粗糙，不均勻夾少量粉砂及粘土團(tuán)塊，含少量腐爛植物碎片。搖振反應(yīng)中等，干強(qiáng)度低，韌性低。（表1）

表1 各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)及承載力特征值建議表

根據(jù)地質(zhì)勘查資料揭示，道路下伏深層軟土，層厚可達(dá)10m 以上，需對其進(jìn)行處理。

3.2 天然地基沉降設(shè)計(jì)算

根據(jù)地質(zhì)勘查單位所提供的地勘資料，對天然地基沉降量，在路堤荷載作用下的沉降量進(jìn)行了計(jì)算。

沉降計(jì)算采用應(yīng)力面積法進(jìn)行，道路沿線路堤的高度一般路段在2m 左右，路堤荷載（附加應(yīng)力荷載）取40kPa，選取兩個典型斷面進(jìn)行計(jì)算。

p0：基礎(chǔ)底面處的附加壓力值（kPa）；

ψ：沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

Esi：基礎(chǔ)底面下第i 層土的壓縮模量（kPa）；

zi、zi-1：基礎(chǔ)底面下第i 層土、第i-1 層土的厚度（m）；

表2 為特征斷面的沉降計(jì)算結(jié)果。

表2 天然地基特征斷面的沉降計(jì)算

從上述計(jì)算可以看出，工后沉降超過規(guī)范一般路段工后沉降容許值30cm，需對天然地基進(jìn)行處理。

3.3 CFG 樁復(fù)合地基沉降計(jì)算

根據(jù)前文分析，對該道路軟土路基采用CFG 樁復(fù)合地基處理，對于CFG 樁復(fù)合地基，根據(jù)地質(zhì)勘查資料，根據(jù)規(guī)范采用下述公式對單樁承載力和復(fù)合地基承載力進(jìn)行預(yù)估。

Ra：單樁豎向抗壓承載力特征值（kN）；

AP：單樁截面積（m2）；

up：樁的截面周長（m）；

n：樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

qsi：第i 層土的樁側(cè)摩阻力特征值（kPa）；

qp：樁端土地基承載力特征值（kPa）；

α：樁端土地基承載力折減系數(shù)，可取1.0。

fspk：復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；

fsk：樁間土地基承載力特征值（kPa）；

βp：樁體豎向抗壓承載力修正系數(shù)，可取1.0；

βs：樁間土地基承載力修正系數(shù)，端承樁可取0.1-0.4；

m：復(fù)合地基置換率。

本項(xiàng)目取樁徑0.5m，樁間距1.8m，正三角形布置，置換率為0.07，設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力為140kPa。

復(fù)合地基沉降=加固區(qū)內(nèi)的沉降+軟弱下臥層的沉降

φp：樁體壓縮經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般可取1/2-1/3；

Q：樁樁頂附加荷載（kN）；

l：樁長（m）；

Ep：樁體壓縮模量（kPa）；

△Pi：第i 層土的平均附加應(yīng)力增量（kPa）；

Esi：基礎(chǔ)底面下第i 層土的壓縮模量（kPa）；

li：第i 層土的厚度（mm）；

φs2：復(fù)合地基加固區(qū)下臥土層壓縮變形量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（m）。

作用在復(fù)合地基加固區(qū)下臥層頂部的附加壓力采用壓力擴(kuò)散法進(jìn)行計(jì)算：

pz：軟弱下臥層頂面處的附加壓力值（kPa）；

l：基礎(chǔ)底邊的長度（m）；

h：復(fù)合地基加固區(qū)深度（m）；

a：基礎(chǔ)長度方向樁的外包尺寸；

b：基礎(chǔ)寬度方向樁的外包尺寸；

p0：復(fù)合地基加固區(qū)頂部的附加壓力（kPa）；

表3 為特征斷面的沉降計(jì)算結(jié)果。

表3 CFG 樁復(fù)合地基處理后特征斷面的沉降計(jì)算

從上述計(jì)算可以看出，工后沉降小于城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[3]要求的一般路段工后容許沉降值30cm。在實(shí)際使用過程中，道路沉降較小，CFG 樁復(fù)合地基處理取得良好效果，CFG 樁復(fù)合地基處理如圖1，圖中單位均以cm 計(jì)。

圖1 CFG 樁復(fù)合地基處理圖

4 結(jié)論

通過以上分析可以看出，CFG 樁復(fù)合地基具有穩(wěn)定性好、施工簡便、承載力高、質(zhì)量容易控制，在工后沉降及造價(jià)控制方面更有優(yōu)勢，有較好的應(yīng)用價(jià)值。