李學(xué)松，張貴保，周書東，黃錦盛，張 益

（1、東莞濱海灣新區(qū)工程建設(shè)中心 廣東 東莞 523808；2、東莞市建筑科學(xué)研究院有限公司 廣東 東莞 523809）

0 引言

目前隨著城市市政道路的大量興建，有些道路的軟土段沒有解決好地基變形問題，軟土層厚的部分沉降量大，軟土層薄或非軟土段則沉降量較小，造成道路沉降不均勻，路面平整性受到影響，車輛無(wú)法正常行駛。鑒于軟土路基的工程特性及存在的技術(shù)問題，大量學(xué)者對(duì)軟土的處治進(jìn)行了較為深入的研究，先后提出了不同的軟土路基處治技術(shù)。懷集至陽(yáng)江高速公路海陵島大橋項(xiàng)目所在區(qū)域的軟土層厚度達(dá)到5.0～19.5 m，該段采用了水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力管樁的路基處理方案［1］。深圳市前海地區(qū)某市政道路位于濱海潮間帶，該路段采用插板排水固結(jié)堆載預(yù)壓法、水泥攪拌樁、CFG 樁等處理方案［2］。牛田洋快速道路工程采用了就地固化技術(shù)對(duì)灘涂土進(jìn)行處理［3］。廣州市南沙區(qū)萬(wàn)環(huán)東路工程某段采用“塑料排水板、砂墊層結(jié)合堆載預(yù)壓”施工技術(shù)［4］。佛山市金石大道西延線工程某段采用泡沫輕質(zhì)土施工技術(shù)［5］。濱海軟土由于特殊的物理及工程特性，在進(jìn)行道路建設(shè)時(shí)若不加以處理，通常會(huì)產(chǎn)生路基沉降變形大、超靜孔壓難消散、路基穩(wěn)定性差等問題［6］。江蘇連云港灌云縣某沿海高速公路［7］，對(duì)發(fā)生病害的不同路段分別采用了小導(dǎo)管注漿法、側(cè)向輻射注漿法以及高壓旋噴樁法進(jìn)行處治。廣東西部開平-陽(yáng)江高速某路段［8］，對(duì)該路段采取連系梁微型樁技術(shù)進(jìn)行處治。廣東西部沿海高速某公路［9］部分路段附近為魚塘密集區(qū)，處于深厚軟土段，在路面范圍內(nèi)設(shè)置了預(yù)應(yīng)力管樁，同時(shí)在路基邊坡進(jìn)行鋼管注漿加固，阻止地下水變化對(duì)路基范圍內(nèi)軟土的影響，限制路基的淺層滑移。

1 工程概況

交椅灣板塊原地貌基本為魚塘、河涌和海域，存在部分垃圾堆放場(chǎng)地，后續(xù)進(jìn)行堆填土處理，逐步建設(shè)市政道路，形成了交椅灣板塊的交通路網(wǎng)，如圖1所示。2019 年11 月交椅灣板塊的地貌已經(jīng)陸續(xù)完成堆填土處理，各市政道路基本完成填筑處理，但部分還有灘涂、魚塘、河涌和海域等。

圖1 濱海灣新區(qū)交椅灣板塊交通道路網(wǎng)Fig.1 Traffic Road Network of Jiaojiaowan Section in Marina Bay New Area

東莞濱海灣新區(qū)交椅灣板塊規(guī)劃面積約20.36 km2，地處穗深港交通走廊節(jié)點(diǎn)，具有優(yōu)越的地理位置。交椅灣板塊內(nèi)建成通車的“五縱一橫”道路（振海路、興海路、中海路、華海路、東海路、濱海灣大道），“五縱”道路向海延伸，與“一橫”濱海灣大道相連，形成交椅灣板塊“內(nèi)聯(lián)外通”的交通網(wǎng)絡(luò)框架的基本格局。交椅灣板塊道路建設(shè)用地廣泛分布著濱海相軟土，在地質(zhì)上屬于第四系海陸交互沉積層Q4mc，為正常固結(jié)或欠固結(jié)的飽和軟土，具有孔隙比大、滲透性差、含水量高、天然強(qiáng)度低、壓縮性高等特點(diǎn)。由于其承載力過低，在軟土地基上修建道路需要先進(jìn)行地基處理加固。軟土地基上修建的道路會(huì)出現(xiàn)因各種大變形引起的道路病害，例如過量的路基沉降而使路面出現(xiàn)裂痕、錯(cuò)臺(tái)，以及因軟土地基的不均勻性而導(dǎo)致的路基不均勻沉降［10］。

2 軟土分布情況及軟土特征

研究分析廣東廣州、深圳、珠海、東莞、汕頭、湛江等地的濱海城市軟土分布情況［11］，著重研究分析東莞濱海灣新區(qū)軟土特征、交椅灣“五縱一橫”市政道路的軟土地層分布及軟土特征、交椅灣各路段的軟土情況，如表1所示。通過對(duì)比分析，東莞濱海灣新區(qū)軟土地層具有分布變化大、軟土性質(zhì)差等特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在軟土含水率高、孔隙比高、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、有機(jī)質(zhì)含量高等幾個(gè)方面。鑒于軟土的特性，道路在建成通車后容易產(chǎn)生不均勻沉降現(xiàn)象。

表1 東莞濱海灣新區(qū)軟土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of Physical and Mechanical Properties of Soft Soil in Dongguan Binhai Bay New Area

3 路面沉降規(guī)律及原因

收集濱海灣大道、東海路、華海路、中海路、興海路、振海路的原始地貌資料，對(duì)各道路的沉降現(xiàn)狀進(jìn)行踏勘及實(shí)測(cè)，將各路段地質(zhì)地層情況、軟土路基處理方法、各路段的施工驗(yàn)收檢測(cè)數(shù)據(jù)和各路段的沉降情況進(jìn)行比對(duì)和總結(jié)，并通過研究分析得到道路路面沉降的相關(guān)規(guī)律及原因：

⑴軟土地基路段的沉降不可避免，地基沉降的最終穩(wěn)定需要較長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)在周邊環(huán)境穩(wěn)定后，其道路沉降才會(huì)趨于穩(wěn)定。軟土地區(qū)路基的主固結(jié)的沉降變形一般在2～4 年后逐漸穩(wěn)定，長(zhǎng)則十幾年后沉降才逐漸穩(wěn)定。

⑵軟土層較厚的路段，其沉降量較大，而軟土層較薄的路段，其沉降量較小。不同路基處理方式的交界處，容易產(chǎn)生不均勻沉降和局部裂縫。

⑶深部的淤泥由于其排水距離長(zhǎng)、排水條件差，在相同的時(shí)間內(nèi)，其固結(jié)的速率及固結(jié)度較表層的軟土低。因此在表層軟土固結(jié)基本完成以后，深部的軟土還處于固結(jié)過程中，從而產(chǎn)生緩慢的沉降變形。

4 計(jì)算分析

以濱海灣大道K4+110～K4+350段為例，選取鉆孔ZK71 的斷面作為計(jì)算分析斷面。斷面的地基處理方式為CFG 樁法，樁徑為0.4 m，樁長(zhǎng)為24.8 m，樁間距為2.4 m。路面材料厚度0.74 m，路堤高度為1.9 m，墊層厚度0.65 m。墊層以下的土層分別為①-2雜填土、②-2 淤泥、②-4 粉質(zhì)黏土、②-7 淤泥、③砂質(zhì)黏性土。路面、路基材料的設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 路面、路基材料的設(shè)計(jì)參數(shù)取值Tab.2 Design Parameter Values of Pavement and Subgrade Materials

利用分層總和法、理正巖土軟件和Abaqus數(shù)值模擬對(duì)經(jīng)過CFG 樁處理后路基進(jìn)行沉降計(jì)算，并得到以下計(jì)算結(jié)果：

4.1 分層總和法

采用壓縮模量計(jì)算法，采用下式計(jì)算：

式中：Δpi為地基中各分層中點(diǎn)的附加應(yīng)力增量；Esi為地基中各分層壓縮模量。

分層總和法計(jì)算沉降只考慮壓縮變形，而在土體發(fā)生變形過程中不僅存在豎向壓縮變形，還存在剪切變形。在一般工程條件下，土體因其所處位置的不同而經(jīng)受不同的應(yīng)力路徑，且在加載過程中應(yīng)力路徑也是變化的，所以應(yīng)力路徑的變化應(yīng)在地基模型中加以考慮。

通過計(jì)算可知，道路中心點(diǎn)的沉降量為0.223 m。

4.2 理正計(jì)算（見圖2）

圖2 理正計(jì)算模型及原始條件Fig.2 Correct the Computational Model and Original Conditions

⑴地基總沉降計(jì)算方法采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法，主固結(jié)沉降計(jì)算方法采用壓縮模量法，沉降計(jì)算考慮超載30 kPa，超載產(chǎn)生的地基附加應(yīng)力采用直接法，沉降修正系數(shù)為1.164，基底壓力計(jì)算方法采用按多層土實(shí)際容重計(jì)算，加固區(qū)主固結(jié)沉降計(jì)算方法采用復(fù)合地基樁身壓縮量法，工后基準(zhǔn)期起算時(shí)間為最后一級(jí)加載結(jié)束時(shí)。

⑵路面竣工時(shí)及以后的沉降計(jì)算

基準(zhǔn)期開始時(shí)刻：最后一級(jí)加載結(jié)束時(shí)刻，考慮沉降影響后，路堤的實(shí)際計(jì)算高度為2.850 m，路面竣工時(shí)地基沉降為0.211 m，路面竣工后基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降為0.001 m，基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí)地基沉降為0.212 m。

4.3 數(shù)值模擬計(jì)算

模型底面寬度取30 m，模型表面為15 m，模型總厚度為35.69 m，路面和路堤按1∶1.5 放坡，基準(zhǔn)期結(jié)束后的沉降計(jì)算結(jié)果為20.3 cm（見圖3）。

圖3 Abaqus數(shù)值模擬道路沉降計(jì)算云圖Fig.3 Abaqus Numerical Simulation of Road Settlement Calculation Cloud Image

三種方法計(jì)算所得到的沉降值較為接近，且沉降量小于《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則：JTG/T D31-02—2013》所規(guī)定的軟土地區(qū)一級(jí)公路路基容許工后沉降0.3 m、作為干線公路的二級(jí)公路允許工后沉降0.5 m［12］。各路段軟土路基的沉降表現(xiàn)出相似的規(guī)律：道路中心的沉降量最大，且沉降量由路基中心處向路肩處逐步減小。各路段在竣工后第2年與第15年的沉降值的差異較小，說(shuō)明路基的沉降在竣工后的2年左右已基本保持穩(wěn)定。

5 沉降道路的處治措施

5.1 一般路段的處治措施

⑴針對(duì)當(dāng)前道路出現(xiàn)的輕微和中等的裂縫，可采用瀝青進(jìn)行填縫修補(bǔ)。

⑵嚴(yán)重裂縫需對(duì)路基基層處理（采用鋼筋混凝土翻修）后，再鋪設(shè)瀝青。若修復(fù)后重新出現(xiàn)沉降病害，可考慮采取路基加固措施進(jìn)行處理。

5.2 特殊路段的處治措施

⑴針對(duì)鄰近海域和河流的道路段，可考慮對(duì)近水側(cè)設(shè)置防滲層。

⑵ 針對(duì)華海路靠近積水溝路段產(chǎn)生的沉降病害，建議對(duì)該路段一側(cè)的積水進(jìn)行抽排。針對(duì)東海路靠近東寶公園路段池塘水位變化導(dǎo)致的沉降病害，建議對(duì)該路段路堤采取相應(yīng)處理及止水措施。

6 結(jié)論與展望

6.1 結(jié)論

⑴對(duì)收集到的勘察、設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)數(shù)據(jù)等技術(shù)資料進(jìn)行研究分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，得到各路段的沉降原因，主要包括自然地質(zhì)、勘察設(shè)計(jì)施工、周邊環(huán)境等客觀原因。交椅灣板塊路基的沉降量小于30 cm，在工后沉降容許值的范圍內(nèi)，按目前這種不均勻沉降趨勢(shì)，預(yù)計(jì)在工后2～4年左右沉降基本趨于穩(wěn)定。

⑵不同路段的地質(zhì)情況不同，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)軟土地區(qū)的勘察、設(shè)計(jì)要求較低，軟土地區(qū)的市政道路勘察、設(shè)計(jì)需做好精細(xì)化工作，如勘探間距建議控制在30～40 m 內(nèi)，同時(shí)勘探孔的深度應(yīng)適當(dāng)加深，并考慮鉆探與原位測(cè)試相結(jié)合的勘察方法；做好對(duì)回填方法、回填料的選取，路基處理方法的選擇及布置應(yīng)綜合考慮軟土地層和周邊環(huán)境的變化。

⑶軟土地區(qū)道路的施工質(zhì)量控制難度較大，因此必須科學(xué)地做好施工組織設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照有關(guān)操作規(guī)程實(shí)施，認(rèn)真做好工程質(zhì)量檢查和驗(yàn)收工作。建議施工單位會(huì)同設(shè)計(jì)單位進(jìn)行相關(guān)固化試驗(yàn)和試樁，確定水泥摻量、注漿壓力、提升速度等施工參數(shù)，在施工過程中加強(qiáng)對(duì)地基處理質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)管控，避免出現(xiàn)斷樁、縮頸等問題。

6.2 展望

⑴建議對(duì)軟土地區(qū)的工程項(xiàng)目集中進(jìn)行整體性的軟基處理。選取部分路段作為試驗(yàn)工程，對(duì)軟土地基處理方案、施工工藝、施工參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、施工經(jīng)驗(yàn)、工期和成本綜合考慮分析，選擇最優(yōu)的軟土路基處理方案。

⑵對(duì)道路的工后沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得到道路沉降的趨勢(shì)和變形規(guī)律，對(duì)已建道路做好進(jìn)一步的變形監(jiān)測(cè)。

⑶建議在軟土地層變化較大的路段設(shè)置“軟基路段標(biāo)志牌”和“限載標(biāo)志牌”。

⑷由于建設(shè)時(shí)序不一，周邊地塊開發(fā)晚于道路建設(shè)，相關(guān)單位在開發(fā)建設(shè)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)已建市政道路的保護(hù)和監(jiān)控措施。