舊路改造軟基處理方法研究

關(guān)穎雯

(西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司廣州分公司，廣東廣州 510095)

1 工程概況

北外環(huán)路系中山環(huán)城快速路中的北環(huán)，設(shè)計(jì)速度60 km/h，道路寬度50 m。設(shè)置3座互通立交、3座分離立交，并設(shè)有2座大橋，3座中橋。自2003年開始啟動(dòng)，2009年建成通車后，路基一直在下沉，部分開工晚，工期短的路段，下沉尤其嚴(yán)重，最多的地方下沉超過70 cm，已影響行車安全。

路基是在農(nóng)田、魚塘等低洼的場(chǎng)地上填筑起來的，填筑高度一般在2 m～5 m。沿線軟土發(fā)育嚴(yán)重，含水量在45% ～88%，空隙比1.45 ～2.32，壓縮系數(shù)1.08 ～2.63，厚度多在15 m 以上。原設(shè)計(jì)軟土處理方式為橋頭路段采用水泥攪拌樁處理，但攪拌樁長(zhǎng)多為懸浮樁，沒有穿透軟土層。一般路段因?yàn)楣?jié)省造價(jià)，僅采用表層換填2 m石渣墊層，下臥軟土沒有處理。

2 工程地質(zhì)

場(chǎng)地巖土層的成因、巖性和狀態(tài)自上而下劃分為:

①1素填土:褐黃色，結(jié)構(gòu)疏松。主要由亞粘土組成，平均層厚1.70 m。

①2耕土:褐黃色，結(jié)構(gòu)疏松。主要由亞粘土組成，含少量植物根系，平均層厚1.04 m。

②淤泥:深灰色、灰黑色，飽和，流塑。含有機(jī)質(zhì)，具臭味。常見少量貝殼碎塊，局部貝殼富集，相變成淤泥質(zhì)貝殼。層厚變化較大，為7.00 m ～19.70 m。

③1細(xì)砂、中砂:灰色、褐黃色，飽和，中密，平均層厚3.00 m。

③2軟塑亞粘土:褐黃色、灰黃色，軟塑，平均層厚3.13 m。

④1可塑亞粘土:褐黃色、灰黃色為主，為泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化殘積土，平均厚度2.79 m。

④2硬塑亞粘土:褐黃色、暗紫紅色，硬塑為主，局部為堅(jiān)硬。為泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化殘積土，平均厚度2.41 m。

3 沉降觀測(cè)

沉降觀測(cè)點(diǎn)約100 m設(shè)置1個(gè)。橋梁兩端頭、橋面均需設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，橋臺(tái)后60 m，40 m，20 m，10 m各布設(shè)1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。

經(jīng)過10個(gè)月的觀測(cè)，對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理后得出如表1所示的沉降分析與軟基處理措施表。

表1 沉降分析與軟基處理措施表

從觀測(cè)的結(jié)果上來看，北外環(huán)路的沉降不僅十分嚴(yán)重，而且沉降仍然在發(fā)展中，嚴(yán)重的路段一年會(huì)沉降8 cm～15 cm，這是不能容許的。

結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)以及沉降觀測(cè)資料，按照以下原則來確定軟基的處理范圍:

1)沉降速率快(＞0.5 cm/月)，剩余沉降較大，采用復(fù)合地基對(duì)路下軟土進(jìn)行處理;

2)沉降速率慢(＜0.5 cm/月)，剩余沉降較小，路下軟土不作處理，僅加鋪路面調(diào)整縱坡。

4 方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)時(shí)列出了高壓旋噴樁、預(yù)應(yīng)力管樁、CFG樁3個(gè)方案進(jìn)行比較。水泥攪拌樁因處理深度不超過15 m，施工控制比較困難，沒有列入比較。

1)旋噴樁。

旋噴樁在現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)上鉆孔施工，無需拆除原有結(jié)構(gòu)重建。采用二重管法，首先用專用鉆機(jī)鉆孔，然后移走鉆機(jī)、置入注漿管，鉆機(jī)和置入注漿管兩道工序截然分開。通過鉆機(jī)抽出巖芯進(jìn)行比對(duì)，以確定終孔位置以及控制施工。

旋噴樁樁徑80 cm，水泥用量參考值為250 kg/m，旋噴樁均按矩形布置，一般路段橫向間距2.2 m，縱向間距2.6 m，橋頭路段橫向間距2.2 m，縱向間距2.4 m ～2.6 m。

為確保擋土墻下的軟土得到加固，沿?fù)跬翂Σ贾玫男龂姌稇?yīng)設(shè)法讓噴管靠近擋土墻基礎(chǔ)。

旋噴樁應(yīng)打穿軟土層至持力層，并在原換填層下停止噴漿。

2)預(yù)應(yīng)力管樁。

預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑40 cm，按正方形布置，間距2.5 m。

施工前，先挖棄既有路面結(jié)構(gòu)，整平地面，之后打入管樁，管樁應(yīng)打穿軟土層至持力層。管樁上做樁帽，上鋪50 cm碎石墊層。

考慮到預(yù)應(yīng)力管樁施工時(shí)的擠土效應(yīng)會(huì)使水壓力增加，從而影響到周邊橋臺(tái)、橋墩、擋墻及先前打入的管樁等結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定，在管樁之間增加袋裝砂井作為疏水通道。袋裝砂井必須在管樁施工前完成，以滿足管樁施工時(shí)的排水要求。

3)CFG樁。

CFG樁，樁徑40 cm，按正方形布置，間距2.0 m。

施工前，先挖棄既有路面結(jié)構(gòu)，整平地面，之后打入CFG樁，管樁應(yīng)打穿軟土層至持力層。采用C15素混凝土，樁頂上鋪50 cm碎石墊層。CFG樁之間需增加袋裝砂井作為疏水通道。

4)方案比較見表2。

表2 各方案優(yōu)缺點(diǎn)匯總表

經(jīng)比較，為保留原有路面結(jié)構(gòu)，初步確定采用旋噴樁方案，并選取試驗(yàn)段檢驗(yàn)處理效果。

5 方案調(diào)整

1)試驗(yàn)段效果。

試驗(yàn)段進(jìn)行了2次試樁，檢測(cè)結(jié)果并不理想?？拷坊敳?原換填的石渣墊層)的旋噴樁強(qiáng)度達(dá)5 MPa～12 MPa，而淤泥段部分芯樣無膠結(jié)，縱然做成試樣，強(qiáng)度也在0.6 MPa，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

為了找到不成樁的原因，沿線補(bǔ)勘了6個(gè)地質(zhì)鉆探，主要想查明淤泥的有機(jī)質(zhì)含量。發(fā)現(xiàn)軟土有機(jī)質(zhì)含量達(dá)4.6%～8.9%。有機(jī)質(zhì)的存在使土具有較大的含水量和較多的孔隙，因此阻礙了水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，故影響水泥土強(qiáng)度的增長(zhǎng)。有研究證明，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到5%及以上時(shí)，水泥土的效果急劇變差。正是由于本項(xiàng)目的淤泥中有機(jī)質(zhì)含量高，淤泥中粘粒、膠粒成分大，導(dǎo)致淤泥內(nèi)成樁較差。

因無法采用旋噴樁處理方式，對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁和CFG樁方案進(jìn)行重新比較。需要復(fù)合地基處理的路段，處理深度在20 m～30 m間，若采用CFG樁處理，容易出現(xiàn)縮頸、斷樁等情況，施工質(zhì)量不易控制。為保證效果，確定采用預(yù)應(yīng)力管樁，并對(duì)該方案深化修改設(shè)計(jì)。

2)預(yù)應(yīng)力管樁修改設(shè)計(jì)。

預(yù)應(yīng)力管樁(PC管樁)，樁徑40 cm，壁厚9.5 mm，A型，樁身混凝土強(qiáng)度為C60。按矩形布置，一般路段橫向間距2.2 m，縱向間距2.6 m，橋頭路段橫向間距 2.2 m，縱向間距 2.4 m ～2.6 m。樁底進(jìn)入持力層，單樁承載力400 kN。

原路面結(jié)構(gòu)下有2 m石渣換填層，難以開挖施工樁帽，故管樁打至原換填層底部留取空樁段，采用高壓旋噴樁。旋噴樁在該層強(qiáng)度達(dá)5 MPa～12 MPa，通過旋噴樁外緣粗糙不平，與路基路床一起樁土咬合密實(shí)，形成整體，取代樁帽克服樁頭上刺。

施工工序如下:

a.首先挖棄舊有路面，平整場(chǎng)地至路面墊層底面。

b.為了消散打樁造成的孔隙水壓力，在每個(gè)樁位處先打入直徑7 cm的袋裝砂井，袋裝砂井長(zhǎng)度=管樁長(zhǎng)度+3 m。

c.打入預(yù)應(yīng)力管樁至持力層設(shè)計(jì)深度。為了確保最后3 m為空樁，最后3 m采用送樁器送樁。

d.空樁段，灌入約2.5 m深的中砂，之后進(jìn)行旋噴樁施工。旋噴樁采用雙管法進(jìn)行施工，樁徑80 cm，樁長(zhǎng)2.5 m。采用雙管法施工，要求28 d樁身抗壓強(qiáng)度不少于6 MPa。

施工后檢測(cè)結(jié)果證明，所有指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

6 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1)對(duì)舊路進(jìn)行沉降處治，首先應(yīng)對(duì)全線進(jìn)行沉降觀測(cè)。沉降速率的大小，是否穩(wěn)定，都是很重要的因素。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果并結(jié)合道路現(xiàn)狀對(duì)沉降原因進(jìn)行分析，這是確定處治范圍的關(guān)鍵。

2)地質(zhì)勘察應(yīng)細(xì)致全面，除了地層分布和深度外，一些容易疏忽的參數(shù)也會(huì)影響方案的選擇。例如本工程設(shè)計(jì)中的淤泥有機(jī)質(zhì)含量，含量過大時(shí)無法采用旋噴樁處理。

3)舊路沉降處理與新建道路的軟基處理相比，需要考慮更多方面。除了軟土性質(zhì)、深度等常規(guī)因素外，原有道路的路基處理方式、現(xiàn)狀道路下沉的狀況、原有路面保留與否等等，都需要綜合考慮方能得出最適合的處理方式。

［1］陳冠雄，黃國(guó)宣，洪寶寧，等.廣東省高速公路軟基處理實(shí)用技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］劉玉卓.公路工程軟基處理［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］JTG/T D31-02-2013，公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則［S］.

［4］GB/T 50783-2012，復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］劉曉梁.高速公路修建過程中的軟土地基處理問題［J］.山西建筑，2012，38(10):162-163.

［6］張小秀，何澤波，徐發(fā)容，等.預(yù)應(yīng)力管樁在高速公路軟基處理中的應(yīng)用［J］.公路與汽運(yùn)，2007(2):17-18.