平興高速山區(qū)軟基處理綜述

樊孟軍

摘 要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國家越來越注重對基礎(chǔ)建設(shè)的投資，高速公路建設(shè)近些年得到了大大發(fā)展。高速公路軟基地區(qū)處理是否得當(dāng)是衡量公路整體質(zhì)量的關(guān)鍵，對高速公路軟基進行分析處理顯得至關(guān)重要。該文結(jié)合平興高速山區(qū)軟土特點，分析了山區(qū)軟基處理的主要工程隱患與常見問題，詳細(xì)介紹了平興高速通過動態(tài)設(shè)計在清淤換填、軟基處理范圍和管樁復(fù)合地基等方面所采取的技術(shù)措施，并根據(jù)軟基監(jiān)控數(shù)據(jù)指出其技術(shù)措施得當(dāng)、軟基加固效果良好，可為類似工程的設(shè)計與施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：山區(qū)軟土 軟基處理 平興高速

中圖分類號：U41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0082-04

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高速公路軟基處理技術(shù)也得到了很大發(fā)展。該文結(jié)合作者實踐，對平興高速公路軟基路段實際施工情況進行了分析，指出了此軟基路段的特點及其工程隱患，并對常見問題進行了分析，得出山區(qū)軟基處理主要存在軟土分布勘察遺漏、不均勻沉降、路基穩(wěn)定性、軟基處治不當(dāng)?shù)裙こ虇栴}，最后根據(jù)軟基監(jiān)控數(shù)據(jù)指出其技術(shù)措施得當(dāng)、軟基加固效果良好的結(jié)論。

1 工程概況

濟南至廣州國家高速公路平遠(yuǎn)（贛粵界）至興寧段是國家規(guī)劃的“7918”高速公路網(wǎng)中的第四縱——濟南至廣州高速公路（編號G35）的組成部分，路線起于梅州市平遠(yuǎn)縣（贛粵界），經(jīng)平遠(yuǎn)、梅縣、興寧，終于五華縣境內(nèi)，與梅河高速公路相接。項目全長99.544 km，全線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度100 km/h，路基寬度26 m，概算總金額為80.337億元。項目于2012年12月28日開工建設(shè)，2013年6月25日全面開工，計劃2015年底建成通車。路橋比例為0.75∶0.25，最大路基填高31 m，全線路基填高20 m以上的路段多達(dá)47處，項目具有規(guī)模大、工期緊的特點[1]。

施工圖設(shè)計針對軟土分布厚度、埋深、路基高度的具體情況，綜合采用了清淤換填、直接預(yù)壓、袋裝砂井堆載預(yù)壓、水泥攪拌樁復(fù)合地基、CFG樁復(fù)合地基和管樁復(fù)合地基等方法進行軟基處理。

2 山區(qū)軟土特點與軟基處理工程隱患

項目沿線地貌以侵蝕丘陵為主，其次為河流沖洪積盆地地貌及低山地貌區(qū)，地形起伏相對較大。沿線軟土主要分布于沖積平原區(qū)、河流谷地及山間洼地，主要由第四系沼澤相淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及淤泥組成，其中平原區(qū)軟土呈片狀分布，山間洼地軟土呈點狀或帶狀分布。主線軟土分布共144路段，累計長度為16.6 km。軟土的厚度一般為0.4～5.95 m，局部達(dá)到7.2～8.10 m，覆蓋層一般為耕植土、素填土及粉質(zhì)黏土，厚度為0～9.40 m。

2.1 山區(qū)軟土特點

該項目軟土主要分布于侵蝕丘陵地區(qū)，相對于珠江三角洲地區(qū)廣泛分布的軟土，該項目軟土具有以下幾個特點。

（1）分布范圍小、厚度變化大。軟土一般發(fā)育于山間溝谷狹小地帶，受周邊地形、地貌影響，軟土分布面積一般較小，且因下伏硬層一般為傾斜巖土層，軟土厚度變化大且底面呈傾斜狀。

（2）有機質(zhì)含量高。在軟土形成過程中，季節(jié)性雨水將山坡上殘枝枯葉沖進山間谷地里，這些樹木經(jīng)過一定的地質(zhì)年代后腐爛分解，便形成了有機質(zhì)含量較高的軟土。

（3）成分復(fù)雜、強度變化較大。軟土的形成環(huán)境山間谷地多為丘嶺排水通道，其成分多以坡洪積、重力堆積的物質(zhì)為主，沉積物質(zhì)分選條件極差，土質(zhì)變化多樣，既有經(jīng)過長距離搬運的黏土、砂黏土及有機物質(zhì)，還有滯留在原地的殘積土和基巖的風(fēng)化物，其組成成分的復(fù)雜性與形成環(huán)境的多樣性，導(dǎo)致山區(qū)軟土的強度變化較大。

2.2 軟基處理潛在工程隱患

根據(jù)以往工程經(jīng)驗，結(jié)合該項目的特點，軟基路段的工程隱患主要表現(xiàn)為以下幾個方面。

（1）軟土分布勘察遺漏。由于山區(qū)軟土分布范圍小，加上通行條件差，勘察設(shè)計階段易遺漏個別路段的軟土勘探，在施工階段如地質(zhì)補勘工作實施不到位，因路基填高一般較大，這些軟基路段在路基填筑過程中存在較大的路基安全隱患。

（2）路基不均勻沉降，路面出現(xiàn)裂縫。山區(qū)軟土分布厚度在路線縱橫向上變化均較大，而路基填土高度一般較高，路基易發(fā)生不均勻工后沉降，造成公路建成通車后不久路面便出現(xiàn)縱橫向的裂縫，見圖1。尤其是在一些陡坡路堤路段和路線超高路段，填土高度的變化進一步擴大了路基不均勻沉降。

（3）路基穩(wěn)定控制較難。山區(qū)軟土層下伏地層往往為強度較高的風(fēng)化巖層，巖面傾斜角度較大，在路基填筑上覆壓力作用下，傾斜巖面上軟土的抗滑力相對較小，軟土層容易沿著巖面發(fā)生滑動變形，當(dāng)積累到一定程度時便會發(fā)生路基失穩(wěn)事故。另外，軟土層本身在路堤荷載作用下，高處的軟土有往低處單個方向蠕變的特性，加上低處的軟土抗滑力往往較小，這便進一步降低了山區(qū)軟土路基的穩(wěn)定性。魏永幸[2]通過離心模型實驗對比研究了水平軟弱地基與坡比為1∶10的斜坡軟弱地基的變形，發(fā)現(xiàn)前者的最大水平變形值僅為后者的6.4%、最大豎向變形值比值為33%，而且發(fā)生最大變形處的位置均有明顯不同。

（4）路基高度大。山區(qū)軟基路段的路堤高度一般都有10 m以上，有的甚至大于20 m，路基底寬可達(dá)100 m，這種情況下，地基附加應(yīng)力高且影響深度大，一般在平原地區(qū)高速公路不需要加固處理的軟弱黏土層，如液限在0.75～1.0的黏性土，在附加應(yīng)力很大的情況下也會產(chǎn)生較大的壓縮量，并且固結(jié)時間也較長。對于此類山區(qū)軟弱土層，往往也要進行地基加固處理，否則路基穩(wěn)定與工后沉降將滿足不了規(guī)范要求。

（5）軟基處治不當(dāng)。山區(qū)軟土由于存在上述工程特點，在進行軟基處治設(shè)計與施工時，需要根據(jù)具體工況進行精細(xì)化設(shè)計。某高速公路因軟基處理不當(dāng)發(fā)生了70余m路基滑塌，見圖2。

該路段為山區(qū)軟土路段，左幅為高填路基（約13 m），軟土厚度較大，右幅臨近山丘坡角，軟土厚度較小，采用粉煤灰CFG樁復(fù)合地基處理，樁端設(shè)置在風(fēng)化巖層上，樁長8～10 m。據(jù)事故后的原因分析，滑塌是軟土層在路堤荷載作用下由右側(cè)向左側(cè)發(fā)生蠕變，對CFG樁產(chǎn)生了水平向左的推力，而由于CFG樁水平抗力較低，樁身發(fā)生了水平斷裂，喪失了其豎向承載能力，最終導(dǎo)致該路段突然坍塌。從技術(shù)角度看，該路段的軟基處治存在兩個問題，一是將長度較短的剛性樁樁端設(shè)置在堅硬的巖層上，樁身抗傾覆能力低；二是沒有考慮到底面傾斜的軟土具有較大蠕變的特性。

在施工工藝上，如果不針對山區(qū)軟土的特點進行相應(yīng)調(diào)整，同樣會出現(xiàn)工程質(zhì)量問題。如某高速公路山區(qū)軟基路段的涵洞地基采用管樁復(fù)合地基處理，由于施工時未根據(jù)路基范圍內(nèi)軟土分布厚度控制樁長，而采用了統(tǒng)一樁長，結(jié)果在該路段的涵洞施工并且填土完成后，因半幅路基管樁未打穿軟土層而造成涵洞涵節(jié)之間錯臺嚴(yán)重，影響了涵洞的排水功能，見圖3。

3 軟基處理設(shè)計與施工常見問題

在以往山區(qū)高速公路軟基加固設(shè)計與施工中，常出現(xiàn)以下幾個方面的問題。

（1）清淤換填應(yīng)用不當(dāng)。

山區(qū)軟土一般埋深、厚度與面積均相對較小，清淤換填往往是效果最好、造價較低的處理方法，因此，山區(qū)軟基處理中被廣泛應(yīng)用。但對于部分受地形限制，交通條件差、棄土場難找的路段，大量挖除的軟土棄運難度大；且因軟土層承載力低難以支撐重型機械，挖淤與棄淤工作面難以展開，造成施工成本增加與棄淤占用面積增大，不利于質(zhì)量控制與環(huán)境保護。

（2）軟基處理范圍與實際不符。

山區(qū)軟土形成受地形限制，厚度變化較大，在設(shè)計詳細(xì)勘察階段難以全面摸清軟土分布狀況，施工圖設(shè)計中軟基處理范圍多根據(jù)地形與經(jīng)驗來確定，加上現(xiàn)場地形與圖紙的誤差，設(shè)計處理范圍與實際軟土分布范圍常有不一致的情況。

（3）管樁復(fù)合地基應(yīng)用不當(dāng)。

因山區(qū)軟基路段路基填高較大，在軟土分布厚度較大時，出于路基安全穩(wěn)定考慮，多采用管樁復(fù)合地基處理。但由于山區(qū)軟土厚度變化大，在采用同一收錘標(biāo)準(zhǔn)的情況下，管樁樁長變化較大，增加了施工配樁難度，施工方為降低截樁的成本，多采用統(tǒng)一樁長，這樣便易在軟土分布厚度較大的范圍內(nèi)出現(xiàn)浮樁，造成路基不均勻沉降或滑移。

另外，山區(qū)軟土層與基巖之間的硬土層厚度往往較小，當(dāng)基巖頂面傾斜度較大時，路堤整體穩(wěn)定性較差，此情況下不宜采用管樁復(fù)合地基，《廣東省公路軟土地基設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)定》對此做了專項規(guī)定[3]。

（4）水平排水層未延伸至兩側(cè)路基外。

采用排水固結(jié)法處理路段路基兩側(cè)的水平排水墊層被路基填土覆蓋，未按設(shè)計要求延伸出坡角外，造成墊層排水不順暢，減緩了軟土排水固結(jié)和強度增長速率，易導(dǎo)致工后沉降增加，在路基填高較大的情況下，還可能出現(xiàn)路基穩(wěn)定問題。

（5）工作墊層厚度過大。

山區(qū)溝谷原地面一般呈傾斜狀，部分路段路堤高度大，軟基處理底寬大，在個別采用復(fù)合地基處理的路段，施工單位為了平整加固樁的施工作業(yè)面，在原地面較低一側(cè)填筑的工作墊層厚度偏大。因天然地基承載力不足，工作墊層厚度接近于極限填土高度，加上工作墊層壓實不足，在雨水作用下易出現(xiàn)工作墊層滑移。同時，工作墊層厚度偏大造成軟基處理工作面寬度不足，路基坡角附近的加固樁無法施工（如圖4所示），易因坡角未處理范圍的路基產(chǎn)生過大沉降出現(xiàn)路基病害。

4 軟基加固技術(shù)應(yīng)用

4.1 軟基處理設(shè)計原則

平興高速施工圖設(shè)計針對軟土工程特性、路基形式與穩(wěn)定驗算結(jié)果，采用的設(shè)計指導(dǎo)原則如下。

（1）軟弱土地基深度小于3 m及半填半挖路段，采用換填法處治，回填料采用開山石、填級配碎石、粗粒土、中粗砂等粗粒土。

（2）填土高度不超過10 m、軟弱土深度不小于3 m的路段采用袋裝砂井或水泥攪拌樁處治。

（3）填土高度不超過15 m、軟弱土深度不小于3 m的路段采用CFG樁。

（4）填土高度超過15 m、軟弱土深度不小于3 m的路段采用PHC管樁。

根據(jù)上述指導(dǎo)原則，平興高速各軟基路段選用處治方法統(tǒng)計如表1所示。

4.2 軟基處理質(zhì)量保證措施

該項目在充分調(diào)研工程實踐中山區(qū)高速潛在問題與設(shè)計、施工常見問題的基礎(chǔ)上，為保證軟基處理效果，采取了一些針對性的技術(shù)措施，通過動態(tài)設(shè)計，確保了施工質(zhì)量。

（1）清淤換填。

該項目線路較長，清淤換填工程量達(dá)110萬m3，見表2。為確保換填施工質(zhì)量，盡可能將換填深度控制3 m以內(nèi)，超出3 m的路段與其他加固方案比較選擇使用。另外，在路基填筑過程中，選擇代表性路段進行路基穩(wěn)定監(jiān)控，以監(jiān)測結(jié)果動態(tài)控制路基填筑速率。必要時根據(jù)具體情況可采取降低填土速率、設(shè)置反壓護道、注漿加固等措施。

（2）軟基處理范圍。

對于換填處理的路段，結(jié)合挖探結(jié)果動態(tài)調(diào)整清淤換填深度與范圍；對于深層處理的路段，每20 m布置一個試打斷面，根據(jù)試打結(jié)果確定加固樁施工長度與處理范圍。

（3）管樁復(fù)合地基。

根據(jù)路基填高、涵洞基底承載力要求，確定單樁承載力設(shè)計值，對應(yīng)300 kN、400 kN和500 kN的單樁設(shè)計承載力，分別采用80 cm/10擊、60 cm/10擊、40 cm/10擊的收錘控制標(biāo)準(zhǔn)。

（4）水平排水層。

在路基填筑過程中隨時留意察看水平排水層是否伸出坡腳，當(dāng)有路基土覆蓋的情況時，沿線路縱向間隔10 m設(shè)置一條橫向30 cm×30 cm排水盲溝或埋設(shè)一條Φ10 cm塑料排水管，連接水平排水砂墊層，使砂墊層的水能順暢地排出路基外，加快地基土固結(jié)速率。

（5）工作墊層厚度大。

對于地面斜度較大的復(fù)合地基處理路段，工作墊層按圖5所示的臺階式填筑，這樣可大幅降低路堤外工作墊層厚度，減少臨時租地面積和確保路基穩(wěn)定。

4.3 加固效果

該項目12個潛在變形較大、穩(wěn)定性相對較低的重要軟土地基路段的變形情況如表2所示。

（1）依托工程各路段在施工期的累計沉降與累計水平位移整體上較小，根據(jù)實測沉降數(shù)據(jù)通過擬合推算的剩余工后沉降也相對較小，均小于100 mm。工程實施過程中也未出現(xiàn)路基滑塌問題，整體上全線軟弱土加固處理效果良好。

（2）兩個管樁復(fù)合地基處理路段變形相對較大，累計沉降大于500 mm、水平位移大于200 mm，這主要是路基填高較大，且管樁間距2.5 m、2.9 m稍偏大。路基填筑過程中根據(jù)路基穩(wěn)定監(jiān)控動態(tài)調(diào)整了填土速率，未出現(xiàn)路基穩(wěn)定問題，且后續(xù)填土變形速率較小，推算工后沉降仍小于100 mm。此類路段在優(yōu)化管樁間距以降低處理費用，并在軟土地基穩(wěn)定監(jiān)控指導(dǎo)下進行路基填筑，確保了路基穩(wěn)定，工后沉降較小，加固效果優(yōu)良，很好地兼顧了造價與質(zhì)量兩個方面。

（3）全線針對各路段具體情況，采用了多種軟弱土地基處理方法，均取得了較好的加固效果，反映出項目軟土地基施工質(zhì)量措施得當(dāng)。

5 結(jié)論

（1）相對平原地區(qū)的軟土，山區(qū)軟土具有分布范圍小、厚度變化大；有機質(zhì)含量高；成分復(fù)雜、強度變化較大的特點。

（2）山區(qū)軟基處理主要存在軟土分布勘察遺漏、不均勻沉降、路基穩(wěn)定性、軟基處治不當(dāng)?shù)裙こ虇栴}。

（3）平興高速結(jié)合以往工程中山區(qū)軟基處理潛在風(fēng)險與設(shè)計、施工中存在的常見問題，在工程建設(shè)過程中根據(jù)具體情況采取了針對性的技術(shù)質(zhì)量控制措施，通過動態(tài)設(shè)計取得了良好的軟基加固效果，可為類似工程的設(shè)計與施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 濟南至廣州國家高速公路平遠(yuǎn)（贛粵界）至興寧段施工圖設(shè)計[Z].

[2] 魏永幸.斜坡軟弱地基填方工程特性理論研究[A].中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會.第八次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會論文集[C].2004.

[3] GDJTG/T E01-2011，廣東省公路軟土地基設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)定[S].人民交通出版社，2012.