市政道路軟基處理方案設(shè)計(jì)及調(diào)整研究

曾小剛

（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院，南昌 330038）

1 引言

近年來，市政基礎(chǔ)建設(shè)方興未艾，其建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在各個道路建設(shè)中軟基問題越來越受到重視。為保證市政道路的施工質(zhì)量及后期安全平穩(wěn)地運(yùn)營，應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)和工程要求， 因地制宜，綜合治理。同時，根據(jù)工地現(xiàn)場實(shí)際情況對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，以減小或消除軟土對市政工程帶來的不利影響。

2 軟基的主要處理方法

城市道路軟基具有高壓縮性、透水性差、流變性、不均勻性等特點(diǎn)，工程性差，不適合作為路基填筑材料，必須對其進(jìn)行處理，以改善其工程性質(zhì)。目前，市政道路軟基的處理方法主要有：換填法、強(qiáng)夯法、碎石樁法、壓密注漿法、高壓旋噴樁法、預(yù)壓法等。本文就南昌地區(qū)應(yīng)用比較多的幾種方法介紹如下。

2.1 換填法

換填法就是將表層不良地基土挖除，然后回填有較好壓密特性的土進(jìn)行壓實(shí)或夯實(shí)，形成良好的持力層。從而改變地基的承載力特性，提高抗變形和穩(wěn)定能力。換填法大多用于淺層軟土的處理，一般小于3m，對于軟土層較厚時如果使用換填法就會不經(jīng)濟(jì)，并且會產(chǎn)生新的問題（如深基坑、高邊坡處理等），同時換填材料應(yīng)滿足路基填料要求。

2.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、粉土、黏性土、雜填土和素填土等地基，它不僅能提高地基的強(qiáng)度、降低其壓縮性，還能改善其抗振動液化的能力和消除土的濕陷性。強(qiáng)夯法對于飽和度較高的黏性土，一般來說處理效果不顯著，尤其是淤泥和淤泥質(zhì)土地基，處理效果更差【1】。對軟土路基進(jìn)行強(qiáng)夯處理時必須要配合排水，綜合排水與強(qiáng)夯才能較好地處理軟土路基。強(qiáng)夯處理路基的實(shí)施效果與季節(jié)和路基排水是否通暢有很大的關(guān)聯(lián)。如果外部條件發(fā)生變化，應(yīng)及時進(jìn)行設(shè)計(jì)方案變更處理，以保證軟基處理的順利進(jìn)行及處理效果。

2.3 振沖碎（卵）石樁法

振沖器的振動使土顆粒重新排列并通過回填料使土體擠密，土體孔隙比減小，土的內(nèi)摩擦角和干密度加大。加固土體后，樁體與樁間土共同作用，以提高地基承載力，減少沉降。碎石樁的承載力和沉降量很大程度上取決于原地基土對其的側(cè)向約束作用，該約束作用越弱，碎石樁的作用效果越差，因而該方法用于強(qiáng)度很低的軟黏土地基時應(yīng)考慮其適用性。

2.4 壓密注漿法

壓密注漿是利用較高的壓力灌入濃度較大的水泥漿或化學(xué)漿液，在較大的壓力下滲入土體孔隙，使得土體內(nèi)形成新的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。從而改善土體的強(qiáng)度和防滲性能，同時也改變了土體物理力學(xué)性質(zhì)，提高了軟土地基的承載力。該方法適用于非飽和黏性土和砂黏土。

2.5 高壓旋噴樁法

利用高壓噴射機(jī)械，在地基中通過高壓噴射流沖切土體，并與水泥漿原位攪拌混合凝固，從而形成水泥土樁。本工程采用二重管旋噴形成復(fù)合地基，提高地基承載力，減少沉降。

3 工程實(shí)例

南昌市九龍湖黃崗山路地處南昌市紅谷灘新區(qū)九龍湖，位于西客站東南側(cè)，大致呈南北走向，南接環(huán)湖路，北至龍興大街，為城市道路次干道。擬建道路里程樁號為K0+000～K0+900，全長約 900m。

3.1 工程地質(zhì)條件

擬建場地位于南昌市九龍湖生米鎮(zhèn)正北方向，根據(jù)地貌成因和形態(tài)特征，工程沿線主要以崗地工程地質(zhì)單元為主，地形起伏較大，地形以山地為主，由于周邊施工回填等原因，現(xiàn)狀地面與原狀地面發(fā)生了較大變化，勘察期間擬建道路沿線為新近填土堆放處。勘察區(qū)地下水類型主要為上層滯水。主要賦存于①素填土層中，整體水量較小，主要接受大氣降水的補(bǔ)給，由于填土的性質(zhì)松散，無連續(xù)、統(tǒng)一的水位面，水量貧乏，水位隨季節(jié)的變化而變化。

場地地質(zhì)條件根據(jù)鉆探揭露及勘探深度，地質(zhì)情況按巖性及工程特性，自上而下依次劃分為①素填土、②粉質(zhì)黏土、③-1 強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（Exn）、③-2 中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（Exn）。其中，素填土為紅褐色，干燥，松散，主要成分以黏性土及強(qiáng)中風(fēng)化粉砂巖碎塊組成，填土均勻性較好，回填時間約半年；土、石等級為Ⅰ級，土、石類別為松土。黃崗山路揭露厚度為0.50～14.80m；其物理力學(xué)特性分別為：承載力容許值fa0=90kPa、黏聚力c=5kPa、內(nèi)摩擦角φ=8°。因此，原素填土不宜直接作為路基的基礎(chǔ)持力層，應(yīng)進(jìn)行加固處理。

根據(jù)地勘報告，對軟基路段（K0+046～K0+342、K0+470～K0+705）采用重錘強(qiáng)夯法處理。

3.2 原路基處理方案及現(xiàn)場實(shí)施

根據(jù)地勘報告素填土性質(zhì)及地下水情況，結(jié)合施工時間、工程造價等因素；并參考九龍湖片區(qū)已成功實(shí)施強(qiáng)夯路段的經(jīng)驗(yàn)，本路段軟基采用強(qiáng)夯處理。軟基處理路段：黃崗山路為K0+021.7～K0+342、K0+470～K0+705。

強(qiáng)夯具體處理方案如下：

1）強(qiáng)夯錘重不小于150kN， 錘底面形式采用圓形或多邊形，錘底面靜接地壓力值可取25～40kPa。

2）單位夯擊能初步選用4 000kN·m；最終夯擊能和夯擊次數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯確定，以最后2 擊的平均夯沉量小于100mm 確定。夯擊遍數(shù)采用點(diǎn)夯2～3 遍，必要時可適當(dāng)增加；最后再以低能量滿夯2 遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印相接。

3）夯擊點(diǎn)位置采用等邊三角形布置，第一遍夯擊點(diǎn)間距可取夯錘直徑的2.5～3.5 倍， 第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間；以后各遍夯擊點(diǎn)間距可適當(dāng)減少。

4）路基兩側(cè)邊坡邊緣外3m 以內(nèi)為夯擊處理范圍，處理后地基承載力不小于120kPa。

施工前期對黃崗山路K0+470～K0+705 段進(jìn)行強(qiáng)夯處理，經(jīng)檢驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。但在進(jìn)行K0+021.7～K0+342 段施工時，卻發(fā)現(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)夯作業(yè)施工過程中，出現(xiàn)土壤液化、翻漿，并呈有“彈簧土”現(xiàn)象，夯擊點(diǎn)達(dá)不到收錘條件，檢測結(jié)果也滿足不了路基設(shè)計(jì)要求。

3.3 部分路段強(qiáng)夯處理失敗原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場勘查和分析，參建各方一致認(rèn)為：

1）黃崗山路（龍興大街—景德鎮(zhèn)街）段原始地形地貌為四周高、中間低的“凹”型構(gòu)造，堆土后造成路基底層內(nèi)滯水無法自然降排；

2）道路路基兩側(cè)地坪均已回填到位標(biāo)高高于路基標(biāo)高，并進(jìn)行了房地產(chǎn)開發(fā)，現(xiàn)狀地面處于低洼狀態(tài)，地表排水不暢；

3）近期南昌雨水較充沛，降水量大，進(jìn)入路基下臥層后，由于地形地貌原因，排水不暢導(dǎo)致路基下臥層原回填土體處于飽和狀態(tài)；

4）強(qiáng)夯法僅適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基，對飽和土體處理效果不佳。

基于以上幾點(diǎn)，與原地勘報告中描述的素填土中水量貧乏不相符的，路基處理已經(jīng)不適合繼續(xù)采用強(qiáng)夯處理，需要對黃崗山路K0+021.7～K0+342 段路基處理方案進(jìn)行調(diào)整。

3.4 處理方案變更

根據(jù)工程現(xiàn)場實(shí)際情況，初步擬定3 個方案：振沖碎石樁法、高壓旋噴樁法、砂石換填法。對以上方案就施工難易程度、施工工期、工程經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行綜合比較。具體比較如表1所示。

表1 方案比較一覽表

通過以上比較，采用振沖碎石樁法。

3.5 地基處理的沉降計(jì)算及實(shí)踐依據(jù)

根據(jù)方案比選，振沖碎石樁法優(yōu)勢明顯，同時對振沖碎石樁法處理路基進(jìn)行了沉降計(jì)算和試驗(yàn)段檢測。

3.5.1 路基變形計(jì)算

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，復(fù)合地基設(shè)計(jì)前，應(yīng)在代表性的場地上進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，以確定設(shè)計(jì)參數(shù)和處理效果。目前，地基處理還沒有完整的計(jì)算理論基礎(chǔ)，只有簡單的驗(yàn)算方法。

由于素填土土質(zhì)不均勻，地勘報告難以提供關(guān)于變形計(jì)算的參數(shù)。計(jì)算過程中，參數(shù)均為參考數(shù)據(jù)。

根據(jù)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》中4.3 計(jì)算如下：

（壓縮模量Esi=3.5MPa，填土高度hi取8.5m）

ms=0.123γ0.7（θH0.2+VH）+Y=1.89

（其中，γ=19kN/m2，θ=0.95，H=8.5m、V=0.05、Y=0)

S∞=msSc=1.89×254.6=481.2mm

式中，Sc為主固結(jié)沉降；S∞為最終沉降；θ 為路基處理類型系數(shù)；Δpi為附加應(yīng)力；Esi為各層土壓縮模量；ms為沉降系數(shù)；Y為地質(zhì)因素修正系數(shù)；V 為加載速率修正系數(shù)；H 為填土高度；γ 為路基填料重度。

路基沉降過大時應(yīng)進(jìn)行處理，方能滿足CJJ 194—2013《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.8 條要求。

而采用振沖碎石樁處理后，路基變形計(jì)算如下：

式中，Sz為樁長深度內(nèi)復(fù)合地基的沉降；S 為未加固地基（天然地基）的沉降；μs為樁間土應(yīng)力折減系數(shù)；m 為面積置換率；n 為樁土應(yīng)力比。

3.5.2 路基試驗(yàn)段檢測

根據(jù)專家意見，路基處理實(shí)施前應(yīng)在代表性的場地上進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工。因此，現(xiàn)場選取20m×20m 試驗(yàn)段進(jìn)行試打，并出具效果檢測報告；表明振沖碎石樁處理后路基可以滿足路基設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

目前，黃崗山路已經(jīng)完工并投入使用，根據(jù)施工后各項(xiàng)路基彎沉檢測及后期沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，道路路基運(yùn)營狀態(tài)良好，滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)該路基處理實(shí)例，雖然市政道路軟基處理方法多樣，但在實(shí)際處理當(dāng)中并不是一成不變的，應(yīng)根據(jù)工地具體情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，才能保證道路軟基處理方案的合理性。