道路深層軟基處理設(shè)計(jì)方案比選及優(yōu)化實(shí)例

張超

摘要 珠三角地區(qū)軟土分布廣泛，軟基處理在道路總造價(jià)中占比較高，多達(dá)15%～30%，因此如何降低軟基處理造價(jià)，同時(shí)又能保證路基質(zhì)量，成為廣泛研究的課題。文章以廣州市黃欖快速干線（西段）工程為例，介紹了道路深層軟基處理設(shè)計(jì)方案的比選、優(yōu)化思路及施工驗(yàn)證情況，總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以期為類似項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞 珠三角;道路;軟基處理

中圖分類號(hào) U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0086-03

0 引言

黃欖快速干線（西段）工程位于廣州市南沙區(qū)北部（原屬番禺），沿線軟土分布范圍廣，厚度大小不均，因此軟基處理方案將直接影響該工程的投資、工期、質(zhì)量以及道路建成后的行車平穩(wěn)性和舒適性。在項(xiàng)目建設(shè)管理過(guò)程中根據(jù)軟基特點(diǎn)，進(jìn)行了多方案比選，并分析對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)及適用性，以尋求合理、經(jīng)濟(jì)的軟基處理實(shí)施方案。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

該項(xiàng)目是廣州市高快速路網(wǎng)“四環(huán)十八射十五條重要公路”之一，位于廣州市南沙區(qū)欖核鎮(zhèn)、大崗鎮(zhèn)、東涌鎮(zhèn)，向西連接佛山市順德區(qū)大良，是廣佛同城化重點(diǎn)建設(shè)的城市快速路。路線總長(zhǎng)7.57 km，設(shè)計(jì)速度80 km/h，規(guī)劃紅線寬80 m，雙向八車道。全線深層軟基處理深度4～27 m。工程總投資約16.88億元。

1.2 地質(zhì)概況

道路所處地區(qū)地貌屬于珠江三角洲沖積平原，根據(jù)勘探和物探結(jié)果，該工程沿線大部分路段分布有淤泥和淤泥質(zhì)土等軟弱土，厚度10～30 m，局部地段厚度達(dá)30～45 m，呈流～軟塑狀，含水量高，具高壓縮性，土質(zhì)軟弱，地基承載力低。同時(shí)根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量試驗(yàn)，屬有機(jī)質(zhì)土，呈欠固結(jié)狀，在自重應(yīng)力和附加載荷作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的沉降[1]。

1.3 路基填方高度

由于道路沿線多為農(nóng)田與水網(wǎng)，綜合考慮該地區(qū)的防洪排澇規(guī)劃，工程多為填方路堤，填方高度普遍為3.0～5.0 m，橋臺(tái)臺(tái)后最大填高為5 m。

填土高、軟土地基深，經(jīng)計(jì)算，若不對(duì)軟土地基進(jìn)行深層地基處理，則工后沉降達(dá)到60～100 cm，最深處將達(dá)到140 cm，顯然不滿足工后沉降控制值，因此需要實(shí)施深層地基處理。

2 深層地基處理方案介紹及比較

目前深層地基處理方法主要有排水固結(jié)法和樁體復(fù)合地基法兩大類，較常用處理方法的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

3 原設(shè)計(jì)方案比選及推薦

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，結(jié)合建設(shè)工期要求及施工場(chǎng)地條件，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和比較，分段確定軟土地基處理推薦方案。

由于受工期約束，該工程不宜采用排水固結(jié)法。

3.1 軟土深度在3～13m的路段

淤泥和淤泥質(zhì)土等軟弱土深度不超過(guò)13 m的路段，可采用常規(guī)水泥土攪拌樁和釘形水泥土雙向攪拌樁，經(jīng)比較，二者造價(jià)相當(dāng)，推薦釘形水泥土雙向攪拌樁的理由如下：

（1）其工程質(zhì)量要優(yōu)于常規(guī)水泥土攪拌樁，技術(shù)先進(jìn)性主要體現(xiàn)在：雙向攪拌樁體更均勻，樁體強(qiáng)度更高，釘形變截面受力更合理。

（2）樁體數(shù)量相對(duì)較少，施工速度快，更有利于保證工程進(jìn)度和總工期。

3.2 軟土深度在13～20m的路段

軟土深度超過(guò)13 m但小于20 m的路段，可采用CFG樁、旋噴樁和釘形水泥土雙向攪拌樁，該工程推薦釘形水泥土雙向攪拌樁的理由如下：

（1）其工程造價(jià)要低于旋噴樁80%甚至更多。

（2）對(duì)于淤泥及淤泥質(zhì)土地基，LCG樁和CFG樁法充盈系數(shù)大，工程量不宜控制，且易發(fā)生串孔、擴(kuò)徑、縮徑、使樁上浮等工程質(zhì)量問(wèn)題。

3.3 軟土深度超過(guò)20 m的路段

淤泥和淤泥質(zhì)土等軟弱土深度超過(guò)20 m的路段，可采用旋噴樁和預(yù)應(yīng)力管樁，該工程推薦旋噴樁的理由如下：該工程軟土上部覆蓋的素填土和雜填土厚度一般不超過(guò)1 m，不利于管樁機(jī)械的運(yùn)行和施工。

4 優(yōu)化思路及建議

（1）從理論上看，設(shè)計(jì)單位提出的方案是可行的，但推薦方案未將處治功效和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合，選用的方案代價(jià)較高[2]。

（2）設(shè)計(jì)方案未吸收該地區(qū)軟基處治的有效成功經(jīng)驗(yàn)，如CFG樁、水泥攪拌樁不應(yīng)輕易否定，其施工工藝成熟、應(yīng)用較廣，建議進(jìn)一步論證其適用性。

（3）釘形水泥土雙向攪拌樁是對(duì)普通水泥土攪拌樁處治工法的一種改進(jìn)，其處治結(jié)果優(yōu)于常規(guī)水泥攪拌樁，但此工法在該地區(qū)并無(wú)大規(guī)模采用的經(jīng)驗(yàn)。如采用此方案，在大規(guī)模實(shí)施前應(yīng)做試驗(yàn)段以驗(yàn)證其適用性。

（4）有900 m長(zhǎng)的路段采用高壓旋噴樁進(jìn)行地基處理，該段軟土厚度大（除少部分為26 m外，多在28～31 m），采用高壓旋噴樁處治軟基造價(jià)昂貴，單位面積造價(jià)超過(guò)2 000元/m2，從經(jīng)濟(jì)性來(lái)看顯然不合理，且旋噴樁樁長(zhǎng)超過(guò)26 m時(shí)質(zhì)量不易控制，故不宜做推薦方案大面積采用。建議與預(yù)應(yīng)力管樁、橋梁方案作技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合比選，擇優(yōu)選用。

（5）橋臺(tái)臺(tái)后、箱涵兩側(cè)復(fù)合地基應(yīng)設(shè)過(guò)渡段協(xié)調(diào)變形，以減小差異沉降。

（6）在深厚軟土條件下，擋土墻易出現(xiàn)不均勻沉降、傾斜、失穩(wěn)及開(kāi)裂等各種病害，應(yīng)區(qū)別于一般路段，應(yīng)加強(qiáng)穩(wěn)定性及地基承載力驗(yàn)算，確保擋土墻安全。

5 優(yōu)化后方案

5.1 在第四標(biāo)段設(shè)置釘形水泥土雙向攪拌樁試驗(yàn)段

第四標(biāo)段軟土深度在11～23 m，在第四標(biāo)段設(shè)置一個(gè)釘形水泥土雙向攪拌樁試驗(yàn)段。試驗(yàn)段施工能夠達(dá)到預(yù)期目的后，再在第四標(biāo)段全面開(kāi)展釘形水泥土雙向攪拌樁施工。

5.2 根據(jù)軟土深度分段確定軟基處理方案

對(duì)于其余四個(gè)標(biāo)段，軟弱土深度在3 m深以內(nèi)采用換填方式;3～13 m范圍采用水泥土攪拌樁;13～23 m范圍采用CFG樁;對(duì)于軟弱土深度在23～31 m區(qū)段，采用路改橋方案，對(duì)于不宜更改的路段采用管樁進(jìn)行地基處理。A8811F88-A6BC-4B7D-B094-8FF2B468153D

5.3 橋臺(tái)處、箱涵處的地基處理方案

該工程橋梁多，若橋臺(tái)處軟土地基處理不當(dāng)，將難以滿足工后沉降的控制要求，并在后期跳車嚴(yán)重，對(duì)道路運(yùn)行極為不利。該工程采取以下方法進(jìn)行控制：

（1）臺(tái)后復(fù)合地基處理時(shí)，樁間距應(yīng)采用變間距，形成漸變段以解決臺(tái)后沉降量突變問(wèn)題。以水泥土攪拌樁處理為例，橋臺(tái)臺(tái)后10 m引道及臺(tái)前錐坡樁間距1.2 m，臺(tái)后10～20 m段間距1.3 m，臺(tái)后20～30 m段樁間距1.4 m。

（2）橋臺(tái)施工采用反開(kāi)挖法，先填筑路堤待沉降穩(wěn)定時(shí)再鉆樁施工橋臺(tái)。

（3）橋臺(tái)處的軟弱土層厚度大于15 m時(shí)，臺(tái)前設(shè)10 m左右的反壓段，以利于橋臺(tái)穩(wěn)定。

對(duì)于箱涵基底，樁間距適當(dāng)加密，沿道路縱向在箱涵頂設(shè)置若干層雙向拉伸土工格柵，并向兩側(cè)延伸10～

15 m，以減少不均勻沉降。

5.4 懸臂式擋土墻基底處理方案

（1）軟土深度不超過(guò)23 m的擋土墻基底采取釘形水泥土雙向攪拌樁，上部擴(kuò)大頭直徑1.0 m，高度3.0 m，下部樁體直徑0.6 m，能保證地基的承載力和穩(wěn)定性。

（2）軟土深度大于23 m時(shí)，為保證懸臂式擋土墻基礎(chǔ)的穩(wěn)定，可采用預(yù)應(yīng)力管樁嵌入基礎(chǔ)處理，能有效減少不均勻沉降、傾斜、失穩(wěn)及開(kāi)裂等后期病害。

5.5 與舊路相接處的地基處理方案

該項(xiàng)目終點(diǎn)在下橋后接既有的順?lè)?，順?lè)芬呀?jīng)運(yùn)行多年，路面質(zhì)量保持良好，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，填高小于2 m時(shí)不進(jìn)行地基處理。填高大于2 m時(shí)需要進(jìn)行地基處理，采用水泥土攪拌樁進(jìn)行處理。

5.6 旋噴樁造價(jià)太高，只用于局部高度受限地段

旋噴樁為半剛性樁體，在上述工法中造價(jià)最高，但其機(jī)械低矮、靈活，適用于高度受限地段。該項(xiàng)目單管旋噴樁應(yīng)用于電力高壓線離地面高度較小處，及高架橋下凈空受限處。

6 施工實(shí)際情況及反思

6.1 PHC管樁施工靠近民房發(fā)生變更

第一標(biāo)段K0+880～K0+900路段軟基處理方案為φ400PHC管樁，樁長(zhǎng)27.0 m，該施工作業(yè)點(diǎn)離房屋最近僅5 m，管樁施工震動(dòng)力大，且施工時(shí)對(duì)周邊土體有較大的擠壓、膨脹力，村民擔(dān)憂、反對(duì)的意見(jiàn)很大。經(jīng)協(xié)調(diào)，處理方案變更為單管旋噴樁，樁長(zhǎng)27.0 m，樁直徑0.6 m，樁距1.6 m。

反思：軟基處理施工應(yīng)考慮場(chǎng)地條件，若靠近建筑物，震動(dòng)力大、對(duì)周邊土體有較大的擠壓的PHC管樁慎用。

排水固結(jié)法會(huì)造成地基整體沉降變形，會(huì)對(duì)處理范圍外20 m寬度內(nèi)產(chǎn)生明顯的附加沉降，對(duì)建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響，也應(yīng)慎用。

6.2 第三標(biāo)段CFG樁充盈系數(shù)大

第一標(biāo)段施工CFG樁時(shí)情況良好，但在第三標(biāo)段蕉門(mén)水道西岸施工CFG樁體時(shí)充盈系數(shù)很大，最大達(dá)到3.0。經(jīng)過(guò)改進(jìn)施工工藝，控制配合比、坍落度和拔管速度，經(jīng)重新試樁，施工質(zhì)量得以控制，但是超灌量較大，充盈系數(shù)達(dá)到1.4～1.7。經(jīng)論證，由于CFG樁有較好的經(jīng)濟(jì)性，即使充盈系數(shù)偏大一點(diǎn)，仍較預(yù)應(yīng)力管樁經(jīng)濟(jì)。施工完成后經(jīng)檢測(cè)，處理后地基承載力及樁身完整性均滿足設(shè)計(jì)要求，沒(méi)有縮徑、斷樁現(xiàn)象。

將第一、三標(biāo)段的淤泥和淤泥質(zhì)土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表2，可以發(fā)現(xiàn)三標(biāo)軟土的含水量、孔隙比均比一標(biāo)高，導(dǎo)致CFG樁對(duì)于三標(biāo)的適宜性比一標(biāo)差。根據(jù)表2分析，若淤泥含水量大于60%，孔隙比大于1.6，應(yīng)謹(jǐn)慎采用CFG樁，必須經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及檢測(cè)后方能大面積使用。

反思：根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[3]，CFG樁適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基，對(duì)淤泥質(zhì)土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。經(jīng)以上實(shí)踐，CFG樁對(duì)該地區(qū)淤泥及淤泥質(zhì)土仍有適用性，由于其經(jīng)濟(jì)性較好仍值得推廣，但當(dāng)含水量、孔隙比較大時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制施工工藝及先進(jìn)行試樁。

6.3 排水固結(jié)法不應(yīng)輕易否定

該工程計(jì)劃工期為一年，因此否定了排水固結(jié)法。但受征地拆遷、管線遷移制約，實(shí)際建設(shè)工期超過(guò)了二年。

反思：排水固結(jié)法造價(jià)約為復(fù)合地基法的30%～50%，造價(jià)最為節(jié)省，處理后沉降均勻，而往往因工期緊張?jiān)蚨环穸?。建議項(xiàng)目提早籌劃，提前開(kāi)展軟基處理工作，為軟基處理預(yù)留足夠的工期，以選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最佳的軟基處理方案。

7 釘形水泥土雙向攪拌樁試驗(yàn)段結(jié)論

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)抽芯、標(biāo)準(zhǔn)貫入、荷載試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓等各項(xiàng)檢測(cè)，均滿足設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)試驗(yàn)段結(jié)果，釘形水泥土雙向攪拌樁在施工質(zhì)量可控性、樁身強(qiáng)度、攪拌均勻性等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。樁身強(qiáng)度有離散性，但平均值較高，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。樁長(zhǎng)在13～23 m時(shí)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好，具有明顯優(yōu)勢(shì)?？稍谠摰貐^(qū)應(yīng)用推廣。

8 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)近20年的基建熱潮中，各種深層軟基處理工法已較為成熟，技術(shù)上可行的方案有多個(gè)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、施工場(chǎng)地條件、地區(qū)成熟經(jīng)驗(yàn)、工期要求等綜合選擇，并在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度、環(huán)保等方面進(jìn)行多方案比選，進(jìn)一步優(yōu)化，以期得到最為適宜的地基處理方案。

該工程軟基處理設(shè)計(jì)方案優(yōu)化前造價(jià)約為2.73億元，占總建安工程費(fèi)的22.7%，經(jīng)優(yōu)化后軟基處理造價(jià)約為2.25億元，軟基處理造價(jià)節(jié)省21.3%?，F(xiàn)在該道路已建成通車，運(yùn)行情況良好，深層軟基處理達(dá)到了預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)

[1]武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司. 黃欖快速干線（西段）工程初步設(shè)計(jì)說(shuō)明[R]. 武漢， 2009.

[2]廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院. 黃欖快速干線（西段）工程初步設(shè)計(jì)咨詢報(bào)告[R]. 廣州， 2009.

[3]建筑地基處理技術(shù)規(guī)范： JGJ79—2012[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2013.A8811F88-A6BC-4B7D-B094-8FF2B468153D