公路改擴(kuò)建中軟土地基勘察及處理思路

張晨

（十堰市路緯交通勘察設(shè)計有限公司，湖北十堰 442000）

1 引言

為滿足公路建設(shè)需求，保障行車安全，許多已建成的公路都需要進(jìn)行改建，這就需要根據(jù)公路的實際情況和條件進(jìn)行分析和設(shè)計，對施工中的各個關(guān)鍵問題和可能出現(xiàn)的矛盾點進(jìn)行有效的解決。其中，軟土地基的勘察設(shè)計是決定舊路改擴(kuò)建工程能否順利進(jìn)行和工程質(zhì)量能否保證的關(guān)鍵。

2 高速公路軟土地基勘察及處理要點

2.1 合理選擇勘察方法

勘察工作是軟土地基工程正式開工前的重要環(huán)節(jié)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，勘察工作的效率和質(zhì)量得到了較大的提升。通常在勘察階段，勘察方法的選取要根據(jù)現(xiàn)場實際情況而定，由有關(guān)主管部門在天氣條件良好的條件下進(jìn)行勘察，并在合適的溫度下進(jìn)行土壤顆粒間隙和含水率的測定[1]，保證勘察數(shù)據(jù)的可靠性，然后編制勘察報告，為后續(xù)階段的工作提供依據(jù)。

2.2 嚴(yán)格控制地基沉降量

地基沉降是公路建設(shè)中普遍存在的問題，嚴(yán)格控制沉降量可以保證道路建設(shè)質(zhì)量。但若前期軟土地基處理質(zhì)量不佳，可能會使地基、路面產(chǎn)生較大的沉降，影響通行安全。以往軟土地基產(chǎn)生的沉降量過大以及不均勻沉降問題與軟土地基的勘察設(shè)計工作存在著較大的關(guān)系，因此，勘察設(shè)計部門在勘察設(shè)計過程中重點圍繞沉降問題進(jìn)行防范，適當(dāng)增加一定量的輕質(zhì)材料，如粉煤灰和氣泡混凝土，以此減小地基荷載，減少地基的沉降量[2]。

2.3 加強地基土固化處理

在軟土地基施工時，不僅會受到自身土質(zhì)的影響，還會因施工區(qū)域地理因素的影響而發(fā)生變化。因此，在施工時應(yīng)注意提高固化處理力度，降低因含水率高、孔隙率大等因素而導(dǎo)致的土質(zhì)過軟問題。在常見的軟土地基固化處理過程中，會選擇石灰材料，利用石灰與水接觸產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)來降低其含水率，同時，在石灰與水反應(yīng)后，會生成較多的氫氧化鈣，可以使地基材料中增加氫氧化鈣含量，進(jìn)而提升地基的強度與整體穩(wěn)定性。

3 項目背景

某高速公路是一條雙向四車道高速公路，設(shè)計時速為120 km/h?，F(xiàn)有路面寬度已經(jīng)不能滿足通行需要，需要在原基礎(chǔ)上拓寬16 m。在對其加寬設(shè)計中，根據(jù)公路兩側(cè)用地條件及地形地貌特征，采取了兩側(cè)拼寬的方法（單向8 m），拓寬后的路面寬度由原來的26 m增加至42 m。通過現(xiàn)場勘察，發(fā)現(xiàn)該項目沿線地貌單元類型較為單一，地勢較為平坦，未發(fā)現(xiàn)滑坡、塌陷、崩塌、巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象，但也有一些屬于特定巖土的液化土、軟土，因此，必須進(jìn)行相應(yīng)的試驗研究，并制訂出一套合理的地基處理方案。

4 軟土地基處理要求

在線位區(qū)域，部分路段分布有軟土，多集中在30~38 m深的地下區(qū)域，厚度在10~23 m，經(jīng)勘察，軟土的主要力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 軟土的主要力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)舊路施工圖數(shù)據(jù)，該段舊公路的軟土治理長度為1.137 km，主要采用了超載預(yù)壓的方法。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該項目的路基填筑高度普遍比較高，一般路段的路基填筑高度為3~5 m，橋臺處為3~8 m。該路段在10年間的運行中，線路的線性度總體上比較平穩(wěn)，沒有明顯的沉降差異，整體地基沉降量較小，路面使用情況良好。

為防止新舊路面由于沉降差過大導(dǎo)致大范圍縱向裂紋，必須根據(jù)實際情況控制沉降量。為了防止舊地基因水位下降引起地基土有效應(yīng)力增加，進(jìn)而引發(fā)附加沉降，對于臨近水塘、河流等路段，必須進(jìn)行排水、隔水處理。

5 軟土地基沉降及穩(wěn)定性計算分析

對軟土地基進(jìn)行處理，首先需要從其穩(wěn)定性和沉降量兩個方面進(jìn)行分析。本文應(yīng)用有效固結(jié)應(yīng)力法對地基的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并應(yīng)用分層綜合法對地基沉降量進(jìn)行計算，通過經(jīng)驗修正系數(shù)進(jìn)行了修正。以太沙基一維固結(jié)理論為依據(jù)，設(shè)計荷載等級為公路-I級，路堤填筑土的容重為18 kN/m3。

拓寬改建公路拼接處的沉降標(biāo)準(zhǔn)是：地基加寬后的沉降量不超過15 cm；工后路面的水平坡度變化控制在0.5%以內(nèi)。

在初步勘察地質(zhì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實測沉降情況，對全線老舊公路加寬段的代表性鉆孔進(jìn)行了沉降計算，并對典型地段的沉降量進(jìn)行了分析，計算結(jié)果見表2。

根據(jù)表2中的沉降計算結(jié)果，對于軟土區(qū)域填土高度小于4.5 m的路段，基準(zhǔn)期（工后沉降基準(zhǔn)期為334 d，其中，路基施工期為183 d，路基預(yù)壓期為122 d）的總沉降和施工后差異沉降量均能滿足設(shè)計要求；在基坑開挖深度超過4.5 m的情況下，基準(zhǔn)期內(nèi)的總沉降和施工后差值的斜坡均能滿足設(shè)計要求[3]。

表2 舊路拓寬典型路段沉降計算

高路堤往往會出現(xiàn)路堤穩(wěn)定性問題，尤其是河道水位的變動對路堤的影響較大時更是如此。該項目粉土段和粉砂段的穩(wěn)定性安全系數(shù)均在2.0以上，達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)要求，臨塘段不需進(jìn)行防滲處理。

6 軟土地基處理方案的選擇

在軟土地基施工過程中，一般采用淺層換填、超載預(yù)壓法、輕質(zhì)路堤、混凝土攪拌樁、砂礫樁和PC管樁。砂石換填方法具有施工簡便、快捷、造價低的優(yōu)點；超載預(yù)壓法施工簡單，工期較長，且有二次輸送的問題；輕質(zhì)路堤（輕質(zhì)泡沫）對周邊基礎(chǔ)的影響較小，能夠達(dá)到沉降要求，但造價較高；各種樁基礎(chǔ)復(fù)合地基的施工技術(shù)較為復(fù)雜，對環(huán)境造成一定的影響，且成本高[4]。根據(jù)工程的具體情況，對各種基礎(chǔ)處理工藝的造價進(jìn)行了估算，見表3。

表3 軟土地基處理方案的工程費用

超載預(yù)壓是解決淺層軟黏土的首選方法，施工方便、成本低，經(jīng)濟(jì)效益高。輕質(zhì)路堤（泡沫輕質(zhì)土），可以降低地基的自重，在軟土層較深時，其應(yīng)用可以降低地基的沉降量，提高地基的穩(wěn)定性。EPS作為路堤的輕質(zhì)填料，不僅造價昂貴，而且對其路用特性和具體施工工藝的研究也不夠深入，限制了EPS在公路上的使用。

通過對比分析，建議結(jié)合采用碎石土換填、超載預(yù)壓、泡沫輕質(zhì)土路堤等方法。本項目結(jié)合不同地質(zhì)分區(qū)、不同特性的軟土，以及填土的高度，采用綜合處理的方法。大多數(shù)不存在軟土的路段，不需要特殊處理。

為提高臨近水塘高速公路路段的整體穩(wěn)定性，在地基的每個臺階上均設(shè)有一條單層土工格柵。在高填方路段，以及河塘邊緣與原道路的坡腳距離不到3 m路段，為避免抽水清淤施工而影響地基的穩(wěn)定性，宜采用直接填埋的施工方法處理塘底淤泥，可以首選采用輕質(zhì)發(fā)泡土作填筑材料[5]。

7 結(jié)語

綜上所述，由于土壤中自然濕度大，含水率高，軟黏土的硬度和強度都比較低，加之氣候等原因，各地區(qū)的軟黏土特性也各不相同，軟土地基處理是道路建設(shè)的基礎(chǔ)和核心建設(shè)中需要重點處理的問題。通過對軟土地基勘察設(shè)計中的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行分析，確定了軟土地基的設(shè)計要求和軟弱地基處理方案的選取，以確保設(shè)計方案的正確性，并且要注意選用科學(xué)合理的施工工藝，保證軟土地基處理的效果，從而提高整個公路工程的質(zhì)量，促進(jìn)我國的公路建設(shè)的發(fā)展。