大连普湾新区滨海公路软基处理设计与探讨

刘卫其 李伟昊

摘要：大连普湾新区滨海公路工程沿海岸线布置，全线天然地基地质条件均不满足公路路基的建设与使用要求，需要进行地基加固处理。经方案比选，结合当地材料情况，公路路基采用了抛石挤淤结合超载预压的方法进行处理。

关 键 词：公路软基 抛石挤淤 超载预压

中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：

Abstract： Dalian Pulandian Bay new area coastal highway construction coastal shoreline, all natural geological conditions do not meet the requirements of highway roadbed construction and use, need strengthening foundation. The scheme selection, combined with local materials, roadbed using Rip-rapping combined with surcharge preloading method for treating.

Key words： Highway; Soft foundation; Rip-rapping; Surcharge preloading .

1 工程概况

大连普湾新区滨海道路工程起于松木岛长皮高速附近，路线向东沿着海岸线绕过普兰店湾后，向西延伸，终点与规划的南六号路相交，全长约42.6公里。本工程包括路基工程、路面工程、桥涵工程和市政管网工程等。道路规划红线宽26m，双向四车道，单车道宽度3.5m，道路等级为城市次干路Ⅱ级，设计行车速度40km/h，交通设计年限15年。

沿线地层岩性主要为淤泥、淤泥质粘土等，淤泥厚度一般1～3m左右，淤泥质粘土厚度一般3～8m左右，部分路段达10m以上。其物理力学指标:w=32.0～50.9%，e=1.014～1.354，IL=1.08～2.16，a1-2=0. 34～1.12。特点是天然含水量较大，孔隙比较大，多为高压缩性土，地基土容许承载力低，加荷后地基的沉降量大，通过对全线软基的安全性验算，发现地基土的工后沉降量大部分不能同时满足设计要求，需要进行地基加固处理。

2 软土地基处理方法比选

软基处理方法很多，归纳起来主要有五大类，即置换、排水固结、振动挤密和加筋土等。这些方法技术成熟、经济适用、施工容易、效果显著，均得到了较为广泛的应用。

（1）置换法

置换法是以合适材料置换软弱土，确保路基稳定和减少沉降量。置换材料可分为优质土料、砂砾或碎石、石块。

当软土层距地面较近，厚度较薄，具备机械施工条件时，此时可直接将这些软土挖掉，换填优质土料、砂砾、碎石。当土质为淤泥和淤泥质土，或软层位于水下时，不具备开挖运输条件，可采用抛石挤淤法进行置换。在抛石挤淤后，还应使用压路机振动碾压，使抛石压实，在抛石顶铺设碎石垫层和网状土工织物，以达到排水及隔离的作用。

（2）排水固结法

排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。

常用的排水固结方法有堆载预压法、真空预压法、降水预压法和电渗排水法。堆载预压法是在建筑场地临时堆填土石等，对地基进行加载预压，使地基沉降能够提前完成，并通过地基土固结提高地基承载力，然后卸去预压荷载建造建筑物，以消除建筑物基础的部分均匀沉降。真空预压指的是砂井真空预压。即在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及砂井进行抽气，使地下水位降低，同时在地下水位作用下加速地基固结。降水预压法用水泵抽出地基地下水来降低地下水位，减少孔隙水压力，使有效应力增大，促进地基加固。电渗排水法即通过电渗作用逐渐排出土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。

（3）振动挤密法

振动挤密的方法主要有振冲桩、粉喷桩、旋喷桩和CFG桩等，与桩周的加强土体形成复合地基，以增加地基承载力、压缩模量和抗剪切力，以承担较大的荷载。

振冲桩是利用功率为30～150kW的振冲器，配合高压喷射水流或高压空气在软基中建成密实的碎石桩。粉喷桩、旋喷桩都是用水泥(石灰或粉煤灰等) 作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地下深层将水泥等浆液或粉体经搅拌后产生的化学固化和物理作用形成的桩体。CFG桩为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。

强夯法也属于振动挤密类的加固方法，对于解决差异沉降效果理想。强夯法主要用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基。对非饱和的粘性土地基，一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法。

（4）加筋土法

加筋土法是由土和筋体组成的复合土体。在填土工程过程中铺设加筋带或土工格栅或土工织物等加筋材料，以增强土体的抗拉、抗剪强度和整体稳定性。拉筋是一种水平向增强体。一般使用抗拉能力强、摩擦系数大而耐腐蚀的条带状、网状、丝状材料，路基处理常用的是土工格栅和拉筋。

（5）方案比选

通过多上述软基处理方法进行比较，结合工程现场条件，滨海公路路基采用了以抛石挤淤为主，结合超载预压的软基处理方法。具体措施为排水→抛石挤淤→级配碎石垫层→土工格栅→级配碎石→超载预压→石灰改良土垫层。

滨海公路路基多位于海湾两侧的海参养殖区内，路线跨越多个养殖池，池内为淤泥等软土，池子四周坝埂为多年前用山皮土石填筑，较稳固，为防止路基填筑后坝埂处与养殖池处发生不均匀沉降，施工前先将路基范围内的坝埂全部挖除；利用挖除的土方在路基坡脚两侧各20m范围内填筑挡水埝，将两埝间的海水采用强排方式抽干。然后在路基底部抛石挤淤，抛石宜采用10～500kg的开山石，用50t振动压路机振动碾压，使抛石压实，抛石顶高程为-0.5m，抛石厚度不小于1m，多在1～2m之间。然后在抛石上铺设50cm厚的级配碎石垫层，碎石垫层上铺设一层高强土工格栅，然后铺设30cm厚的级配碎石，再回填山皮土分层压实至预压高程，预压土厚度为1.5m，预压期为6个月。预压结束卸载后上路床顶部开槽铺50cm厚的石灰改良土垫层，压实至设计要求。

3 设计计算

（1）设计标准

由于本工程临海侧有永久护岸掩护，路基两侧后期也将回填(吹填)造陆，地基处理的主要目的是减小工后沉降，因此在确定地基处理方法之前必须对填土荷载作用下地基的沉降变形进行计算分析。

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），一般路基段的工后沉降容许值不大于50cm。

（2）路基沉降验算方法

计算软件:北京理正岩土系列软件5.6版

计算方法:经验系数稳定法计算沉降，也即采用分层总和法计算沉降，而后再乘以一个经验修正系数，得地基沉降量。

计算中几个关键指标的取值：

工后沉降基准期，取路面使用年限：15年；

沉降经验修正系数，取1.3。

表1 沉降计算汇总表

处理后各段工后沉降均满足规范要求。

4 观测要求

为保证施工的安全与进度，并为后期滨海公路运营服务，必须设置观测断面，观测沉降与位移，掌握软土区段路基在荷载作用下产生的影响，分析检验软土变形，实行信息化施工，以确保工程质量。

地表沉降观测采用沉降板，路侧水平位移通过位移桩来观测，每150m设一个观测断面。对于淤泥层厚度超过10m的路段，每一观测断面埋设三个沉降板，分别位于机动车道中心和两侧路肩，埋设4个位移桩，每侧两个。对于淤泥层厚度不超过10m的路段，仅在机动车道中心设一个沉降板，仅在一侧设两个位移桩。施工期间应严格要求同步进行沉降和侧向水平位移的跟踪观测，路堤连续填筑时，每填筑一层观测一次，但至少两天一次;如果路堤不是连续填筑，施工期间每两天测一次。路堤填筑达到预压标高后，前三个月每7天观测一次，后三个月每15天观测一次。

当路基稳定出现异常情况可能失稳时必须立即停止加载并采取果断措施，待路堤恢复稳定后方可继续填筑。判断路基可能失稳的条件：沉降速率每昼夜不大于1.Ocm或坡角水平位移每昼夜大于0.5cm。

5 设计探讨

设计初期选择了水泥搅拌桩、CGF桩和抛石挤淤方案进行比选，这些方案均能够满足公路路基处理的要求，初步分析桩基复合地基的处理效果较好，抛石挤淤效果相对差。经现场调查，现场淤泥较深且有明水，不适宜进行桩基施工，而当地石料容易开采，价格较低，储量充足。虽然工程软土层偏厚，但是淤泥厚度较薄，淤泥质粘土的承载力偏高，达到了60KPa，经分析计算，认为淤泥质粘土可作为抛石路基的持力层。最终认为抛石挤淤方案的施工简单，经济性好，是合理的软基处理方案。

抛石挤淤法施工时，抛石顺序应自路堤中部开始，然后逐次向两旁展开，使淤泥向两侧挤出。当抛入的片石露出水面后，用50t振动压路机振动碾压密实，然后在其上铺设反滤层再行填土。在振动碾压完成后，抛石体和软基形成了基本的平衡，然后采用超载预压的方法加速抛石体完成沉降，形成稳定的路基。

公路工程中的软土地基处理是经常遇到的问题，不同地区软基成因不同，地基土性质各异，因此实际处理中应查明软基的地区特点和地质条件，因地制宜，采用针对性的有效对策。另外，一种处理措施的效果与作用是有局限性的，应根据实际情况采用综合处理措施。此外，还应根据实际情况进行经济、技术、工期的比较，以便选择最佳方案。

参考文献：

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[8] 龚勤火，公路软土地基处治方法[J]. 科技情报开发与经济，2004年第14卷第4期.

作者简介

刘卫其（1974），男，汉族，籍贯贵州，南水北调中线建管局天津直管建管部，高级工程师，从事工程建设管理工作。

李伟昊（1981），男，汉族，籍贯河北，天津水运工程勘察设计院，工程师，从事水运工程及道路桥梁工程设计工作。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。