吹填场地道路软基处理方案研究

2013-08-07肖高霞杨绍猛

城市道桥与防洪 2013年11期

肖高霞，杨绍猛，胡坤

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

浙江某县位于浙江省南端，其海域辽阔，全县海岸线252 km，沿海滩涂面积 97.24 km2。国家海洋局原批复用海面积2 956.94 hm2用于海洋养殖。后期由于现状涂面较高、养殖区域排水困难使得效益较低，政府将该区块规划打造成海洋经济特色发展区、临港产业新城。为满足功能区划要求，形成必要的土地条件，对江南海涂围垦区进行吹填及浅层软基处理。

场区已实施的为浅层软土处理，处理范围为原表层土及吹填土。考虑下部存在较大厚度的软弱淤泥类土，土层承载力低，渗透性能差，且具高灵敏度，高压缩性及易流变、蠕变等特性。为保障道路工后沉降小及施工、通车后安全稳定，道路范围仍需进行软基处理。

1 岩土层特征描述

拟建场地属滨海淤积平原地貌，场地原为滩涂养殖区，现已经过吹填并经浅层软基处理，局部地段有宕渣回填（施工便道），地势基本平坦。根据勘察野外现场编录、原位测试成果及室内试验所取得地基土物理力学性质指标，将勘探深度50 m范围内岩土体划分为5个工程地质层，现自上而下分述如下，见图1及表1。

2 场区吹填及浅层软基处理

现区块已完成吹填及浅层软基处理，等待第三方检测。场区内吹填材料为航道疏浚土。采用2艘2 500 m3/h和1艘3 500 m3/h绞吸船进行施工，见图2。

图1 工程地质剖面图

表1 地基土基础设计主要参数一览表

区内采用无砂垫层的真空预压法，单块预压时间约4个月，塑板长度3～5 m，间距1 m。场区软基处理需达到标准：（1）处理后地坪平均标高：+3.5m；（2）软基处理范围：吹填土和原状土浅表层新淤土；（3）地基承载力：50 kPa。

3 道路软基处理方案研究

目前国内外地基加固技术种类繁多，不同加固技术在加固效果、施工工期和工程造价等方面各不相同。浙江省常用道路软基处理方式有浅层处理、土工合成材料加筋法、排水固结法、复合地基、桩承式加筋路堤、轻质路堤或上述处理技术两种或多种的组合。

3.1 常用软基处理技术[1]

3.1.1 浅层处理法

图2 吹填工艺图

浅层处理法一般有设置排水垫层、换填或抛石挤淤、浅层加固等方法，以提高地基承载力，增强地基稳定，减少沉降。

优缺点：该浅层加固方法施工速度快、整体性好，目前在日本有着广泛的应用，国内因设备的限制应用较少，见图3。

图3 换填+砂砾垫层联合堆载预压

适用范围：该处理方法适用于地基承载力不足的软土路段；对路基强度不满足设计要求的也可采用该法浅层改良。

3.1.2 土工合成材料加筋法

土工合成材料加筋是在路堤下部填料中加入土工合成材料等条带网格状抗拉材料，以改善填料的力学性能，提高路堤的稳定性，扩散荷载应力，减少不均匀沉降。目前应用较广的土工合成材料类型有编织土工布、复合土工布、塑料土工格栅、经编土工格栅、玻纤土工格栅、整体式钢丝土工格栅、钢塑土工格栅、土工格室等。

适用性：该方法常与换填、排水固结、水泥搅拌桩、管桩等处理方式结合使用，以提高路基稳定，减少不均匀沉降。在施工过程中，应注意土工合成材料不宜直接设置在地面上，应现场清理后铺设200 mm以上砂砾垫层后，再铺设土工合成材料。

3.1.3 排水固结法

排水固结是在软土地基上设置竖向排水体，然后施加荷载，促使地基排水、固结、压密，以提高地基强度，减少在路堤荷载作用下产生工后沉降量的一种方法。常用加压系统包括堆载预压、真空预压及降水预压。

优缺点：排水固结处理效果较明显、处理费用低，但需结合堆载预压一同进行处理，预压时间通常在8～12个月，见图4。

图4 塑料排水板处理

适用范围：该方法适用于深度大于5 m的软土，处理深度一般不超过30 m。对能满足预压期的路段处理效果明显，其工后沉降较小。

3.1.4 水泥搅拌桩

水泥搅拌桩是以水泥作为固化剂的主剂，利用深层搅拌机械将水泥浆或水泥粉作为固化剂，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，形成复合地基以提高地基承载力、减小地基沉降的一种方法，见图5。

图5 水泥搅拌桩处理

适用性：调查表明，水泥搅拌桩对浅层软土地基处理效果明显，但打设深度达到10 m以上时，因外部压力较大，浆液不能有效喷出而影响了处理效果。因此对软土厚度10～20 m时可采用钉型双向水泥搅拌桩。

3.1.5 桩承式加筋路堤

桩承式路堤是指在软土地基中按一定间距打设刚性桩，在桩顶端设置相应尺寸的桩帽，并在桩帽顶面铺设土工合成材料加筋垫层，然后填筑填料形成的路堤。路堤填筑到一定高度后，荷载通后加筋垫层和桩帽的作用大部分传递至桩顶，小部分传至地表桩间土，扩散后由桩端持力土层和桩间土共同承担，形成一个相互作用的受力体系。

适用性：采用桩承式加筋路堤，能有效地控制地基的沉降和不均匀沉降，约束侧向变形，同时可快速填筑施工，无需预压期和二次开挖，大大缩短施工工期，施工质量容易控制。主要用于：（1）处理桥头相邻路基，解决桥头路段的不均匀沉降问题；（2）软基上老路路堤的拓宽工程；（3）道路和铁路一般路段的软弱地基处理；（4）软基上修建的挡墙、涵洞等结构物的基础处理，见图6。

3.1.6 轻质路堤

图6 预应力管桩处理

轻质路堤是采用轻质填料，通过减轻上部填土重量来降低地基中的应力水平、提高地基的稳定性和减少沉降的一种方法。主要分为：EPS块体轻质路堤、泡沫混凝土轻质路堤、EPS颗粒混合土轻质路堤和粉煤灰轻质路堤等。

适用性：因其工期短、施工方便、对周围环境影响小及桥头段沉降过渡效果较好，在高速公路中得到越来越多的应用，城市道路中对于部分沿河填土较高的路段也在推广采用，见图7。

3.2 一般路段软基处理方式比选

比选优劣见表2。

考虑到该工程的具体特征，通过计算、论证以及相似工程的调研分析，再结合温州地区公路软基处理的工程实践经验，对于比选方案中塑料排水板联合堆载预压及真空堆载预压在该区块较适合，进行深化比选，见表3。

图7 泡沫混凝土处理（单位：cm）

表2 一般路段软基比选

表3 真空预压与堆载预压方案优劣性对比表[3]

表4 桥头路段软基比选

结论：一般路段推荐采用塑料排水板+堆载预压法。因工艺成熟、简单，应用广泛，施工方便且易监管，预压所需超载方量可用于场区内其他道路建设及场地内部建设，而施工预压期重车通行能减少工后沉降，且保持通车可加快新城建设开发进度。

3.3 桥头路段软基处理方式比选

根据现在桥梁钻孔资料，该项目所在位置50 m深度内仍是淤泥土，现有的软基处理方式中，管桩一般要求桩端下卧持力层的静力触探锥尖阻力不小于1 000 kPa，处理深度在30 m左右，而该项目30m仍在淤泥层内，管桩处理在该项目中不太适合。

若采用轻质土填筑路基，现在常用的泡沫混凝土容重6～10 kN/m3，处理费用约330元/m3,对于该路段填筑2 m的轻质土仍需要考虑下部软土处理，费用较高，因此不推荐采用。

对于深厚软土的龙港地区水泥搅拌桩可能更适合。该类桩能获得比刚性桩更高的承载力，因为刚性桩的桩身强度虽然较高，但对位于深厚软土层的摩擦型刚性桩，其桩身截面积仅0.1～0.2 m2，相应的侧表面积也较小，而软土所提供的摩擦力又很小，因此这类桩基虽具有很高的强度和刚度，却提供不了较高的承载力。用同样水泥制作的水泥土搅拌桩的桩身截面积通常大于0.6 m2，甚至达到2～3 m2，所以搅拌桩的截面积比刚性桩大数倍，乃至数十倍。同样，其桩侧面积也很大。因此搅拌的桩身强度虽不很高，但仍能提供较大的承载力。

但是单轴单向搅拌桩处理深度宜8～10 m，桩体存在搅拌不均匀的情况。钉型双向搅拌桩处理深度在10～20 m，能有效阻止桩顶冒浆、桩体强度上下不均匀、处理深度浅等问题，比选优劣见表4。

结论：通过对比钉型双向水泥搅拌桩、管桩、双轴水泥搅拌桩等常用桥头软基方式，认为桥头采用钉型双向水泥搅拌桩处理最为适合。