平原地区城市道路工程的软土路基处理设计

明道轩，刘堰陵，高 翔

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉 430056）

0 前言

内陆平原地区常见的软土路基除现状湖塘中的淤泥土之外，还包括历史湖塘沉积形成的淤泥质粉质粘土，在这种地质条件下建设道路工程，需进行软土路基处理。

1 工程实例

1.1 工程地质条件

工程位于江汉平原东部，场区属长江中下游冲积平原地貌单元，系长江北岸一级阶地。根据地质勘察报告，该地区属于扬子淮地台区，目前场区地质构造稳定，近期内未发生有地质构造运动。

根据野外钻探、原位测试及室内土工试验资料分析，场地地基土按成因类型、沉积年代可分为人工堆积层及第四系全新统冲积与湖相淤积交互沉积层。按地层岩性及其物理力学指标与工程特性可分为五层：①-1层素填土，厚1.9 m；①-2层粉质粘土夹粉土，厚0.8～6.4 m，饱和，软可塑；②层淤泥质粉质粘土，厚2.5～9.5 m，平均厚5.39 m，饱和，流塑，含少量腐植物及螺壳碎屑；③层粘土，厚0.9～3.2 m，饱和，可塑；④、⑤层均为粉质粘土夹粉土粉砂，具有水平层理，土层物理力学性质略有不同；⑥层粉砂（Q4al+L），中密，主要矿物成份为石英、云母、长石等。

1.2 工程设计条件

拟建道路为城市次干道，道路红线宽度为40 m，路面以下敷设有给水、雨水、污水、燃气、电力、电信等综合市政管线。道路里程长约3 km，路线经过处大部分为农田、旱地，部分地段分布有沟渠、鱼塘，地面高程22.57～25.10 m，地形较为平坦。

根据区域路网总体竖向控制，本工程大部分地段为挖方区，局部地段为填方区，且填方厚度小于1.5 m。

道路机动车道路面结构层厚度为64 cm，具体为：24 cm厚水泥混凝土面层(fr≥5.0 MPa)+40 cm厚水泥稳定碎石基层（5：95，分两层碾压）。

1.3 路基沉降计算

根据以上设计条件，考虑行车荷载对路基沉降的影响，附加应力取60 kPa，再根据勘察报告资料，取最不利钻孔工程地质剖面见图1，以59号钻孔为例，按分层总和法计算天然地基在附加应力作用下总沉降计算值约270.72 mm，计算过程见表1。

图1 工程地质典型纵断面图

表1 分层总和法地基沉降计算表

1.4 方案比选

现针对三种典型的软土路基处理方案进行比选。

（1）真空预压联合塑料排水板处理方案

该方法可以有效排出软土层中的水，使软土层含水量降低，快速固结从而减少工后沉降并形成一定强度，适用于大范围的空旷场地施工。针对本工程属于条形场地、道路两旁众多乡镇居民房近期无法拆迁的现状，该方案不具有实用性。

（2）复合桩基方案

本工程的软土层——淤泥质粉质粘土层均厚5.4 m，看似非常适合于采用复合桩基法，该方法最常用的为水泥搅拌桩+褥垫层的处理方式，但在本工程中却并非最佳方案，原因如下：

a.不必要

复合桩基方案一大优势在于满足地基承载力之外，还可以通过桩体之间的骨架连锁作用，降低软土层的工后沉降，这在本工程中不是很必要，因为本工程属低填浅挖路段，天然地基在路面结构及车辆荷载作用下，最不利情况下，工后沉降亦能满足规范要求。

b.不经济

根据该地区的市政定额，折合成桩径0.5 m的复合桩基单价约75元/m，按桩长7m、桩间距1.5m、正三角形布置方式，10 000 m2的造价约270万元，远大于商品土换填3 m的造价（约170万元）。

c.不环保

该区域属于乡镇聚居地，虽然根据规划为开发区，但考虑到本工程实施期间尚难以全部搬迁，则桩基实施时的噪音会对居民生活造成影响。

（3）换填法结合块石垫层方案

a.初拟换填厚度

根据沿线软土层上方土层厚度的不同，结合路基的填方或挖方高度，分段采用清除路床底下1.5～2.2 m的①-1层素填土、①-2层粉质粘土夹粉土和部分③层淤泥质粉质粘土，先抛填0.4～0.5 m的块石垫层，以级配碎石或山渣土填缝密实并碾压平整，后分层回填达标土并按路基压实度要求碾压。

考虑到平原地区缺少取土场，回填土方利用挖方中的粘土及粉质粘土，鉴于其含水量较大的特性，由于工期紧张等不及晾晒，本工程考虑掺入5%的生石灰进行改良。

b.换填沉降计算

换填土的压缩模量一般为7.0 MPa，其压缩沉降为：S2=60/2/7.0×3.0=12.86 mm。

加铺层为厚0.64 m的水泥混凝土及水泥稳定碎石路面结构，变形不计S3=0。

则换填土后总沉降为S=S1+S2+S3=270.72+12.86+0=283.58mm，约284mm。

因抛填块石形成了硬壳层，对于道路沉降起到了有利作用，同时考虑到本地基土层为中压缩性土层，施工期间沉降可完成约30%，则施工完成后永久工后沉降约为：

S工后=284×0.7=199 mm＜300 mm，满足城市次干路的沉降要求。

说明上述换填方案及换填厚度是可行的。

c.结论分析

以上开挖换填土及块石垫层，加上石灰改良，平均10 000 m2的造价为165万元。

综上所述，采用换填法结合块石垫层来进行本工程的软土路基处理，技术上可行，经济上节约，施工工艺简便，是适合本工程特点的良好选择。

1.5 换填断面及沉降观测

换填法路基处理标准横断面见图2。

为确保安全，需对施工过程进行沉降观测，开挖临时排水沟，并设置沉降板和测斜管，见图3。

图2 路基处理标准横断面图（单位：mm）

图3 沉降观测设计图（单位：mm）

目前该工程机动车道已竣工通车两年，通过观测，第一年路面沉降在45～67 mm之间，第二年路面沉降明显减少，在23～34 mm之间，可以合理推断，永久工后沉降可以达到设计要求。

2 结语

根据以上实例，可总结出平原地区城市道路路基处理的一些特点：

（1）用于加筋作用的土工格栅需慎用，因为城市道路地下管线众多，特别是雨水、污水管道，管径较大，埋深较深，沟槽一般采取路基形成后再反开挖施工，路基中铺设的土工格栅，会因沟槽开挖遭到破坏，甚至由于格栅的牵拉，造成原路基的分层，从而导致薄弱面的出现。这是上述工程设计时未采用土工格栅的原因。

（2）城市道路一般处于人类活动区，建筑物多、居民多，部分排水措施、桩基加固措施需慎用，因其可能产生的不均匀沉降导致建筑物拉裂、产生的噪音造成扰民事件，从而影响到居民生活。如必须采用此类方案，需做好预防措施，尽量照顾好周边居民的关切和权益。

（3）对特殊路基处理应切实做好调查，掌握详尽资料，并进行科学的计算和验证，尽可能采用工艺成熟、经济合理的技术方案，换填法仍应是优先考虑的方案。同时应根据平原地区缺少土源、原状开挖土含水量大的特点，考虑对开挖土方进行掺灰改良后再次利用。

（4）施工过程中应做好监测，掌握路基沉降和稳定的实时动态，根据监控结果调整填土速度，及时做好记录，为路面施工和推算工后沉降提供依据。