鱼塘深淤泥段路基开裂处治方案

余 群 沈 宽

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司 武汉 430056)

1 工程概况

1.1 设计及施工概况

武汉某施工工地原施工图设计鱼塘段，长约110 m，地基软土层厚约15 m，软土地表处理方案为CFG桩处理。2016年1月，施工单位完成该鱼(藕)塘段软土地表处理施工，2月下旬进行CFG桩桩检，检测结果满足设计和规范要求。2016年8-9月进行路堤填筑，填筑时间为1个月，路堤填筑完成后施工水泥稳定碎石基层，在水泥稳定碎石层铺筑2层后路基出现裂缝。

1.2 现场踏勘情况

根据现场调查，裂缝平面形态呈圈椅状，裂缝延续长度约80 m，裂缝宽2～6 cm，距左侧路肩边缘0～12.5 m，，裂缝深度约3 m，出现明显的失稳特征，开裂情况见图1、图2。

图1 水稳层开裂现场实景图

图2 水稳层开裂示意图(1～8号为沉降观测点)

设计文件对软土地基路堤填筑过程及填筑以后的沉降、稳定观测提出了具体要求。当水稳层出现裂缝后，施工单位根据设计要求做好沉降位移等监测工作，并对已有裂缝进行填塞处理，防止雨水下渗浸泡路基[1]。

1.3 裂缝产生的原因

根据现场实际情况综合分析，产生裂缝的主要原因有：①不能确定填土后桩体是否有效；②施工工期紧，填土速率快，沉降稳定监测未能及时反馈异常信息；③过快堆载形成超静孔隙水压力，有效应力降低，造成稳定性降低；④裂缝形成后，雨水入渗浸泡路基，降低了路堤整体稳定性；⑤由于道路施工，重载车辆来回行驶，加速了裂缝的扩展[2]。

1.4 地质概况

鱼(藕)塘段地层自上而下依次为。

1) 素填土。浅红色，主要由粘性土组成，呈稍密状态，厚度2.2～5.5 m。

2) 淤泥质黏土。褐灰色，含少量铁锰质结核和腐植质，稍具臭味，含水量较高，压缩性较大，呈软塑状，厚度变化较大，最大厚度为13.2 m，地基承载力特征值为80 kPa。抗剪强度参数c=11.93 kPa,φ=8.01°。

3) 粉质黏土。黄褐色、褐黄色，含少量粉土、粉砂，偶见高岭土斑及铁锰质氧化物，呈可塑～硬塑状，厚度变化较大，地基承载力特征值为240～300 kPa，是良好的持力层。抗剪强度参数c=39.76 kPa,φ=14.36°，Es1-2=11 MPa。

4) 泥质砂岩。褐红色，泥质砂质结构，层状构造，岩芯呈碎块状、土柱状，岩质软，手掰易碎，地基承载力特征值为350 kPa，是良好的持力层[3]。

2 参数反算

原软基设计采用理正岩土6.5版本，软土路堤、堤坝设计软件，计算结果表明CFG桩处理后工后沉降和稳定安全系数均满足规范要求。计算方法采用简化Bishop法。

2.1 计算模型

现场实测典型断面见图3。

图3 开始出现裂缝时实测断面示意图(单位：m)

2.2 参数取值

由于路基已经出现失稳迹象，滑动面已经形成，按照最不利原则，考虑裂缝对稳定性的影响，认为圈椅状裂缝范围内的CFG桩失效。由于填土速率快，淤泥质粉质黏土渗透性小，过快堆载形成超静孔隙水压力，未能及时消散，造成有效应力降低，从而降低了整体稳定性。计算结果表明，当淤泥质粉质黏土抗剪强度参数c=8.3 kPa,φ=4.5°时，路堤处于临界平衡状态，符合现场实际情况，认为调整的参数合理可用，岩土参数取值见表1。

表1 岩土参数取值

3 处治方案

结合现场实际情况，在分析裂缝产生原因的基础上，总结裂缝产生的2个根本要素：荷载(加载快，填土高，荷载大)和地基(地基强度弱)。

有针对性地提出以下处理方案：以减轻路堤荷载为主要目的的轻质土方案；基于控制沉降变形和稳定性考虑的地基加固处理的管桩处理方案；综合考虑减载和加固地基的联合处理的轻质土+管桩处理方案。

3.1 换填轻质土

气泡混合型轻质土是一种新型微孔类轻质环保材料，具有轻质、自立、自密、容重和强度可调节、施工便捷等特点，被广泛应用于软土路堤、桥台台背回填等填筑工程。在提高了路堤稳定性的同时可有效减少工后沉降[4]。

换填轻质土方案需将路面结构层开挖，将一定厚度的路堤土换填。路床80 cm范围内轻质土设计参数为湿容重≥5.0 kN/m3，设计强度≥0.8 MPa；路床底面以下范围内轻质土设计参数为湿容重≥4.0 kN/m3，设计强度≥0.5 MPa。计算结果见表2。

表2 换填轻质土稳定性计算

由于反压护坡道填土压实度较差，且长期被鱼塘水浸泡，现状高度较高稳定性较差，建议对反压护坡道进行修整，一级平台宽度保持不变，一、二级平台边坡按照1∶1.5坡率放坡，二级平台宽7.45 m， 三级平台边坡按照1∶1.75坡率放坡至鱼塘底部[5]。

综合考虑，采用换填轻质土方案，换填轻质土厚度2.5 m，换填方案示意见图4。

图4 换填方案示意图(单位：高程，m；尺寸，cm)

3.2 路基范围内施打管桩

路堤范围内施打管桩，在承载力满足要求的前提下，主要解决沉降变形和稳定性问题。布桩形式一般采用正方形布置，管桩顶部设置桩帽，可有效地将路堤荷载传至桩帽，再由桩帽传至桩体，使得处理后的复合地基承载力显著提高。同时，管桩属于刚性桩，沉降和工后沉降都比较小。

经计算，桩长22 m，桩间距2.4 m，桩端进入持力层不小于2 m，单桩承载力特征值420 kN，管桩处理方案见图5。

处理后路基整体稳定性和沉降满足规范要求。

图5 路基范围内施打管桩+修整护坡道示意图(单位：m)

3.3 路基范围外施打管桩

路堤范围外施打管桩主要解决稳定性问题。三角形布桩可获得更大的面积置换率，保证桩体整体性，有效抵抗路堤荷载传至桩体的侧向土压力，使处理后的复合地基稳定性显著提高。管桩路基外加固稳定性计算结果见表3。

表3 管桩路基外加固稳定性计算

经计算，桩长20 m，桩间距2 m，正三角形布置，设置6排桩，稳定性满足规范要求，具体处理方案见图6。

图6 路基范围外施打管桩+修整护坡道示意图(单位：m)

3.4 换填轻质土+管桩

该方案具有换填轻质土和施打管桩的双重优点，针对沉降和稳定进行分别处理，稳定性计算结果见表4。

表4 管桩路基外加固稳定性计算

经计算可按桩长20 m，桩间距2 m，正三角形布置，设置3排桩，桩顶设置连系梁(由于桩体排数极少，增加连系梁有利于桩体的整体性)，同时在左幅路基范围内换填1.5 m轻质土。

4 方案比选

从施工技术成熟度、施工工期、对周边环境的影响程度、工程造价等4个方面对处治方案进行技术比较分析，见表5。

表5 处治方案对比表

综合考虑各方案的优缺点、工期及经济性等因素，推荐方案二，增加工程造价253.2万元。

5 结语

在分析裂缝产生原因基础上，分别拟定了换填轻质土、管桩加固、换填轻质土+管桩加固处理方案，综合考虑每种方案的优缺点、工期和经济性等因素后，推荐采用路基范围内打管桩处理方案。处理完成后，通过连续的沉降变形观测，位移变形基本稳定。截至目前，本路段已通车运行，尚未发现裂纹等病害，取得了良好的工程和社会效益，同时为处理类似工程病害提供参考。

[1] 公路路基设计规范:JTG D30-2015[S].北京:人民交通出版社,2015.

[2] 公路软土地基路堤设计与施工技术细则:JTG/T D31-02-2013[S].北京:人民交通出版社,2013.

[3] 华中科大土木工程检测中心.软土地基监测报告1～15[R].武汉：华中科大土木工程检测中心，2016.

[4] 气泡混合轻质土填筑工程技术规程:CJJ/T 177-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[5] 赵宁雨，吴志伟，唐冉松，等.软弱地基路堤的反压护道设计方法研究[J].科学技术与工程，2015(8):79-82.