城市主干路不良路基处理方案设计

王汉伟，赵雄辉

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津市 300074）

1 概述

文昌市北二环路位于海南省文昌市清澜片区，南起文清大道，北至航天大道，道路路线长度约2.16 km，红线宽度42 m，为城市主干路（见图1）。根据建设单位提供的地勘勘察资料《文昌市北二环路道路工程（K0+320～K1+320段）工程地质勘察报告》，全线淤泥质软土层的厚度和埋藏深度差异较大，设计依据地质勘察报告，对不同路段的淤泥质软土采用不同的路基处理方式。

图1 文昌市北二环路竣工后之实景

2 不良路基处理原则及方案选择

2.1 不良路基处理原则

（1）应根据软土厚度和性质、路堤高度、路堤稳定与工后沉降控制标准、施工机具、材料环境等条件及工期要求，进行技术经济比较，依据先简后繁、就地取材的原则，综合分析并确定软土地基加固处理方案。

（2）对软土性质差、地基条件复杂或工期紧、填料缺乏或有特殊要求的软土地基，宜采用综合处理措施。

2.2 不良路基处理方案选择

（1）对软土层厚度小于3 m、埋深较浅的软土地基，宜采用无机结合料浅层拌合、挖除换填、抛石挤淤等浅层地基处理措施。

（2）软土层较厚、路基填土高度超过地基极限填土高度时，应采用排水固结法、粒料桩、加固土桩、刚性桩等深层地基处理措施。

3 软土路基的危害及特征

（1）高压缩性：软土由于孔隙比大于1，含水量大，容重较小，且土中含大量微生物、腐植质和可燃气体，故压缩性高，且长期不易达到稳定。在其它相同条件下，软土的塑限值愈大，压缩性亦愈高。

（2）抗剪强度低、透水性低：软土的透水性能很低，垂直层面几乎是不透水的，对排水固结不利，反映在路基沉降延续时间长。同时，在加荷初期，常出现较高的孔隙水压力，影响地基的强度。

（3）软土是絮凝状的结构性沉积物，当原状土未受破坏时常具一定的结构强度，但一经扰动，结构破坏，强度迅速降低或很快变成稀释状态。软土的这一性质称触变性。所以软土地基受振动荷载后，易产生侧向滑动、沉降及其底面两侧挤出等现象。

（4）流变性：指在一定的荷载持续作用下，土的变形随时间而增长的特性。使其长期强度远小于瞬时强度。这对边坡稳定性很不利。

（5）不均匀性：软土层中因夹粉细砂透镜体，在平面及垂直方向上呈明显差异性，易产生地基的不均匀沉降。

4 工程实例设计与计算

根据建设单位提供的地勘勘察资料最新成果《文昌市北二环路道路工程（K0+320～K1+320段）工程地质勘察报告》（详细勘察），全线淤泥质软土层的厚度和埋藏深度差异较大，设计依据地质勘察报告，对不同路段的淤泥质软土采用不同的路基处理方式（见表1）[1-5]。

表1 工程设计参数建议值一览表

4.1 浅层换填设计

K0+960～K1+010段，存在淤泥质软土，软土层，其层厚较薄，埋藏较浅，埋深小于3 m。同时填方高度也较高。为保证路基强度，对表层素填土、粉砂、淤泥层至粉质黏土层，在其上填筑片石，片石层以上换填碎石找平层至设计要求高度（不低于地下水位标高以上0.3 m），以满足设计压实度的要求。达到压实度要求后，再进行路基的填筑施工。

4.2 木麻黄桩设计

该路段需处理桩号段较多，这里只提取K0+500～K0+595段进行分析。

K0+500～K0+595段，淤泥质软土层的埋藏深度在5 m左右，宜采用桩基础进行处理。桩基础可选用木麻黄、碎石桩、水泥搅拌桩等。根据软土层的埋藏深度，采用木麻黄桩处理是最为经济合理的处理方式，设计选用木麻黄桩进行路基处理。

该段为低填或挖方路段，按照道路设计要求，复合地基承载力确定为A区140 kPa，B区110 kPa。A区、B区划分见图2、图3所示 。

图2 桩基础处理软基横断面示意图

图3 桩基础处理软基平面示意图

4.2.1 木麻黄桩单桩承载力计算

根据淤泥层深度及原材料的特性，确定木麻黄桩桩长为4 m，尾径10 cm，要求木麻黄桩进入粉质粘土层长度不小于0.5 m。单桩竖向承载力特征值Ra=μp∑qsiLi+αqpAp=3.14×0.1×（25×1.62+12×1.7+53×0.68）+1×160×3.14×0.052=30.45+1.25=31.7（kN）。

考虑到软土分布具有不均匀性，取单桩承载力为25 kN。

4.2.2 木麻黄桩复合地基承载力计算

根据现场施工条件、施工技术、材料等因素，确定A区桩间距为0.6 m，置换率0.0252，B区桩间距为0.8 m，置换率0.0142。

A区复合地基承载力特征值fspk=λm+β（1-m）fsk=1.0×0.0252×25/0.00785+1.0×（1-0.0252）×70=148.5（kPa）＞140 kPa；

B区复合地基承载力特征值fspk=λm+β（1-m）fsk=1.0×0.0142×25/0.00785+1.0×（1-0.0142）×70=114.22（kPa）＞110 kPa。

满足复合地基承载力要。

4.3 碎石桩设计

该路段需处理桩号段较多，这里只提取K1+067～K1+112段进行分析。

K1+067～K1+112段，软土层埋藏深度超过7 m，不能采用木麻黄桩进行处理。结合同类工程的施工经验，碎石桩较水泥搅拌桩施工难度更小，成桩质量更易得到保障，故设计采用格栅碎石桩进行路基处理。

该段为箱涵基础影响段，复合地基承载力确定为A区150 kPa，B区120 kPa。采用碎石桩进行路基处理。A区、B区划分见图2、图3所示。

4.3.1 碎石桩单桩承载力计算

根据淤泥层深度，结合施工技术条件，确定碎石桩桩长为7 m，桩径50 cm，要求碎石桩进入粉质粘土层长度不小于0.5 m。单桩竖向承载力特征值Ra=μp∑qsiLi+αqpAp=3.14×0.5×（25×0.74+12×5.3+53×0.96）+1×160×3.14×0.252=208.88+31.41=240.29（kN）。

根据经验数据，桩体材料强度约为180 kN，该工程取单桩承载力为150 kN。

4.3.2 碎石桩复合地基承载力计算

根据现场施工条件、施工技术、材料等因素，确定K1+067～K1+112段，A区桩间距为1.3 m，置换率0.134 2，B区桩间距为1.65 m，置换率0.083 3。

A区复合地基承载力特征值fspk=[1+m（n-1）]αfsk=[1+0.1342（2.5-1）]×1.8×70=151.36（kPa）＞150 kPa；

B区复合地基承载力特征值fspk=[1+m（n-1）]αfsk=[1+0.083 3（2.5-1）]×1.6×70=125.99（kPa）＞120 kPa。

满足复合地基承载力要求。

5 结语

本文借助海南省文昌市北二环路工程实例的应用，通过计算及经济比选，采用了三种不同的路基处理方案，对以后的相类似工程提供了借鉴意义。

浅层换填优点是能从根本上改变了地基的性质，不留后患，效果最优，是最彻底的措施。但是此方案只适用于厚度较薄，深度较浅的淤泥层的处理。碎石桩处理适用于淤泥层较厚的软基处理，且相比于水泥搅拌桩，碎石桩本身强度受软基土的影响较小，其成桩质量容易控制。在软土厚度不是太大，地下水位较高的软基处理时，若原材料丰富，则木麻黄桩是比较经济适用的选择。

该道路不良路基经处理后，路基压实度及弯沉值均达到规范设计要求，使用效果良好。