市政道路淤泥质粉质黏土复合地基处理方案研究

张 德 豪

(合肥市规划设计研究院,安徽 合肥 230041)

1 概述

亚父路位于合肥巢湖经济开发区东南部，南接老S316，北接S105，连接巢湖市滨湖南岸区域、居巢经开区、中心城区、合肥巢湖经济开发区，是巢湖市重要的交通干道。

其中本文研究的路段位于合肥巢湖经济开发区，道路南起凤凰山路，北至半汤大道，全长约4.2 km，规划为城市主干路。道路位于巢湖市北部组团综合产业发展带上，是巢湖市“西进北拓”产业发展的重要轴向支撑，是巢湖市“两环三横三纵”骨架路网中的“一横一纵”，联系组团、兼顾部分过境功能。

2 现有条件分析

2.1 现状建设条件

亚父路规划红线宽52 m，规划为双向六车道加辅道断面。根据合肥巢湖经济开发区建设计划，道路为分期实施工程。其中：

一期工程仅实施东半幅主道，已于2017年建成通车，如图1,图2所示。

西半幅道路及全线慢行系统暂未实施，有待扩建。

2.2 地质条件简介及软基处理措施

亚父路与现状汤河相交，部分路段位于沿河滩涂及其下游冲积区，存在淤泥质软土。根据道路地质勘察成果，拟建场地地基土承载力基本值及桩基设计参数如表1所示。

表1 亚父路地基土及桩基设计参数表

其中“高铁线—汤河”段长约800 m，淤泥质土深8 m～11 m，为重点软基路段。

软基路段现状照片如图3所示。

一期工程(东半幅主车道)实施时，该段东半幅软基采用水泥搅拌桩处理、形成复合地基，提高承载力，如图4所示。

目前，一期工程(东半幅主车道)已竣工通车近3年，总体运行状况良好。

2019年，合肥巢湖经济开发区将亚父路二期工程纳入建设计划。即对亚父路实施续建、扩建计划：具体为实施西半幅机动车道，并完善道路全线的辅道及慢行系统。

本文的研究主要针对上述提及的“高铁线—汤河”段软基，基于既有建设条件提出针对性的软基处理方案并进行相应的分析评价。

3 软基处理方案

软基处理设计依据现行国家规范和道路地质勘察报告，并通过认真收集沿线的地形、地貌、工程地质、水文地质、气象等资料，合理分析并选择有代表性的软土地基各土层物理、力学指标作为方案设计的计算依据，提出两种软基处理方案。

3.1 水泥搅拌桩处理

水泥搅拌桩是利用专用的喷粉搅拌钻机将水泥喷入软土地基中，并将软土与水泥强制搅拌，利用水泥与软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土结成具有一定强度的桩体而形成复合地基的一种施工方法，从而达到提高软基承载力，减少软基沉降的目的。

方案计划采用桩径为0.6 m，等腰三角形布置的水泥粉喷桩处理，桩间距为1.3 m。桩长根据淤泥土厚度确定，计算桩长12 m(实际最小约9 m)，以可塑或硬塑粉质粘土作为桩端持力层。路基拼宽断面及粉喷桩平面布置如图5所示。

水泥搅拌桩复合承载力计算：

1)单桩竖向承载力特征值计算：

Ra=μp×∑qsia×li+α×Ap×qp或Ra=η×fcu×Ap(二者取小值)。

其中，计算桩长L=12 m，桩径d=0.6 m，桩间距1.3 m;桩周长μp=3.14d=1.884，桩截面面积Ap=3.14×d2/4=0.282 6;桩身强度折减系数：η取0.3，桩端土承载力折减系数：α取0.4。

计算得：Ra=263(169.6)，取170 kN。

2)复合地基承载力及沉降计算：

fspk=m×Ra/Ap+β×(1-m)×fsk。

其中，桩间天然土承载力特征值fsk=70 kPa；桩间土承载力折减系数：β取0.35；面积置换率：m=d2/de2=0.193 2；则：fspk=135.9 kPa，沉降量s=105.9 mm。

3.2 预制管桩处理

预制管桩是将工厂里预制好的钢筋混凝土管桩运输到现场，利用机械沉桩施工，从而提高地基承载力和软基的整体稳定性，上部荷载通过桩基础传递给土层，能较好地适应各种软弱地质条件。

方案采用预制管状劲性体(管桩)，混凝土强度不低于C80，桩直径400，采用正方形布置。计算桩长13 m。桩间距根据桩长度不同调整，计算取2.4 m。以可塑或硬塑粉质黏土作为桩端持力层。桩顶设置桩帽，厚度300 mm,桩帽长宽均1.2 m。采用管桩的路基拼宽断面及平面布置如图6，图7所示。

表2 亚父路软基处理方案评价比选表

处理方案水泥搅拌桩,桩径600 mm,有效桩长12 m预制管桩,桩径400 mm,有效桩长13 m复合地基承载力低填段基本满足要求;高填段仍需增加桩长、提高单桩承载力或减小间距,施工难度增加大于150 kPa,满足要求工后沉降正常。但相对较大,且与已建东半幅的工后沉降不一致,交口等路段容易导致路面产生裂缝沉降值小,不均匀影响小对既有路基的扰动搅拌振动对东半幅已实施路基有一定影响可静压施工,影响相对较小施工速度一般较快质量管控现场粉喷搅拌施工,桩身定位、施工控制、成桩强度等不易管控及监测预制桩体,桩身质量及施工过程易于管控经济比较每米估算单价元/m85275单位面积根数根/m20.6840.173桩帽造价/元—520(1.2 m×1.2 m×0.3 m)综合单价元/m2697.7708.4

预制管桩复合承载力计算：

1)单桩竖向承载力特征值计算:

Ra=μp×∑qsia×li+α×Ap×qp

或Ra=δ×ψc×fcd×Ap(二者取小值)。

其中,计算桩长L=13 m，桩径d=0.4 m，桩间距2.4 m;桩周长μp=3.14d=1.257，桩截面面积Ap=3.14×d2/4=0.126;桩身稳定系数：δ取1，桩端土承载力折减系数：α取1，基桩成桩工艺系数：ψc取0.85。

计算得：Ra=460 kN。

2)复合地基承载力及沉降计算：

fspk=λ×m×Ra/Ap+β×(1-m)×fsk。

则：fspk=150.6 kPa,沉降量s=10.6 mm。

4 方案评价

该项目为城市道路，道路竖向高程较原地表高程抬高0.5 m～3.0 m左右，原地表分布有0.5 m～1.3 m的杂填土，其下为淤泥质粉质黏土及黏土层，现就上述两种软基方案进行对比分析如表2所示。

5 结语

从以上分析可以看出：1)在桩长约12 m、满足软基段复合地基承载力的要求下，两种处理方案的造价基本相当。2)基于亚父路地质成果及其为二期续建工程的情况，与水泥搅拌桩方案相比，采用预制管桩技术方案复合地基承载力较好，工后沉降小，能有效减小新老路基拼接后的不均匀沉降，且施工质量便于建设单位监管，施工进度也较快。推荐本项目的软基处理采用预制管桩技术。