江汉平原高速公路软土地基处理方法研究

毛峰 邵然 吕香华

摘 要：根据江汉平原已通车高速公路软土地基的工后沉降量情况，结合软土地基的物理、力学性质以及软土地基处理方法，根据实测资料，分析不同的软土地基处理方法对通车后工后沉降量的影响。工程实际表明如果有足够的预压高度、约6个月的预压时间，采用排水固结法处理后的工后沉降量与采用复合地基处理后的工后沉降量基本相当，完全满足规范对工后沉降量的要求。

关键词：软土地基;高速公路;工后沉降量;地基处理

中图分类号：U416.1 文献标识码：A

1 概述

近年来，由于社会及经济的发展，在江汉平原的荆州、仙桃、公安、潜江等地市修建了大量的高速公路，由于这些地区地处长江及汉江冲积平原地区，不同程度分布着性质各异的软土，为避免软土地基对通车后高速公路造成过大的沉降，设计经常采用清淤换填、塑料排水板、水泥搅拌桩、CFG桩及预应力管桩等处理软土地基。本文从软土分布的特点出发，分析了清淤换填、排水固结法及复合地基处理的特点，重点研究了塑料排水板处理地基与采用搅拌桩处理地基的沉降变形特点，可为类似的工程提供参考[1]。

2 江汉平原软土分布与特点

江汉平原属长江冲湖积平原和四湖平原并列地带，线路区整体地势平头宽阔，起伏较小，根据地貌成因、形态及组合特征，线路区的地貌为河湖积平原区地貌单元，主要是经过河湖长期堆积而形成的平缓开阔地形;地势平坦开阔，海拔高度20 m～35 m不等（局部地形略高）。池塘、小湖泊较为发育。

该区基岩埋藏较深，表层堆积有大量的第四系沉积物，以细颗粒为主，地下水位较浅，在地势低洼或水草茂盛的地方，多为过去的河漫滩湖泊等，该区多分布有一层或多层较厚的带状或透鏡体状的软土。软土的分布厚度也不均匀，软土的性状也相差较大。表面的地形主要为第四系全新统冲积层，表层粉质粘土为主，未见基岩出露，局部见冲湖积淤泥及淤泥质土，下部未上更新的砂土、粘性土。

（1）根据地层岩性、时代成因、物理力学性质，主要的地层分布为：第四系全新统冲积、冲洪积层（）遍布路线区，上覆盖约2 m～4 m的可塑～硬塑状褐黄色、黄褐色粉质粘土层及灰褐、深灰色淤泥质土，软塑～流塑状，局部含较多的有机质及腐殖质。其中冲洪积层总体软土要比冲积层区发育;于池塘密集区分布时，基本地表软土大面积发育;于零星的池塘底分布时，软土厚度薄，厚度一般小于1.5 m，清表或挖除换填即可。

（2）第四系上更新统冲积层。主要分布于全新统冲积层下，出漏地层为粘性土及砂、砾石层。粘性土主要为黄褐色、褐黄色、可塑～僵硬状态，隙中充填灰白色矿物及铁锰质结核或薄膜，多具弱膨胀性，该层属相对不透水层、承载力中等，压缩性较低，工程地质性质较好。粘性土中间发育砂、砾石层，层厚一般7 m～30 m，发育有粉砂、细砂等。

软土一般包括（）淤泥质粘性土和（）饱和软弱粘性土。饱和软弱粘性土是指含水量W接近或大于35%、孔隙比接近于1、液性指数IL接近或大于1、软塑～流塑、压缩系数一般大于0.5 MPa-1、容许承载力低于150 kPa的土体，具有高压缩性，属软土的范畴。

（3）江汉平原软土分布的特点。江汉平原的软土地基处理的厚度一般在不大于15 m（如超过15 m一般采用桥梁通过的方法），如前所述，软土间夹透镜体，在软土以下部位一般为粉砂、卵石等分布，有利于其排水固结;而在鱼塘、藕塘等局部段落，软土一般为淤泥，其含水量超过90%、天然孔隙比超过，具有高压缩性、抗剪强度低、极易发生失稳破坏等特点。

3 江汉平原地区常用的软土地基处理方法

软土地基上高速公路路基的修建，路基的修建主要表现为沉降与稳定问题，在进行软土地基的处理设计时，应首先进行路基的稳定及沉降计算，在满足路基稳定的基础上，使路基的工后沉降量满足规范的要求。

江汉平原软土地基上高速公路常采用清淤换填法、排水固结法以及复合地基方法等[2]。

3.1 清淤换填处理

在江汉平原地区，由于存在着大量的河塘，部分段落也在表层存在着三米以下的软土，对于非河塘段落三米以下的软土，其软土一般为淤泥质粉质粘土，土体具有较快的沉降稳定速度，计算工后沉降量一般可满足规范的要求，可采用地基不处理的方法，通过施工期间路基的自重进行预压，达到减小工后沉降量的目的;而对于河塘段落的淤泥，由于淤泥具有抗剪强度低、压缩性大等特点，则应尽可能采用清淤换填的方案。

目前由于工期以及环保的限制等原因，对于河塘段落的淤泥处理，常采用搅拌桩的方法处理淤泥地基，但由于河塘段落的淤泥含水量及天然孔隙比均较大、且含有大量的腐殖质，搅拌桩的成桩效果不理想，桩身的强度较低，对于这些段落的处理，应采用清淤换填的方法，即清除淤泥，换填当地的河砂等材料，避免由于处理效果较差而造成路基的沉降过大甚至造成局部失稳等现象。

江汉平原某高速公路对于河塘段落的软土地基，均采用清除淤泥换填河砂等处理方法，通车后地基的工后沉降量均满足要求，未出现横向、纵向裂缝，也没有明显的桥头跳车等现象，地基处理的效果良好;而某高速公路的一段路基左幅处于河塘段落，右幅为正常路基段，河塘段软土的厚度约为3 m，地基左幅河塘采用搅拌桩处理的方案，但在路基的施工过程中即发现左幅路基的沉降明显大于右幅的沉降，通车后的左幅的沉降也明显大于右幅的沉降。通车前左侧的累计沉降量为326 mm，路中间的累计沉降量290 mm，右侧的观测点其累计沉降量56 mm，左侧观测点通车前的月沉降速率为19 mm，中间观测点为14 mm，右边观测点的月沉降速率为2.6 mm，仍然为左边观测点的沉降量明显大于中间观测点的沉降量，预计左幅通车后有着较大的工后沉降量。

经过约26个月的通车试运行，左侧的沉降量为116 mm，右侧的沉降量为17 mm，左侧地基的沉降量明显大于右侧的沉降量，且在右侧出现了明显的跳车现象，为避免明显的跳车现象，已经实施了加铺一层沥青混凝土。

3.2 塑料排水板处理与搅拌桩处理软土地基的沉降量比较[3]

3.2.1 施工期间其沉降量的对比

由于江汉平原的软土大部分为淤泥质粉质粘土，软土以下分布着的卵石层或粉砂层，有利于地基的排水固结，采用排水固结法处理地基往往能取得较好的效果。在江汉平原的软土地基处理中，采用塑料排水板作为竖向排水体，然后在路基上采用等超载预压的方法加速孔隙水的排出，一般预压的时间为6个月。

目前常采用搅拌桩处理桥头及结构物地基，以期达到提高地基的强度，减少地基的总沉降量的目的，但由于本地基部分段落含水量较大，搅拌桩处理后地基的沉降总沉降量仍较大。

江汉平原某高速公路采用搅拌桩、CFG桩处理桥头及结构物地基，采用塑料排水板处理一般路段的地基，通车后地基未发生较大的工后沉降量，行车平稳舒适，有必要对两种地基的处理方法的沉降量进行对比，以期发现其沉降的规律。

路基的填筑时间约为8个月，在路基完成后，采用在路床顶加载预压，预压的高度为1.2 m～1.5 m，预压的时间约为6个月。为研究其沉降变形规律，共统计了50个采用复合地基处理的桥头及小构的段落，与复合地基处理的相邻段落则采用塑料排水板处理，兩种不同处理断面的间距不超过30 m，因两个断面的间距较小，地基的沉降量能充分说明两种地基处理方法的效果，对复合地基及塑料排水板各50个观测断面的总沉降量、施工期沉降量及预压期的沉降量进行比较。

由于处理方法的不同，两种地基处理方法确实存在着沉降差，根据统计的结果，搅拌桩处理地基的总沉降量明显小于塑料排水板处理的沉降量，采用塑料排水板处理地基的总沉降量约为46.8 cm，搅拌桩处理地基的沉降量为36.7 cm，塑料排水板处理后地基的总沉降量要大于搅拌桩处理的沉降量约10 cm，路基施工期及预压期塑料排水板的沉降量也明显大于搅拌桩处理的沉降量，但预压期的沉降差要小于施工期的沉降差，说明随着时间的推移，其沉降差也逐渐减小，特别是经过6个月的预压，路面施工期间塑料排水板的沉降量与搅拌桩处理段落的沉降量基本相当，路面施工期间的沉降量分别为1.3 cm及1.2 cm。值得说明的是不均匀沉降差并没有造成地基的横向裂缝，这主要是由于路堤的不均匀沉降是在路基的填筑过程中逐渐发生的，并非突然一次发生，且路堤本身具有一定抗变形的能力，故没有出现由于不均匀沉降引起明显的横向裂缝。

3.2.2 工后沉降量的对比

通车46个月观测其工后沉降量，采用复合地基处理的段落其工后沉降量平均约为4.1 mm，采用塑料排水板处理的段落其工后沉降量也为4.1 mm，软土较厚段落的塑料排水板处理后的工后沉降量要大于复合地基处理后的工后沉降量，绝大部分段落两种地基处理方法处理后的工后沉降量基本一致，说明两种地基处理方法的效果基本相当。

工程实例表明在江汉平原软土地基，采用塑料排水板或粉喷桩处理软土地基，加上6个月的预压期，其工后沉降量可以满足规范的要求，且两种处理方法处理的效果基本相当。图1为两种地基处理方法不同施工阶段的沉降量值。

4 结论

江汉平原的软土地基具有软土分布较广、软土厚度变化大等特点，软土以下分布着卵石层或粉砂层，有利于地基的排水固结;而对需要提高地基的强度、减少地基总沉降量的地基宜采用复合地基的处理方法;对于河塘局部的软土地基，由于河塘的淤泥具有含水量高、孔隙比大的特点，且富含腐殖质，搅拌桩的成桩效果较差，如采用塑料排水板处理该类型的地基，则由于地基的固结速度较慢，地基的强度不易提高，对于此类地基，应采用清淤换填的处理方法。

由于本地区的软土具有排水速度较快的特点，采用塑料排水板处理地基，经过6个月的等超载预压，可有效减少地基的工后沉降量，使之满足规范对工后沉降量的要求，地基处理的效果与采用搅拌桩处理的效果基本相当。

参考文献：

[1]罗毅东.珠江三角洲软土地基上沥青路面分期修建技术研究[D].重庆交通大学，2017.

[2]龚晓南.地基处理手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]冯永财.碎石桩与塑料排水板加固山区软弱路基比较研究[D].成都理工大学，2013.