道路软基加固处理设计方案分析

2021-03-03陈高许

运输经理世界 2021年1期

关键词：软土液化碎石

陈高许

（厦门市市政工程设计院有限公司，福建厦门361004）

1 道路软基设计原则

当道路项目的建设由于客观原因无法更改线位时，需要通过软土土质区域的时候，就必须针对软土地基的特性选择有效的治理措施。软基处理通常需根据各路段不良地质厚度、周边构筑物及路内管线实施情况，相关设计原则如下。

经过有效的地基处理，确保路基填筑施工照常进行，降低路面沉降风险，减小沉降数值，防止路基后期出现滑移或者开裂的情况，以减轻人工构造物因沉降而导致的跳车颠簸。

软土地基处理需要从工作区深度、路基稳定以及工后沉降几个方面分别作出控制，按照当地水文地质条件，结合施工环境与机械设施，遵循就地取材、因地制宜的原则编制软基路面加固设计方案。

当路堤计算结果没有达到稳定性要求时，应采取必要的加固措施；当路堤沉降结果未达到要求时，应采取沉降处理措施。

桥头段与一般路段之间采用加固土桩变间距的方式来完成缓和过渡，尽可能地降低路段之间的沉降差异。

2 道路软基设计技术标准

软基处理过程中需对特殊路段进行稳定性计算，通常采用简化Bishop 法按路基施工与公路营运期的荷载分别计算路面稳定安全系数。对于工后沉降计算与控制标准，详细见表1 中数据，一般采用经验修正系数做好沉降量修正，应用分层总和法计算软基沉降情况。由于常规市政道路上存在较多管线，因此沉降控制也要按照表中的涵洞处标准进行设计，同时复合地基承载力的标准值不能低于结构物对地基承载的需求。

表1 容许工后沉降

3 道路软基处理方法

道路软基处理的方法很多，常用的有以下几种。

3.1 软土置换加固法

软土置换实际上就是将软土换为矿渣、素土一系列高强度土壤，即原材料的置换来解决软土路基问题。但该方法只适用小规模区域，如果需要置换的材料较多，那么置换后的软土如何处理也是一项难题。

3.2 软土改良加固法

软土改良加固法就是采用机械外力对土壤的抗压能力做出优化，目前主要有以下几种加固方法：

排水固结法。将物体放在软土层上方，在机械设备的应用下对物质施加压力，挤出软体内水分，该方法使用简单，但不适用于渗透性差的土壤。

重锤夯实法。将钢筋混凝土重块放在目标土层，反复打压土层，使土层逐渐被压实，该方法的应用需要控制路基承载力，避免路基出现不均匀沉降问题。

机械碾压法。在机械设备的作用下碾压软基路面，机械碾压方式有着均匀性优势，但对工序提出较高要求，且施工成本较高[1]。

3.3 软土补强加固法

补强就是对软土性能做出优化，常见方法主要如下：

打桩补强法。将木桩插入软土内，利用木桩提升土层的承载能力，桩基能够压紧软土层，改良其力学性能，提升土壤承压能力。施工中桩多为钢筋混凝土桩或碎石桩，碎石桩由石屑、碎石以及粉煤灰构成，材料的黏结强度较大；钢筋混凝土桩需要对称布置，布桩形状主要有三角形和矩形两种。

外材料补强方法。将掺合料填入软土内，使软土层产生流动性，在黏性方面有所提升。

以上软土路基处理的方法可根据现场实际地形、地质等情况选用最为经济合理的处理方法[2]。

4 案例分析

本次以竹屿再生水厂周边路网工程(一期)为例，一期工程包括开拓南路、信义路两条路，道路等级均为城市次干路。根据《竹屿再生水厂周边路网工程岩土工程详细勘察报告》可知，道路设计范围内均有不同厚度的液化砂层及软弱土层，为保证路基填筑顺利进行，减小工后沉降和过大的差异沉降，本次结合各路段不良地质厚度、周边构筑物及路内管线实施情况，对开拓南路和信义路范围内的不良地质采用分段、分方案处理。

4.1 道路沿线地质情况概述

据本次钻探揭露，勘探深度内地层结构由人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲海积层（Q4al+m）及基岩燕山早期侵入岩[γ52(3)c]花岗岩及风化带组成。根据勘察结果可知，勘察范围内的特殊性岩土为人工填土、液化砂土、软土及风化岩，具体分述如下。

4.1.1 人工填土

道路沿线范围内人工填土，松散状为主，密实度不均，自稳能力差或较差，基槽开挖时易崩塌，且未完成自重固结，填砂层在7 度地震作用下会产生砂土液化，设计及施工时需考虑负摩阻力及液化对桩基承载力及变形的影响。填石层对水泥搅拌桩、高压旋喷桩成桩影响较大，对分布于地表的填石层施工前建议挖除，对于填石埋深较大地段施工时需采用引孔措施。

4.1.2 液化砂土

根据对场地内20m 深度范围内分布的填砂①1、砂混淤泥②1、细砂②2-1、细砂②2、细砂②3 这5 层液化判定结果，上述砂层均为液化砂层，液化指数较高层段的主要为上部填砂①1、砂混淤泥②1、细砂②2-1 层段，对于本项目抗液化措施应综合考虑各道路沿线上部分布的填土及淤泥质土等软土层分布情况，建议采用换土法、挤密碎石桩、水泥搅拌桩、高压旋喷桩等地基加固的处理措施。对填砂①1、砂混淤泥②1、细砂②2-1 层进行加固，部分消除液化沉陷，细砂②2、细砂②3 层可不采取上述加固措施，但需对各道路、管线、桥梁等建构筑物加强基础及上部结构的刚度。

4.1.3 软土

根据勘察结果，道路沿线埋藏的软土为淤泥质土层，具有天然含水量大，孔隙比大，有机质含量较高，压缩性高，强度低，渗透系数较小的特点。

4.1.4 风化岩

场地广泛分布的全、强风化花岗岩，浸水后易软化、崩解，强度急剧降低，稳固性较差。各风化层岩面起伏变化大，桩基施工时应注意其所带来的不利影响。

4.2 软土路基具体处理推荐方案

软土路基处理方法较多，本工程本着“技术上可靠、经济上合理、施工上可行”的方案比选原则，经综合分析后，推荐的软基处理设计方案为：对于软土深度较小路段（0～4m），推荐采用换填处理方案；对于软土深度较浅路段（4～10m），推荐采用碎石桩方案；对于软土深度较深路段（10～30m），推荐采用PST 预应力管桩方案；对于软土深度较深路段（30～40m），推荐采用PHC 预应力高强度混凝土管桩方案；结合各路段不良地质厚度、周边构筑物及路内管线实施情况，对范围内的不良地质采用分段、分方案处理。

4.3 软基处理施工技术要求

4.3.1 碎石桩施工要求

应用振动沉管成桩方法，提前做好成桩挤密性试验，施工时按照要求确定桩长、间距、桩径以及碎石灌入量等参数，同时保证挤压均匀性与桩身施工连续性。选用粒径在19～63mm 的硬质岩碎石和砾石作为成桩材料，可以在其中加入砂，但材料的含泥量不能超过10%。桩内材料的充盈系数保持在1.3 左右，按照沉管和挤密情况控制碎石的填入量与挤压次数，在桩管内灌入碎石，使用振动器锤击，控制拔管速度为每分钟1.5m，确保碎石在管内挤密效果良好。如果碎石灌入量低于设计值，导致工程无法顺利下料，可以在管中加入适当的水。

4.3.2 PST 桩和PHC 桩施工要求

应用混凝土劲性体桩与预应力高强度混凝土管桩进行软土地基施工，相关参数要求见表2 数据。施工时需做好地质物探工作，按照地层的实际情况做出施工调整，实现软基路面动态化加固设计。沉桩—接桩—送桩—验桩等均要参照相关施工技术规范及要点要求后方可进行下一步骤。

表2 PST 桩和PHC 桩施工力学性能参数

5 其他土木合成材料应用

不光是软土地基，土木合成材料也可以用在众多道路施工中，这是因为部分道路软基加固处理工作需要从深层次展开。土木合成材料特点鲜明，作用力明显，适应性较强，在加固的桩顶上设置垫层，将土木合成材料铺设在垫层上，确保道路荷载趋于稳定平衡，且不会受某处桩负荷太大的情况影响。不仅如此，土木合成材料的应用在一定程度上可以规避道路沉降问题，应用土工布进行现场施工，提前对场地勘察研究，了解土壤质量情况，结合道路施工环境与软土地基含水量采取加固技术，以振捣的方式将土木合成材料填入路面，强化软基路面建设质量。