市政道路不良地质及特殊性岩土地基处理技术研究

王赓

（中铁十七局集团建筑工程有限公司，山西太原030000）

0 引言

对不良地质进行地基处理，目的是减少地基的不均匀沉降，提高地基的稳定性和承载力，以及消除特殊地区形成的湿陷性、冻胀性。二七区紫云路等21 条道路工程不良地质形成的主要原因是过去一段时间，由于挖土烧砖遗留了大小不一的土坑，在后期被陆续倾倒的各类垃圾填满，垃圾种类主要包括建筑垃圾、生活垃圾及腐殖土。不同回填材料导致基础形成淤泥、淤泥质土、饱和黏性土、饱和粉土等不同地质，层状分布复杂，层间力学性质相差极大。尤其是淤泥质土，由于其含水量高、压缩性高，未经处理直接进行上部施工，极易造成土体失稳、管道拉裂、道路塌陷等严重后果。

根据各条道路本身地质的不同需要、不同的处理方式，换填法和桩基础复合地基是市政道路使用较多的软土地基处理工艺。换填法是通过将表面不良土层挖除，换填成具有良好压实性质的土，从而达到改良基础承载力的目的，换填法在处置软土层较浅的地质时，具有施工简单、成本较低的优点，但遇到软土层较厚的情况时，换填施工难度增大、危险性加高、清运数量随两侧放坡也急剧增加，导致换填法不再适宜。桩基础复合地基是通过在天然地基中按照一定间距增加桩基础，形成由桩基、桩间土、褥垫层共同承受上部荷载。复合地基施工时，不仅要考虑桩体承载力，更重要的是考虑成桩工艺对周围土体的影响，根据施工位置和地质条件状况，本标段通过CFG 桩对地基进行加固，提高不良地质土层的复合承载力。二七区紫云路等21 条道路工程项目通过反复试验，总结出不同施工环境对应的施工工艺，达到提高工效和施工质量的目的。

1 工程概况

该项目工程名称为二七区紫云路等21 条区代建市回购道路建设工程（第二标段），项目范围包括二七区紫云路等11 条市政道路，线路总长16.93km。主要施工内容为道路工程、雨水工程、污水工程、交通工程、照明工程、绿化工程、电力土建工程。需要地基处理的道路主要集中在琴韵路、望月路以及合展路3 条道路。

琴韵路起点处杂填土埋深较浅，主要是建筑垃圾。建筑垃圾为拆迁废墟，含大量大块混凝土块、钢筋等，位于设计标高线以下1～5m。

望月路起点处杂填土埋深较深，最深处约27m。杂填土主要包括建筑垃圾、生活垃圾及素土，分布不均匀。其中生活垃圾含量从10%～50%不等，主要包括碎布条、塑料袋、碎木屑、腐殖质等；建筑垃圾主要包括碎砖块、混凝土块、水泥块等。

合展路杂填土广泛分布，起点处、终点处建筑垃圾堆积如山，最深处位于设计标高线以下8m。杂填土以粉土为主，含大量石子、碎砖块、大块混凝土块、钢筋等建筑垃圾，局部含少量生活垃圾，成分极其复杂。中段原为冲沟，后经杂填土、素填土一层一层填至现有标高。该段杂填土普遍厚度大于10m，局部可达17m，成分以粉土为主，含碎石子、碎砖块、煤碎石等，局部含约10%生活垃圾，该段杂填土为荒地，少有人至，成分复杂，孔隙间距较大，因此压实度较差，钻进时易塌孔。

2 地基处理的方案

该项目选择采用换填法、长螺旋钻孔内泵CFG桩、振动沉管CFG 三种工艺，根据地质条件及周边情况，选择不同的工艺类型或组合施工。

2.1 适用范围

换填法适用于杂填土较浅且周边有足够空地的情况，其工艺简单、工期最短、造价最低。

长螺旋钻孔内泵CFG 桩适用于黏性土、粉土、砂土、素填土、中等密实以上的砂土。由于长螺旋CFG桩属于排土成桩工艺，其噪声低、无振动、施工效率高、成桩质量好，对桩间土的强度破坏小，但遇到松散饱和粉土、粉细砂时，叶片剪切作用导致的能量积累使土体发生液化，使临近未凝固桩体内混凝土突然下落，导致因窜孔而对成桩质量形成影响。

振动沉管适用于黏性土、粉土，淤泥质土、人工填土及松散砂土，尤其适用松散的粉土、细砂。由于振动沉管属于非排土成桩工艺，该工艺对软土的处理效果好，在挤密同时可消除其液化效果，增加侧向摩阻力，但由于振动产生严重的噪声污染，且在饱和黏性土施工时，容易造成地表隆起从而导致拉断已有成桩[1]。

2.2 工艺选择

2.2.1 琴韵路

琴韵路杂填土埋深小于5m，且含大量大块混凝土块、钢筋等建筑垃圾，采用换填法是最简单经济的施工方法。

设计标高线以下杂填土厚度小于3m 时按1∶1 坡率开挖，厚度大于3m 按1∶1.25 坡率开挖。杂填土土方开挖应自上而下进行，不得乱挖超挖，严禁掏底开挖；同时注意避免雨季施工，施工时应做好临时排水设施，避免雨水冲刷坡面。回填选用级配较好的砾类土、砂类土等粗粒土作为填料并分层碾压，保证基础稳定性；同一层回填选用同一性质填料，避免不均匀沉降。

2.2.2 望月路

望月路杂填土埋深较深，最深处约27m，道路西侧为已入住的楼盘，东侧为正在建设的楼盘，不具备两侧放坡开挖的条件，且深度太深，采用换填开挖难度大、费用高。振动沉管工艺噪声污染严重，居民区附近使用受限，且该路段为饱和黏性土，振动沉管CFG桩在其振动挤土过程中，易造成地表隆起拉断附近已有成桩。长螺旋钻孔内泵CFG 桩施工时具有噪声小、施工速度快的优点，在该路段施工优势明显，其原理是将下方不良地质土层采用螺旋叶片运送出孔内，不对周围地表进行挤压。

望月路采用小叶片长螺旋钻成孔跳打工艺。该工艺中，小叶片长螺旋钻成孔可减少叶片对土体干扰，采用跳打方式减少剪切能量的积累，极大程度减少土体液化。施工过程中严格控制日成桩数量，每排桩隔2 打1，相邻两排桩施工间隔时间不少于3 天。

2.2.3 合展路

合展路杂填土分两种情况：第一种为起点处和终点处，该处杂填土厚度最深处为8m，其中0～3m 处含大量石子、碎砖块、大块混凝土块、钢筋等建筑垃圾，以及3～8m 处以粉土为主，混合少量生活垃圾；第二种为中段，杂填土厚度10～17m，成分以粉土为主，含碎石子、碎砖块、煤碎石等，局部含约10%生活垃圾。

第一种情况下，由于上层杂填土主要是粉土与建筑垃圾混合，下层为粉土与生活垃圾混合，CFG 桩施工时需先通过建筑垃圾层。因为两种工艺的CFG 桩均难以穿透硬土层，遇到该类地质时需要其他设备进行引孔，施工效率低、成本高。但该层埋深较浅，可先对上层土进行挖除换填，分层碾压至褥垫层底标高，在回填后作业面采用长螺旋CFG 桩施工。

第二种情况下，地基基础为松散饱和粉土、粉细砂与饱和黏性土交替出现。在松散饱和粉土、粉细砂底层，长螺旋钻孔内泵CFG 桩施工时，其叶片剪切作用导致能量积累使土体液化，使桩周土丧失对刚浇筑尚未凝固桩体混合料的侧向约束能力而向外扩散，易产生窜孔现象。在饱和黏性土底层，振动沉管CFG 桩在振动挤土过程中，又易造成地表隆起拉断附近已有成桩。故该路段同时采用两种施工工艺，进行联合施工。两种工艺同时使用时，先采用振动沉管CFG 桩跳打，后采用长螺旋钻孔内泵CFG 桩补空。振动沉管施工可将松散土体进行挤密，提高桩间土密实性，同时跳打方式可避免振动沉管工艺造成的地表隆起导致拉裂附近已有成桩现象；后施工的长螺旋钻孔内泵CFG 桩，已成孔桩基混合料对周围土体起到加固作用，避免长螺旋CFG 桩施工时，因周围土体液化、丧失抗剪强度而导致发生窜孔现象。

3 CFG 桩施工的注意事项

3.1 长螺旋钻孔内泵CFG 桩施工的注意事项

其一，遇到松散饱和粉土、粉细砂地层时，采用隔桩跳打，并采用低坍落度混合料。

其二，灌注过程中保证混合料质量和供应速度，避免堵管现象。

其三，桩底位于松散底层时，需改变阀门结构，避免混合料无法入孔。遇到淤泥或淤泥质土时，拔管速度要相应减慢。

3.2 振动沉管CFG 桩施工的技术要点

其一，出现较厚软土地层时，采用静压振拔技术，即沉管过程中依靠振动锤自身重力进行压管作业，不启动振动锤，以减少对地基土的扰动，拔管过程中启动振动锤，以达到密实混合料的目的。

其二，灌注过程中控制拔管速率，拔管速度太快容易因混凝土不密实导致缩颈和断桩，而拔管速度太慢容易因过振导致混合料离析、骨料堆积现象。正常灌注过程中，除刚启动时对首批混凝土留振5～10s外，后续拔管过程不再留振。

其三，饱和软土地质成桩，因其振动力较小，连续成桩易产生新打桩挤压已打桩，导致严重的缩颈或断桩现象，应采用跳打方式。

其四，饱和松散粉土地质成桩，因其挤密效果好，跳打使沉桩难度加大，应采用从中心向外推进或一侧向另一侧推进的方式。

其五，沉管拔出后，对桩顶部分混合料进行振捣，防止出现桩顶混合料不密实的现象。

4 结语

随着城镇化发展的快速推进，施工中将遇到越来越多的复杂地质，虽然地基处理方式有很多种类，但每种处理方式均有其不足之处，如施工速度慢、环境污染严重、施工成本高、成桩质量难以保证等等。如何达到节约投资、施工方便、质量合格的目的，需要结合拟建项目土体组成及力学性能等情况，选用合理的施工工艺，实现良好的社会效益。