中山市某公路改扩建项目软基处理方案设计

2022-04-16陈胡琴中铁十一局集团有限公司勘察设计院湖北武汉430074

中国房地产业 2022年8期

文／陈胡琴中铁十一局集团有限公司勘察设计院湖北武汉 430074

1、项目背景

目前，随着社会经济的发展和交通运输量的不断增长，旧路改扩建已经成为扩大道路通行能力的常用方式之一。

坦神北路建设项目主要位于坦洲镇境内，现状是坦洲镇内部主要的东西向干线。为解决不断增长的交通需求，适应缓解坦神北路的交通压力，发挥路网最大效率，需要进行坦神北路改扩建。本建设工程路线起于坦洲镇，终于坦洲快线一期，以桥梁对接，全程11.045km,采用主路一级公路标准建设，路基标准宽度37.5m～43m。中山市公路改扩建项目线位图如图1。

2、建设条件

中山市受纬度和地形影响，地处于北回归线以南，热带北缘，光照充足，热量充足，气候温暖。路线大致由东北向西南展布，总体地势平坦，地面起伏较小。工程线路主要跨越冲积平原区，终点段为丘陵地貌区。区域水系比较发育，河网交错，附近主要有西江、坦洲排灌渠、坦洲大涌等，南侧紧靠坦洲排灌渠。

根据道路设计标高，沿线主要为低填方路基，最大填筑高度约3.30m 左右。经现场勘察，道路沿线地基土主要由第四系粉质粘土、砂层等组成。松散层中软土全线分布，在施工和运营期间会产生不均匀沉降，对路基工程造成严重影响。

3 设计难点

本项目路基段一般海拔约1.8m～3.0m。场区地层由上至下主要为①素填土、②淤泥、③淤泥质粉质黏土、④粉质黏土、⑤卵石、⑥全风化凝灰岩、⑦全风化粉砂岩、⑧强风化粉砂岩等。

本项目路基段地下水较高，且全线分布多个层位的软土。其中淤泥和淤泥质粉质粘土，全线分布分布范围广泛，厚度一般1.2～12.8m，厚度变化较大，最厚揭示20.7m。淤泥质土具有高含水量、高敏感性、高压缩性、大孔隙率、低抗剪强度和低地基承载力容许值的特点。且本项目为改扩建工程，全段均为旧路改造，既有道路建于20世纪90年代，经过20 多年的运营，沉降基本稳定。且全线有多处桥梁，新旧道路衔接处和桥路过渡段极产生不均匀沉降，影响公路工程尤其是路基工程的稳定和安全。加宽路基及上跨桥台路段地基需采用复合地基处理［2］。

软土地基的处理要从稳定、沉降及满足构造物的承载力要求等方面进行分析。

3.1 沉降计算及工后沉降

路基总沉降沉降量S=msSC，采用分层总和法计算主固结Sc；ms为沉降修正系数，其范围值为1.1～1.6。压缩层计算深度控制原则为计算层底面附加应力与有效自重应力之比不大于0.15。如果在确定的计算深度以下有软土层，应该继续进行计算。对于浅层的软土段，要一直计算直到相对硬层，地基固结度应根据太沙基固结理论进行计算［4］。

在路面设计使用年限内(15年)，路基残余沉降为工后沉降，一般路段的工后沉降允许≤30cm；相邻桥台和路基，旧路宽度≤10cm，涵洞和箱涵≤20cm。过渡段沉降差小于2‰。要求现状道路路基中心的总附加沉降≤3cm，路基横坡总增加量应≤0.5%。本项目要保证建设及运营期间公路新旧路基间的沉降控制在容许范围内。

3.2 稳定计算

采用有效固结应力法计算其稳定性，同时考虑了快剪和固结指标，稳定安全系数取

式中Fs一一路堤稳定系数；

bi一一第i 个土条宽度；

αi一一第i 个土条滑面的倾角；

Ci、φi一一第i 个土条滑弧所在土层的粘聚力和摩擦角，依滑弧所在的位置，取对应的粘聚力（kPa）和内摩擦角（°）；

mαi一一系数，按照mαi=计算；

Wi一一第i 个土条重力（kN）；

Qi一一第i 个土条垂直方向外力（kN)；

当考虑地震影响时可适当降低稳定系数。

3.3 预压高度

为了加快地基沉降，满足工后路基沉降的要求，结合软土的性质和地基处理方法，复合地基段根据软基深度和路基填筑高度采用等荷载预压。

4、软基处理方案设计

由于本项目现状侧分带等绿化带属于旧路主线路基范围，现状旧路通车已经达20 多年，旧路沉降基础稳定，结合本项目工期、造价等影响，地基处理采用浅层换填处理，换填80cm 路床，换填材料采用碎石。

对于桥头、涵洞、挡墙、新旧路基衔接处，工后沉降要求较高，推荐采用复合地基处理方案。根据项目分段、上部构筑物特点，软基处理主要分为一般加宽路基、桥路过渡段路基、施工受限加宽路基三种软基处理区段。结合珠三角地区经验，拟定如下几个方案：CFG 桩、双向水泥搅拌桩、高压旋喷桩。

4.1 一般加宽路基

一般加宽路基通常以双向水泥搅拌来进行处理。水泥与软粘土中的水发生水介和水化反应。由于这种反应，软粘土中的大量自由水被吸入结晶水中固定，形成一定强度的柱体，从而起到加固地基的作用。

成桩后，它将与桩间土共同承载，形成复合地基［3］。桩的承载力主要取决于桩本身的强度，当桩长达到有效桩长时，增加桩长对提高，根据地区经验和工艺特点，水泥搅拌桩加固深度最好在12m 以内，对于双向水泥搅拌桩，处理深度可适当增加至15m，但由于施工机械及施工质量，建议双向水泥搅拌桩处理深度不超过15m，并且桩长应穿透淤泥、淤泥质粉质黏土到达强度相对较高的粉质黏土、砂质粉质黏土层中0.5m 以上，避免“悬浮桩”。

设计双向水泥搅拌桩直径为0.5m，呈三角形排列，桩间距为1.5m，桩身为42.5R 普通硅酸盐水泥，水灰比为0.4～0.6。最佳水灰比应根据室内配比试验、现场试桩和试验确定，桩身28d 无侧限抗压强度应达到1.0MPa。地基处理时，保证坡脚外布置1～2 双向水泥搅拌桩。在双向水泥搅拌桩桩顶铺设0.3m 厚砂垫层和0.3m 厚碎石垫层，并填筑压实，垫层宽度范围超出最外侧桩体边沿1m，碎石垫层上下各铺设一层钢塑土工格栅，具体如图2。

图2 一般路基双向水泥搅拌桩处理设计图

4.2 桥路过渡段路基

CFG 桩是由碎石和适量的粉煤灰、水泥等与水混合而成，具有较高的粘结强度，起到挤密、复合地基和垫层加固的作用，桩的承载力主要取决于桩的长期抗力和桩端承载力。桩的有效长度不存在问题。桩长越长，承载力越高，应将桩打入承载层，否则高强度将失去其意义。结合塑料排水板处理，增设竖向排水渠道，不仅可以达到较高的承载力，而且可以有效地减少工后沉降。桥路过渡段软基处理方案优缺点如表1。