软土地基沉降分析

李婷婷

(中交公路规划设计院有限公司 北京市 570100)

0 引言

随着我国交通网络的发展，交通量不断增大，许多已建路基开始出现沉降病害[1-3]，特别是软土路基，造成路面不平整，严重影响道路行车性能，埋下安全隐患，且减少了道路的使用寿命。作为道路结构中最常见的病害，路基沉降主要是由地基土自重应力以及附加应力引起的固结压缩变形和路基自身自重应力以及车辆荷载附加应力的压缩变形[4]。为有效减小软土路基沉降，确定合理高效的软土路基处理方法，依托白驹大道软土路基改造工程，使用理正软土地基路基设计软件，建立不同填土材料及高度、水泥搅拌桩桩长的路基模型，开展软土路基沉降影响性分析，揭示软土路基沉降影响规律，为类似工程设计提供一定的技术参考。

1 工程概况

白驹大道改造及东延长线工程项目西起于白驹大道与琼山大道交叉口，路线走向沿现状白驹大道东延约2.3km至现状大昌路口后，继续东延约4.7km至小燕尾村附近，然后往北偏移与在建江东大道二期K7+562.316处相交，并继续北延至现状桂林洋防潮堤，道路全长8632.633m，其中K0+000～K2+300段为现状白驹大道改造工程，K2+300～K8+632.633段为新建道路工程。本工程场地范围特殊性岩土主要为人工填土、软土。

本项目K0+000～K2+220段白驹大道改造基本沿现状道路走向，路基采用两侧加宽方案，现状路基为浆砌片石护坡，拆除原浆砌片石护坡，并清除表面土层后进行路基拼宽。根据地勘报告，部分路段表层种植土、杂填土及表层软弱土厚度约为0.6～2.5m，均分布在自然地面线下面2.5m内范围，且地下水位较高，故采用换填法处理，清除约40cm表层土，挖除现状地面表层软弱土后回填一定厚度的未筛分碎石。

根据地勘报告，路基下部有淤泥夹层，采用水泥搅拌桩方案对路基进行处理，清表后的自然地面作为工作面，有水塘的部分，还应挖除1m左右淤泥，然后开始水泥搅拌桩施工。水泥搅拌桩进入持力层不小于0.5m，水泥搅拌桩桩径为0.5m，桩间距1.0m/1.2m，正三角形布置，桩顶垫层采用级配良好的碎石垫层，厚50cm，垫层上加铺双向80kN/m玻纤土工格栅(双层)。K2+790段北侧有110kV高压线横跨道路，经协调后，迁移难度较大，因此根据现状实际情况对高压线路以北276.7m2区域范围软基处理方式采取高压旋喷桩处理。高压旋喷桩桩径为50cm，间距为120cm，布置方式为梅花桩布置。

2 软土路基沉降影响分析

2.1 沉降计算方法

白驹大道改造工程软土地基采用水泥搅拌桩处理，桩径500mm，采用三角形布置，桩径和桩长根据沿线地层地质分布及路基路面设计情况设计，桩径分为1m和1.2m，桩长在7～19m范围取值。使用理正软土地基路基设计软件(6.0版)进行路基计算，沉降计算简图如图1所示。

图1 沉降计算简图

针对桥台与路堤相邻处路基设计及土层参数，开展地基处理参数影响性分析。

2.2 填土高度影响

填土高度影响地基附加应力大小，因此，填土高度是地基沉降的主要影响因素之一。依托该工程，模拟不同填土高度，计算工后沉降。计算结果见图2。

图2 填土高度影响

从图2可见，填土高度越大，地基沉降越大，且沉降增长率随着填土高度加大而加大，当填土高度由5m增加至25m，地基沉降由70.58mm增加至138.13mm，增加了95.7%，这表明填土高度对路基沉降影响较大，这是由于填土高度越大，土层附加应力越大，造成沉降越大，工程中不能无限增加路基填筑高度来满足高程要求。

此外，根据规范要求：桥台与路堤相邻处地基沉降不应超过100mm，故此位置填土高度宜尽量控制在15m以内。

2.3 水泥搅拌桩桩长影响

水泥搅拌桩桩长影响土层刚度，是地基处理效果的主要参数。依托该工程，模拟不同桩长，计算工后沉降。计算结果见图3。

图3 桩长影响

从图3可见，水泥搅拌桩桩长越大，地基沉降越小，但沉降变化率随着桩长继续加大而有所降低，当桩长由5m增加至25m，地基沉降由138.58mm增加至59.13mm，减小了57.33%，这表明桩长对路基沉降影响较大，但当桩长增加至一定值时，改变桩长对减小沉降的效果不再明显，工程中不能无限增加桩长来减小沉降，而应结合土层分布情况设计。

此外，根据规范要求，桥台与路堤相邻处地基沉降不应超过100mm，故此位置桩长需大于10m。

2.4 水泥搅拌桩桩距影响

水泥搅拌桩桩距也会影响土层整体刚度，继而影响地基处理效果。依托该工程，模拟不同桩距，计算工后沉降。计算结果见图4。

从图4可见，桩距越大，地基沉降越大，当桩距由0.8m增加至1.6m，地基沉降由63.28mm增加至82.13mm，增加了28.8%，这表明桩距对路基沉降又有一定影响，但敏感性小于填土高度和桩长。

图4 桩距影响

3 软土路基沉降计算

根据《白驹大道改造及东延长线项目详细勘察阶段岩土工程勘察报告》，对工程沿线水泥搅拌桩加固后的地基进行沉降计算，计算结果见表1，本工程水泥搅拌桩桩径均设计为0.5m，均采用三角形布置。

表1 沿线各水泥搅拌桩处理后沉降

以K0+801.00～K0+861.00段为例，给出沉降计算过程。基础类型为矩形基础，基础埋深0.5m，基础宽度和长度均为10m，基础覆土容重20kN/m3，竖向荷载6750kN。地下水埋深4.3m，压缩层到地面的距离为23.6m，沉降经验系数为0.4，处理土层分5层土，各土层参数见表2。表2中，原始土层承载力特征值、原始土层压缩模量来自地基勘测设计资料，桩间土承载力特征值依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2012)7.1.5条计算确定，复合地基压缩模量确定依据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)7.2.12条计算确定，原始土层压力扩散角依据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)5.2.7条计算确定，复合地基压力扩散角按照在上一层的基础之上进行的原则计算。

表2 处理土层参数

压缩层厚度23.1m，基础宽度10m，△z取1m，沉降差0.74mm，沉降总和166.44mm。沉降差0.74≤0.025×166.44=4.16mm，沉降计算深度满足规范要求。采用分层总和法进行沉降计算[5]，本项目沉降计算结果见表3。

表3 沉降计算

压缩模量当量值为3.789MPa，总沉降量为0.4×166.44=66.58mm。根据规范相关要求：桥台与路堤相邻处沉降<100mm。

综上所述，经过水泥搅拌桩处理后的地基沉降满足要求。

4 结语

(1)填土高度越大，地基沉降越大，当填土高度由5m增加至25m，地基沉降增加了95.7%，沉降增长率随着填土高度加大而加大，工程中不能无限增加路基填筑高度来满足高程要求，依托工程桥台与路堤相邻处填土高度宜尽量控制在15m以内。

(2)水泥搅拌桩桩长越大，地基沉降越小，但沉降变化率随着桩长继续加大而有所降低，桩长对路基沉降影响较大，当桩长由5m增加至25m，地基沉降减小了57.33%。当桩长增加至一定值时，改变桩长对减小沉降的效果不再明显，工程中不能无限增加桩长来减小沉降，而应结合土层分布情况设计。依托工程桥台与路堤相邻处水泥搅拌桩桩长需大于10m。

(3)桩距越大，地基沉降越大，当桩距由0.8m增加至1.6m，地基沉降增加了28.8%，桩距对路基沉降的影响小于填土高度和桩长。

(4)经水泥搅拌桩处理后，白驹大道改造及东延长线工程项目沿线软土地基沉降均能满足规范要求。