佛山市某公路工程软基处理现状分析及效果评估

吴庭然

（佛山市建盈发展有限公司，广东 佛山528000）

0 引言

我国软土分布较广，在长三角、珠三角和东南沿海各地均有分布。软土含水量较高、压缩性强、承载力低且渗透性差，导致其排水固结慢，自然沉降需要时间长，对开展工程十分不利。为此，在软土路基上开展工程建设必须要结合地质条件、项目需求、结构类型、施工条件和经济等各项因素，选择合理的软基处理方法，保证其既能满足项目建设需求，又能节约建设成本。

1 工程概况

该公路工程是佛山一环西拓南环段的一部分，长9.02km，桩号K27+780～K36+800，按双向6车道+硬路肩断面布置，采用一级公路标准，兼顾城市道路功能，设计速度为80km/h。

1 .1地质条件

该项目地质分两个区域：一是冲淤积平原（工程地质Ⅰ区），为珠江三角洲西岸平原地区，分布里程为K27+800～K30+150、K31+450～K31+750、K32+000～K33+650、K33+900～K37+150；二是剥蚀残丘地貌（工程地质Ⅱ区），分布里程为K30+150～K31+450、K31+750～K32 + 000、K33 + 650～K33 + 900，其 间 夹 山 间洼地。

1 .2地质特征

该项目属珠江三角洲沉积区，第四纪沉积层厚度较大，土层种类较多，土壤物理力学性质较差，且差异性大，软土以淤泥、淤泥质土为主。沿线软土路段分布如表1所示。

表1 软土分布情况表

1 .3水文气候条件

该项目位于西江西侧，西江从西南部边境流过，有横贯东西的沧江河及15条支流，地表水系较为发达。气象灾害有热带气旋、暴雨、洪涝、干旱、寒潮、低温阴雨和强对流等。

2 软基处理方案分析

2.1 软基处理基本情况

软基路段集中在K32+000～K36+800路段，采用的处理方法有：堆载预压+袋装砂井、水泥搅拌桩、CFG桩和高压旋喷桩。其中，桥头过渡和结构物路段采用水泥搅拌桩、CFG桩和高压旋喷桩复合路基；一般软基路段采用堆载预压+袋装砂井排水固结；软土层厚、填土较高的一般软基路段采用CFG桩和水泥搅拌桩复合路基。全线软基处理长1648m，集中在K34+465～K36+600段落内，其中CFG桩长度697m，占比42.3%；堆载预压+袋装砂井长度527m，占比32%；水泥搅拌桩路段长度389m，占比23.6%；高压旋喷桩长度35m，占比2.1%。从处理方法及数据统计可见，软基处理效果主要取决于CFG桩、堆载预压+袋装砂井和水泥搅拌桩的处理效果。

2.2 软基处理方法分析

第一，由于结构物路段和桥头过渡路段较多，导致软基处理方法交替频繁（如K35+326～K35+475 为堆载预压+袋装砂井，K35+475～K35+509 为CFG 桩，K35+509～K35+716 为堆载预压+袋装砂井），不同处理方法的路基最终沉降量和沉降稳定期不一致，易在交界处产生不均匀沉降，存在工后路面不均匀沉降风险。第二，复合路基处理方法较多，路堤填筑高度普遍不高（5m 左右）且无超载预压，存在工后路面横向不均匀沉降的风险。第三，软土层具有压缩性大、含水量高、强度低等特点，沉降稳定周期长，工后沉降的风险较大。

3 现场沉降监测情况分析

3.1 软基监测基本情况

软基监控单位在一般软基段、结构物段及桥头过渡段共布置14 个沉降监测断面，每个监测断面布置3个（左、中、右侧）表面沉降监测点。其中，因施工时间不同，累计监测时间最长为406d，最短为157d，一般在250～350d 之间。14 个断面中有6 个断面累计沉降均值大于150mm，占比43%，其中K35+620 断面累计沉降平均值最大（734.6mm）。

监控单位监测的软基表面沉降数据汇总见表2。

表2 软基路段沉降数据汇总表

3.2 软基监测情况分析

根据监测数据揭示软基处理过程中有以下三个问题：第一，软土层厚度不均匀、土体物理力学指标差异大，导致不同断面之间、相同断面不同点之间，沉降差异特别明显。第二，部分软基处理设计或处置措施不到位（如复合路基中垫层厚度不够、排水固结中排水通道不畅等），均会反映在沉降数据上。第三，从整体上看，大部分软基还没有沉降到位，反映在数据上表现为累计沉降量偏小，且很不均匀。

4 理论分析和数值模拟计算

通过对监测数据的处理和设计资料的分析，初步掌握该工程软基处理现状。为更详细地掌握软基的沉降情况，降低软基处理的安全隐患，在现有资料的基础上，对各路段典型断面最终沉降和残余沉降进行计算和分析。

4.1 典型计算断面的选择

软基处理路段可分为一般软基段、结构物段和桥头过渡段。针对上述3 种软基处理路段分别选取典型断面，一般软基段选取最不利和具代表性的堆载预压+袋装砂井（K35+980、K35+620）；结构物和桥头过渡路段分别选取CFG 桩（K36+100、K36+280）和堆载预压+袋装砂井（K35+440、K35+350）；高填方路段选取（K31+760），进行最终沉降量的计算。

4.2 理论计算法

对于未处理路段和堆载预压处理路段，路基沉降因土体在荷载下压缩而产生，路基总沉降量可用分层总和法计算；对于复合路基处理路段，荷载由桩基和土体共同承担，可将群桩作为假想的实体深基础，不计算桩身压缩量及桩与土间的相对位移，计算出作用在桩端平面处的压力后，按分层总和法计算桩端下土的压缩量，作为桩基的沉降量。

第一，分层总和法。根据土的特性和应力状态变化分为若干层，每层土压缩量为

s

，加起来即为地基总沉降量，公式（1）为：

式（1）中：

s

为最终沉降量（mm）；

s

,

s

,

s

…

s

为每层土的压缩量（mm）；n 为分层总层数；

s

为第

i

层土的压缩量（mm）。

第二，群桩沉降计算桩基础最终沉降量，公式（2）为：

式（2）中：

s

为桩基最终计算沉降量（mm）；

m

为桩端平面以下压缩层范围内土层总数；

E

为桩端平面下第

j

层土第

i

个分层在自重应力至自重应力加附加应力作用段的压缩模量（MPa）；

n

为桩端平面下第

j

层土的计算分层数；

h

为桩端平面下第

j

层土的第

i

个分层厚度（m）；

σ

为桩端平面下第

j

层土第

i

个分层的竖向附加应力（kPa）；

ψ

为桩基沉降计算经验系数。

4.3 有限元法

此次计算利用PLAXIS 有限元程序进行分析，以路基中点沉降数据为计算模型。有限元法不仅可以考虑土体固结过程，而且能分析各种处理形式对地基沉降的影响，模拟各种施工工艺对应的情况，进一步考虑不同施工因素（扰动、加铺）对沉降的影响。

4.4 典型断面残余沉降预测

软基路段处理不到位，将会产生较大的工后沉降。应对软基处理效果进行评估，为后续施工提供指导与建议，结合计算获取的典型断面最终沉降量和监测数据，使用理论计算法、有限元法和“双曲线法”对典型断面的残余沉降进行预测，结果汇总见表3。

表3 最终沉降及残余沉降预测汇总表

5 软基处理效果综合评估

5.1 现场监测数据评估

以软基监测数据为基础，根据沉降稳定评价标准：30d 累计沉降小于5mm 定为稳定，累计沉降在5～10mm 为基本稳定，累计沉降大于10mm 为未稳定，对路基沉降稳定情况进行评价。14 个监测断面中，共有2 个断面沉降稳定情况为未稳定，均为堆载预压+袋装砂井路段；4 个断面基本稳定，为软土层较厚或填土较高路段，8 个断面稳定。

5.2 软基处理效果综述

5.2.1 软基处理形式评估

由于结构物路段和桥头过渡路段较多，导致软基处理方法交替频繁，易导致纵向不均匀沉降，可加强现场监测，在差异沉降较大的不同软基处理方法的交界处，适当进行加筋处理，减少工后路面出现开裂及工后沉降。

5.2.2 现场沉降监测数据评估

正常路基填筑路段由于土层性质较好，沉降情况多数处于稳定或基本稳定状态。软基处理路段沉降情况部分处于未完全稳定状态，主要反映为软土层较厚路段累计沉降量数据偏小且不均匀，个别段落存在纵向不均匀沉降，应及时找出导致该现象的原因，做好相应补强措施。

5.2.3 理论分析和数值模拟计算评估

根据理论计算法和有限元法的计算结果，断面的已有沉降一般占最终沉降的60%～80%。路基沉降主要发生在施工期，对于堆载预压+袋装砂井处理的软基路段，在有限元计算中考虑的是理想的排水条件，若排水固结或排水通道存在施工问题，其工后沉降会显著增加，应加强堆载预压+袋装砂井处理软基处理段排水通道的疏通。

6 结语

该项目各软基路段的处理方案选择比较合理，应及时收集施工资料及监测数据，便于掌握各软基路段的处理现状、可能存在的质量隐患、工后沉降变化和路面可能开裂的情况，有利于采用针对性的对策和措施。