城市道路软土地基处理方法选择分析

郭振轩

（东莞市交通投资集团有限公司，广东 东莞 523000）

0 引言

随着我国社会经济高质量发展，城市道路的建设需求日益增加，其建设质量受到越来越多的关注。城市道路工程在实施过程中会遇到复杂多样的软土地基，深度、厚度、状况等都不尽相同。首先要对拟实施的工程场地进行勘测，摸清地质情况。通过对不同的软土地基处理方法进行分析和对比，选择合适、正确的处理方法。软土地基经处理后不仅能有效地提高地基承载力，并且可以保证道路地基的稳定性，延长城市道路的使用年限。目前，CFG 桩（水泥粉煤灰碎石桩）被广泛应用于软土地基处理中，在改良不良地质中取得显著的成效。

1 项目概况

松山湖科学城至光明科学城通道呈南北走向，东莞段北起环湖路，与环湖路平交，路线向东南（沿规划工业九路）方向行进，与美景路、嘉源路、荔乡西路平交后折向西南，下穿规划环莞快速三期主路并与环莞快速三期辅路平交；道路两幅分别下穿莞佛高速，与规划中子源路平交后路线再往西南，贴着罗田水库，与深圳段线位相接，路线总长4.31km。该首期工程属于东莞段的一部分，工程采用城市主干路标准，双向八车道，设计速度60km/h，路基段红线宽56m。工程范围北起现状环湖路，南至规划中子源路，里程桩号范围为K0+650—K2+507，路线长度1.857km。项目全线主要为道路工程，主要构造物有两处，分别是K1+475.054 雨水箱涵（2-3.5m×2.35m）和常虎高速K37+608.9 箱涵（1-4.0m×3.5m）。

1.1 地层岩性

1.1.1 第[1]层素填土

第[1]层素填土由黏性土及强风化岩组成，局部夹少量碎岩块或混凝土块，回填时间超过5 年，未揭示有暗埋的河道、沟浜、墓穴、防空洞等对工程不利的埋藏物。该土层已压实或较压实，且土质不均，工程力学性质较不稳定，均匀性较差，容许承载力不大，属不均匀性土层，不宜直接作路基持力层。

1.1.2 第[2-1]层粉质黏土

第[2-1]层粉质黏土以可塑状态为主，中压缩性，埋深及分布不均匀，厚度变化较大，工程力学性质稍好。

1.1.3 第[2-2]层淤泥质黏土

第[2-2]层淤泥质黏土，厚度局部较大，主要分布于场地中段，埋深稍深，呈流塑状，强度低，工程力学性质差，易发生剪切变形。在荷载作用下，易产生较大的沉降或不均匀沉降，属不良地基土。该土层局部分布，属不均匀性土层。土石开挖等级为Ⅰ级，类别为松土。

1.1.4 第[3-3]层细砂

第[3-3]层细砂，饱和，呈稍密—中密状为主，夹少量淤泥质，零星分布于场地。承载力不大，但可作路基之复合地基持力层。该土层分布不均，属不均匀性土层。

1.1.5 第[4-1]层全风化岩

第[4-1]层全风化岩，极软岩，岩芯呈土柱状，承载力稍好，厚薄及埋深变化较大，局部缺失，硬夹层分布不均，属不均匀性岩层。

1.2 特殊性岩土

在钻探揭露深度范围内，特殊性岩土主要有素填土、软土及风化岩。

1.2.1 素填土

素填土，场地均有分布，主要由黏性土及强风化岩组成，局部夹少量中风化岩碎块，呈稍压实—已压实状。其中，K1+160—K1+600 素填土厚度较大，厚约5～8m，该土层土质不均，均匀性差，易产生不均匀沉降，对场地的稳定性有一定的影响。防治措施：可采用工程措施，如换填、碾压、强夯等。

1.2.2 软土

第[2-2]层淤泥质黏土，厚度局部较大，最大埋深约14m，主要分布于K1+160—K1+600。上述土层均为不良地基土，含水量高，具有压缩性高、触变性高、抗剪强度低、承载力极低的特点，含大量有机质和腐木。固结时间长，加载后变形量大，具高流变性，易产生滑移破坏，不均匀沉降，对场地的稳定性有一定的影响。在荷载作用下，易产生较大的沉降或不均匀沉降，应对其进行加固改良。

1.2.3 风化岩

强风化岩岩性由全—中风化混合花岗岩组成，其中全风化及强风化岩泡水后易发生软化、崩解，导致其强度降低，且基岩埋藏深度不一，风化强烈，风化不均匀，常夹中风化岩硬块或薄层，对地基的均匀性和稳定性亦有不利影响，影响桩基持力层的选择。

2 常见软土地基处理方法的特点分析

软土地基处理方法的选择需综合考虑场地工程地质、水文地质条件、工期、施工条件、经济性、适用性等。对项目地区应用较多的浅层换填（换土垫层法）、塑料排水板及预压处理、水泥搅拌桩、CFG 桩、PHC 桩、高压旋喷桩共6 种软土地基处理方法的特点进行分析。

2.1 浅层换填（换土垫层法）

换土垫层法属于浅层处理，在工程领域应用较多，其作用主要表现在提高地基承载力、减少地基沉降量、加速软弱土层排水固结等方面，是一种快速、经济的地基处理方案[1]。该方法是指全部或部分挖除地基下一定深度内的软土，回填碎石、砂、矿渣等水稳性好、强度高的粒状材料，或挖砂沟排水。在软土路段的表层软土小于2.5m 的时候，适用该方法处理。垫层有减少路基沉降量、提高地基承载力、加速软弱土层排水固结、调整地基刚度等作用。

2.2 塑料排水板及预压处理

软土埋深在2.5～20m 范围内的一般路段适用塑料排水板及预压处理。塑料排水板及预压处理是指将塑料排水板用插板机插入软土地基，在上部预压荷载作用下，软土地基中的空隙水从塑料排水板排到上部铺垫的水平塑料排水管或砂层中，再从其他地方排出，加速软土地基固结。在软土地基处理技术中，袋装砂井与塑料排水板的作用、设计、施工设备基本相同。塑料排水板的施工流程为：插板机定位—安装管靴—沉设套管—开机打设至设计标高—提升套管—剪断塑料排水板—检查并记录板位等打设情况—插板机移动至下一板位。在塑料排水板处理后的地基上预先施加一定的静荷载，可提高软土地基的承载力和牢固度，从而减少构筑物建成后的沉降。

该方法的优缺点分析：其一，处理软土地基的效果明显；其二，工程造价较低，易大面积施工；其三，预压时间较长，施工工期较长；其四，在施工过程中，由于排水固结会引起原地面沉降量较大，需设置临时排水沟；其五，若在施工过程中，控制措施不足，难以保证处理质量。

2.3 水泥搅拌桩

水泥搅拌桩是近年软土地基技术中使用较多的加固方法。水泥搅拌桩作为道路软土地基处理中最为重要的技术，只有保障施工工艺本身的合理性和有效性，规范施工操作，才能真正保障市政道路的整体施工质量[2]。水泥搅拌桩是一种半刚性桩，强度和刚度介于柔性桩（砂桩、碎石桩等）和刚性桩（混凝土桩、钢管桩等）之间，与桩周土共同承担荷载构成复合地基。在无侧限情况下，形成的桩体可保持直立，在轴向力作用下有一定的压缩性。水泥搅拌桩复合地基可以提高路堤的稳定性、地基的承载力以及改善地基的变形特性，减少施工后沉降。在高等级道路软土地基处理中，水泥搅拌桩的应用主要体现在以下三方面：其一，解决“桥头跳车”问题应用；其二，高填方路堤的减沉、抗滑应用；其三，城市主干道管线地基处理应用。目前国内的水泥搅拌桩加固深度一般可达15m，施工设备的成桩直径一般为50～70cm。

该方法的优缺点分析：其一，施工较迅速；其二，沉降变形容易控制，承载力较高；其三，具有成熟的施工工艺和施工经验；其四，造价较高；其五，地下有块石时无法施工。

2.4 CFG 桩

CFG 桩是一种由粉煤灰、水泥和碎石或石屑形成的可变强度桩，与桩间土、褥垫层一起共同承担荷载，形成复合地基。CFG 桩处理深度能达到25m，可明显提高地基承载能力，降低地基沉降，处理效果良好，但造价相对较高。CFG 桩一般的成桩工艺主要有长螺旋管泵压和振动沉管。在CFG 桩的施工过程中，除了重视其施工要点外，还应严格控制拔管的高度和速度，讲究跳跃施工的次序和裂缝的控制，并严格进行质量测试和沉降位移的监控，才能确保施工质量[3]。

该方法的优缺点分析：其一，具有较高的承载力，沉降变形较小，变形稳定快；其二，造价较高。

2.5 PHC 桩

PHC 桩是由专业工厂采用先张法预应力以及离心成型工艺，通过蒸压养护制成的一种空心圆筒体的等截面构件，将其运往工程现场后，采用静压或锤击的方法沉入地下作为建（构）筑物的基础。考虑桩—承台—基土—土工织物—路堤协调作用，荷载大部分是由桩体承担，同时也能较好地发挥桩间土的承载潜力。采用工厂化生产的PHC 桩，质量可靠，处理的深度也大，施工快捷，沉降小，对老路的干扰比较小，缺点是造价较高。为了降低造价，可以采用配置桩帽的方法，疏化桩间距。

该方法的优缺点分析：其一，抗挤土效应能力强，地基质量容易保证，施工速度快，使用深度大，达20m。其二，采用静压法施工时，对周围环境影响最小。其三，工程造价高。

2.6 高压旋喷桩

高压旋喷桩是通过高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层，与土体混合形成连续搭接的水泥加固体，适用于处理淤泥质土、淤泥、流塑、可塑黏性土或软塑、黄土、砂土、粉土、素填土和碎石土等地基。该方法施工占地少、振动小、噪声较低，但容易污染周边环境，施工成本较高。根据土质条件和工程需要，可分别采用单管法、双管法及三管法。高压旋喷桩因其施工机械较小，在施工场地宽度、高度受限（如高压线、桥梁下场地）的情况下，应用较为广泛。

该方法的优缺点分析：其一，施工灵活，承载力高，沉降变形小，变形稳定快；其二，工程造价较高。

3 方法比选

其一，由于浅层换填（换土垫层法）不宜过深，对于素填土厚度不超过3m 的一般路段，宜采用浅层换填（换土垫层法）进行处治。

其二，对于K1+160—K1+600 软土地基路段，由于素填土厚度较大，约5～8m，且淤泥质黏土广泛分布于此路段，最大埋深达到14m。鉴于淤泥质黏土呈流塑状，强度低，工程性质差，需对其进行处理后，方可进行上层路基施工。现对塑料排水板（或袋装砂井）及预压处理、水泥搅拌桩、CFG 桩、PHC 桩、高压旋喷桩等处理方法进行科学的比较和分析（见表1），然后结合工程实际，选择出最合理、最有效、最优的软土地基处理方法。由于在K1+475.054 处设置2 孔3.5m×2.35m 雨水箱涵，且软土埋深较深，最大埋深达到14m。综合考虑场地工程地质和水文地质条件、周围环境条件和各处理方法的使用要求、施工条件、工期等因素，经过技术经济比较分析后可知，CFG 桩为K1+160—K1+600 软土地基可行的、综合效果最佳的软土地基处理方法。

表1 K1+160—K1+600 软土地基处理方法比较表

4 结语

以松山湖科学城至光明科学城通道（东莞段）首期工程为例，阐述各种城市道路软土地基的处理方法，包括浅层换填（垫层处治）、塑料排水板（或袋装砂井）及预压处理、水泥搅拌桩、CFG 桩、PHC 桩、高压旋喷桩等，分析介绍了各种处理方法的适用范围、优缺点等，希望对城市道路软土地基处理方法选择起到一定的参考和借鉴作用。