滨海地区市政道路桥路过渡段软土路基加固方案比选

■吕宇航

（晋江市路桥建设开发有限公司，晋江 362200）

我国东南沿海地区地区软土分布广泛，晋江市位于泉州湾南部沿海地区，域内软土成因主要为滨海相、冲积相，岩性以淤泥、淤泥质土为主，属泉州湾海湾与河口相软土，工程性能差。 从晋新路提升改造市政工程的特点看， 路基填土高度普遍较小，仅桥梁和路基过渡段填高3.5～4.9 m，一般地段填高1～3 m，经计算，采用常规软基处理方法即可满足路基稳定设计要求，路基工后沉降是本工程设计要解决的主要技术问题。 本文以晋新路市政工程提升改造为研究对象，通过分析既有路基病害调查和原因，比较不同软基加固方案的处理效果和工程费用，遵循安全可靠、经济合理的原则确定桥路过渡段软土路基加固方案。 根据地层和路基填高情况，采用高压旋喷桩联合轻质混凝土法和钻孔桩桩网结构法进行桥路过渡段地基加固。

1 工程概况

1.1 道路主要技术标准

晋新路快捷化改造工程项目起于六源路（北接晋江大桥），终于西滨镇军垦农场，路线全长约为8.7 km；主线为一级公路兼城市快速路，设计速度80 km/h，辅道为三级公路兼次干路，设计速度40 km/h。 改造前路标准横断面为50 m=3.5 m（人行道）+2.5 m（非机动车道）+2 m（侧分带）+34 m（机动车道，中分带）+2 m（侧分带）+2.5 m（非机动车道）+3.5 m（人行道），改造后河滨北路以北道路标准横断面为60 m（图1），横断面布置为60 m=3.0 m（人行道）+8.0 m（辅道、非机动车道）+2 m （绿化带）+11.5 m （地面辅路）+11 m（主线高架）+11.5 m（地面辅路）+2 m（绿化带）+8.0 m（辅道、非机动车道）+3.0 m（人行道）。 全线设置4 座高架桥，新建路基主要为主线高架桥间主线路基和外侧拓宽辅道及人非车道路基。

图1 改造后桥路过渡段道路标准横断面（单位：m）

1.2 地质概况

晋江市位于泉州湾南部，晋新路位于东部晋东平原，沿线地形平坦河网密集，交通便利。 根据本项目勘察深度（65 m）范围内揭示的岩土层情况，沿线主要岩土层分布情况如下：地表硬壳层：人工填土、既有道路范围为夯填土；粉质黏土，软塑～可塑，局部沉积，厚度1.8～3.8 m；中部软土层：淤泥、淤泥质土，厚度＜25 m；下部持力层：粉质黏土，局部分布，厚度＜5 m，或为中砂层、卵石层，中密状；底部为燕山期花岗岩风化层。 沿线主要岩土层参数如表1所示。

表1 沿线主要岩土层参数

沿线桥路过渡段代表性地质断面主要有以下2 种形式，（1）代表性地质横断面一，自上而下为人工填土层、淤泥层，厚度19～23 m，持力层良好，为中砂层、卵石层，如图2 所示；（2）代表性地质横断面二，自上而下为人工填土层、淤泥层夹细砂或中砂透镜体，厚度15～20 m，持力层为可塑粉质黏土，如图3 所示。

图2 代表性地质横断面一

图3 代表性地质横断面二

2 既有路基病害

2.1 既有路基病害特征

路基病害较严重地段集中在桥路过渡段机动车道范围（图4～5），桥梁和软土路基差异沉降最大超过0.5 m，道路纵坡不平顺，主要集中在桥路过渡段约20～30 m 范围，跳车现象较严重，影响行车安全；路基不同加固措施间因差异沉降形成的横向裂缝宽度约1～4 cm，减速坎沉陷，局部小坑槽，显现分布较普遍。

图4 鹏青路中桥桥头路基

图5 南岗中桥桥头路基沉降导致积水

2.2 路基病害原因分析

既有晋新路建设时间较为久远，受当时设计和施工理念限制，未充分认识桥路间地基差异沉降对道路工程的不利影响，对桥路过渡段软土路基设计未给予足够重视，原设计一般路基和桥头路基软土均采用搅拌桩加固，桩径0.5 m，桩尖进入持力层0.5～1.0 m。 通过收集邻近地区类似工程设计和施工资料，经分析和计算认为主要有以下几个方面原因：（1）经验算采用搅拌桩复合地基进行桥路过渡段地基加固，可满足路基稳定和沉降要求，但忽视了地质条件和施工因素的影响。 通过收集和研究邻近地区4 个项目搅拌桩质量验收资料，桩长12 m 以内的搅拌桩，28 d 龄期无侧限抗压强度一般超过1.2 MPa，满足设计要求，桩长12～15 m 桩体无侧限抗压强度1.0～1.2 MPa，平均1.13 MPa，低于设计值1.2 MPa。沿线软土含水量超过50%，孔隙比超过1.2，灵敏度3.17，工程性质差，在搅拌过程中，土体结构破坏后呈流动状态，搅拌、喷浆不均造成局部疏松或夹泥层，对15 m 以下桩身质量影响明显，桩体强度不足，不满足设计要求[1]。 （2）沿线软土平均有机质含量5.8%，局部富集带偏高，软土有机质含量对搅拌桩桩身质量影响较大[2]。 （3）施工因素：主要有设备选型、施工工艺、质量管理及水泥土配比等，对搅拌桩的质量造成影响。 上述原因导致搅拌桩桩体强度和复合地基压缩模量偏低，造成桥路过渡段路基工后沉降偏大[3]。

3 桥路过渡段地基处理方案比选

3.1 软基加固方案

软土地基加固处理常用方法主要有排水固结法、复合地基法刚性桩法，其优缺点和综合评价见表2。

表2 地基加固方案对比

受施工期所限（工期30 个月），软土固结期不足，排水固结法不适用。 设计方案应从加固效果、施工便捷和投资控制方面进行比选，主要从复合地基法和刚性桩法两大类中选择。

（1）方案一高压旋喷桩联合轻质混凝土法（图6）：旋喷桩桩径0.6 m、桩间距1.8 m，桩顶褥垫层0.5 m内铺1 层土工格室。 根据福建沿海地区工程经验，旋喷桩在福建海相软土的总体成桩质量较好，桩长15 m 以内成桩质量好，桩长超过15 m 桩体强度衰减较快，对于含水量超过50%、有机质含量较高的地层对旋喷桩质量影响较严重，故最大桩长按照18 m 控制。 为减少路基填土荷载，在旋喷桩褥垫层以上路基现浇轻质混凝土，轻质混凝土上部填筑路面结构层，路基两侧设置直立式C30 钢筋混凝土面板和桥台衔接。 （2）方案二高压旋喷桩法：高架桥桥头路基设置C35 悬臂式路肩挡墙和桥台衔接，地基加固方式同方案一，最大桩长按照18 m 控制。（3）方案三高压旋喷桩法：桩径0.5 m、桩间距2.4 m，桩长计算确定， 桩顶设置厚0.35 m 的C35 钢筋混凝土桩帽（1.4 m×1.4 m×0.35 m），上设0.5 m 碎石垫层内铺1 层土工格室。 （4）方案四钻孔桩桩网结构法（图7）：桩径0.5 m、桩间距2.4 m、2.5 m，桩长计算确定，桩顶设置厚0.35 m 的C35 钢筋混凝土桩帽（1.4 m×1.4 m×0.35 m），上设0.5 m 碎石垫层内铺1 层土工格室， 地基加固横断面图和平面图如图7所示；（5）方案五桩板结构法：钻孔桩桩径0.8 m、桩间距4.5 m，桩长计算确定，桩顶设置厚0.5 m 的C35钢筋混凝土承载板。

图6 旋喷桩联合轻质混凝土法加固路基横断面图

图7 钻孔桩加固路基横断面图、平面图

3.2 软基沉降和稳定计算

选择地质条件具有代表性的2 个过渡段路基进行方案比选和验算，其中K0+217～K0+247 段持力层为粉质黏土，地基加固深度较小（小于20 m）；K5+965～K5+995 段持力层为中砂、卵石层，地基加固深度较大（大于20 m）。 针对两代表段的地质情况，拟定5 种常见的桥路过渡段地基处理方案进行比选，为便于对比分析，路基填土高度均按4.9 m 计算，比选结果如表3 所示。

表3 软基加固方案比选情况

路基设计控制参数如下：沉降容许值≤10 cm，最小稳定系数1.1，路基填高4.9 m；2 个代表段工后沉降计算结果对比见图8，最小稳定系数对比见图9，费用估算对比见图10。

图8 工后沉降计算结果对比图

图10 费用估算对比图

3.3 软基加固方案比选结果

根据地质特点，从软基加固方案适应性、施工安全和便捷性及经济合理性等方面对桥路过渡段软基加固方案进行综合比选分析。 （1）从适用性方面看，上述5 个方案均可满足公路和市政工程设计规范要求，其中方案五桩板结构法工后沉降控制效果最好。 （2）从确保运营期道路质量和行车安全方面考虑，方案二旋喷桩法工后沉降值7.80 cm，较接近规范允许值10 cm， 因沿线软土为第四系沉积欠固结土，存在次固结沉降[4]，受软土地基复杂性和沉降计算理论局限性以及施工过程等因素影响， 计算（估算）沉降值与实际沉降往往存在一定误差，从适当留有安全度考虑，不推荐方案二旋喷桩法。 （3）从施工便捷性和安全性方面考虑，沿线道路两侧地块地表和既有路基填料多为开山取土进行地表填筑，块石含量高，管桩沉桩需大直径钻机引孔，施工难度大；同时，管桩沉桩引起的挤土效应对既有桥梁和道路附近建筑物影响大，不推荐方案三管桩桩网结构法。 （4）从单位面积地基加固费用方面看，方案二、一、三、四、五加固费用依次递增，其中方案五桩板结构法虽然沉降控制效果最好但费用也最高，不推荐。 综上，方案一旋喷桩联合轻质混凝土法和方案四钻孔桩桩网结构法地基加固效果好， 施工便捷，工艺成熟，施工安全性高，工程费用适中，用于加固深度小于20 m 的桥路过渡段路基优势较为明显， 方案四钻孔桩桩网结构法用于加固深度超过20 m 的桥路过渡段路基技术合理、经济可行。

4 结语

通过综合分析晋新路提升改造工程桥路过渡段软土路基地基加固方案， 提出了旋喷桩联合轻质混凝土法、高压旋喷桩法、管桩桩网结构法、钻孔桩桩网结构法和桩板结构法5 种方案， 对比分析了路基沉降和稳定效果、施工便捷性和安全以及工程投资，得到如下结论：（1）滨海地区市政道路桥路过渡段软土路基处理不好，将导致桥路间差异沉降，影响道路质量和行车安全，因此，需要合理选择桥路过渡段软土路基加固方案；（2）滨海地区市政道路桥路过渡段软土路基加固方案应根据施工工期、地质条件、路基填高和现场工况综合确定；（3）通过对比分析，旋喷桩联合轻质混凝土法和钻孔桩桩网结构法适合滨海地区市政道路桥路过渡段软土路基加固， 可达到技术合理性、施工安全性和投资控制的良好统一。