广州东沙至新联高速公路试验路段软基处治方案研究.pdf

第 36 卷， 第 1 期 2 0 1 1 年 2 月 公路工程 highway engineering vol 36，no 1 feb ， 2 0 1 1 收稿日期20101129 基金项目国家 863 计划资助项目( 2006aa11z104) 作者简介肖燕( 1977) ， 女， 湖南衡阳人， 硕士研究生， 主要从事岩土工程、 路基工程的设计研究。 广州东沙至新联高速公路试验路段软基处治方案研究 肖燕 ( 湖南省交通规划勘察设计院，湖南 长沙410008) 摘要珠江三角洲软土分布深厚且工程性质较差， 其成因是受内海岸浪潮及潮汐水动力作用逐渐淤积而 成， 属第四纪沉积物。在公路建设中， 由于软基处治工程量巨大， 其方案的选取成为控制工程造价的关键。结合广 州东沙至新联高速公路和试验路段实际， 从工程地质、 工程造价以及工期控制等多方面因素考虑， 对多种软基处理 方案分别进行比较与选定， 并深入探讨了选取这些处治方案的依据， 确定了试验路段的监控措施。 关键词软土路基; 试验路段; 排水固结法; 复合地基法; 监控设计 中图分类号u 416 1 文献标识码a 文章编号16740610( 2011) 01000804 the study on the treatment of the soft foundation of the highway from dongsha to xinlian xiao yan ( hunan provincial communications planning，survey design institute，changsha，hunan 410008， china) abstractthe soft foundation in the zhujiang delta plain is very deep and has a sort engineering properties and it formed because of the inclosed coast erosion and the tide due to the high cost，the e- lection of the treatment has became the key of the whole work based on the analysis of the engineering geology，cost and work while，it got the matched treatment and monitor mode for the test way of the high- way from dongsha to xinlian key wordssoft foundation; test way; drained consolidated method; composite foundation; moni- toring design 0前言 珠江三角洲的软土主要由西江、 北江、 东江在珠 江口受内海岸浪潮及潮汐水动力作用逐渐淤积而 成， 属第四纪沉积物， 土层多为含水丰富的淤泥、 淤 泥质粘土及粉细砂。其软土具有以下 6 大典型特 征: 含水量高， 天然孔隙比大; 土体饱和度极高， 接近 完全饱和; 抗剪强度低; 压缩性高; 承载力低; 结构性 强。基于以上独特的地质、 地理成因而形成的明显 的区域性特性， 使得珠江三角洲软土成为全国工程 处理中遇见的最软的软土之一， 一般来说对于天然 地基不进行加固， 很难满足工程需要 1 4 。 由于工程量巨大， 软基处治的方案选择成为控 制工程造价的关键， 受到业主、 设计单位和主管部门 的关注。 1项目概况 广州东沙至新联高速公路是南沙新港与广州 西、 北部间疏港大通道， 路线起于广州环城高速的东 沙互通， 经大石、 沙湾、 顺德、 榄核等， 终于番禺的大 岗镇， 与南部快速干线相接。由于东新高速全线均 为软弱路基， 根据相关规范的建议， 同时也为更好的 指导全线的施工， 在番禺大岗镇境内设置软弱路基 处治试验路段。 试验路段起止桩号为 k41 +080 k41 +800， 路 线全长 0 72 km， 双向 6 车道高速公路技术标准， 设 计车速100 km/h， 路基宽33 5 m。试验路段全线均 需软基处理， 共包括 3 处桥头处治路段、 3 处箱型通 道处理路段和其他一般路基处理路段。 第 1 期肖燕: 广州东沙至新联高速公路试验路段软基处治方案研究 2试验路段软土地质概况 5 试验路段全线均为软弱路基， 表 1 为试验路段 软土的室内试验指标。图 1 为试验路段的软土路基 地质纵断面图。从表中各试验参数可见: 试验路段 的软土具有典型的珠江三角洲软土“三高一低” 的 特征， 即: 天然含水量高( 51 0% 72 9%) 、 压缩性 高( 压缩模量1 37 2 02mpa) 、 灵敏性高、 强度低 ( 天然十字板抗剪强度 12 18 kpa， c、 值均小) 。 此外， 通过对图表的分析， 还得到试验路段的软土具 有其自身的特点: 分布厚度大( 最大厚度约为 37 4 m) ; 厚度分布不均匀 ( 厚度分布从 13 4 37. 4 m) ; 固结时间长( 垂直固结系数 5 56 14 8e 4 cm2/s; 表 1试验路段试验参数表 table 1the test parameters of the test road 岩土名称 抗剪强度十字板剪切强度压缩模量固结系数 c/kpa/( )/kpa es1 2/mpaav1 2/mpa1cv/( 10 3cm2s1) cn/( 10 3cm2s1) 淤泥533 2512 151 611720 74129 淤泥质亚粘土1005815 1820611408133 粉( 细) 砂024 14 95031 亚粘土30123475042 图 1试验路段软土路基纵断面图 figure 1the lengthwise section of the soft foundation in the test road 软土层中分布有厚度不均的细砂层。 3软土路基处治措施研究 6 8 3 1项目特点分析 公路工程设计的一个重要理念是: 每一个公路 建设项目都是独一无二的， 其相应的地理位置、 环境 特征、 社区价值、 使用者需求都具有唯一性 5 。通 过对影响某路段软基处治措施的深入分析认为: 影 响某路段软基处治措施选择的因素主要包括: 地质 条件、 施工工期、 路基情况、 材料供应情况、 工程造价 和其他特殊性 6 个方面。在东新高速试验路段软基 处治措施研究的过程中就是围绕这五个方面来进行 综合考虑， 确定最终处治方案的。 3 2影响因素分析 3 2 1地质条件 试验路段的软土分布比较清晰， 一般上层为淤 泥， 下层为淤泥质亚粘土， 局部含粉细砂的透镜体。 软土总的来说比较深厚， 但是有一个比较突出的特 点， 即在淤泥质亚粘土中含有薄的粉细砂夹层， 这种 粉细砂夹层每层厚度不大， 约 30 40 cm， 最大不过 1 m 左右， 但夹层层数分布较多， 将整个软基分割成 了 “千层糕” 。这些夹层实质上将每两层中间夹的 软土层的排水路径缩短了一半， 从而使排水固结的 时间大大缩短。以上性质可通过固结度公式得到: 9 公路工程36 卷 ut=1 ( 8/2) e 2tv/4 式中: tv: 时间因子， tv= cvt h2 。 h: 排水路径长度， 当为双面排水时， 为层厚 的一半。 由上式可见， 如在软土中含有间距约为 1 m 左 右的粉细砂层， 有如整个软土层被这些夹砂层切割 成若干个薄层， 每个薄层间的排水路径都为层厚的 一半， 这样将大大提高其水平固结系数， 如再在软土 内设置竖向排水通道与这些天然的横向排水层相 联， 则将形成纵横交错的排水网络， 达到快速排水固 结的目的。 3 2 2施工工期 软基处治实质上是一个工期、 质量、 造价的杠杆 关系。可以通过用较长的工期得到较好的处治效果 同时节省工程造价， 也可以通过较高的工程造价， 达 到节省工期， 取得良好工程质量的目的。 本项目全线的控制性工程是某座特大桥。该特 大桥全长2 678 m， 主跨为338 m 的单塔双索面混合 梁斜拉桥。该桥的施工工期将成为整个项目的控制 性工期， 估计约为三年时间。 在这种情况下， 可以充分利用充裕的工期， 设计 时可以考虑采用耗时长但造价相对较低的处治方 案。 3 2 3路基情况 项目所在地为珠江三角洲平原地区， 地方水系 特别发达， 而且沿途所经村镇与高速公路垂直的路 网众多。本设计合同段桥梁比为 48 6%， 涵洞通道 2 95 道/km。构造物与一般路基的频繁过渡在均匀 沉降和差异沉降的方面将提出更高的要求。 按常规的处治方案， 一般是在桥头和通道路段 采用不需反开挖施工， 耗时短的复合地基方案， 而在 除上述构造物路段的一般路段则可能采用的是耗时 长的排水固结方案。常规方案在本项目中容易导致 的问题是: 由于复合地基和排水固结处治方案的处 治原理不同， 其工后沉降也将存在很大差异， 本项目 构造物过渡尤其频繁， 按常规处治方案很容易导致 “波浪路” 的出现， 影响行车的舒适性和导致不良的 社会影响。故在本项目的设计中更多的应该从“变 形协调” 的方面来综合考虑软基处治方案。 3 2 4材料供应情况 由于正处于西江禁砂期， 所以砂源不但价格昂 贵， 而且供应量非常紧张。 由于施工现场为广州番禺近城区， 路基需要的 普通填筑土方几乎没有。 3 2 5工程造价 项目全线皆为软弱路基， 而且深度很大。由于 工程数量巨大， 软土路基处治将对整个工程的造价 控制产生举足轻重的影响， 软基处治费用占整个路 基工程费用的 65%， 因此选择单价相对较低的处治 方案对控制整个项目工程造价是非常关键的， 也是 行业主管部门和业主非常关心的一个问题。 3 2 6其他特殊性 试验路段对与整个项目来说要起到先导的作 用， 其最终目的是为了指导将来全线的施工。因此 对于试验路段软基处治方案的选取一方面要在对上 述几方面因素深入分析的基础上选取合适方案， 还 有重要的一方面即还要尽量把将来可能在全线将要 用到的方案都在试验路段选取合适路段用上去。 3 3软基处治方案选择 通过对上述六个方面因素的深入分析和研究， 试验路段软基处治方案为: 3 3 1一般路基路段 一般路基路段采用排水固结法， 竖向排水固结 体为塑料排水板。其理由为: 从地质角度来说， 含水平夹砂层， 对采取排水固结方案有利; 工期 能满足要求; 经济性好( 该方案是所有深层处治 方案中造价最低的方案) ; 由于砂源缺乏， 故竖 向排水体采用塑料排水板而不是袋装砂井。通过采 用理正软件对包括软土深度、 填土高度、 计算参数等 不同条件下对路基稳定性和沉降进行计算后， 得到 一般路基路段的塑料排水板间距为 1 2 1 4 m， 板 长一般要求穿透整个软土层( 淤泥和淤泥质亚粘土 层) 。为加快塑料排水板路段的排水固结速度， 一 般配合 1 m 超载同时使用。 3 3 2桥头构造物路段 分别采用了排水固结、 真空预压及预应力砼管 桩复合地基3 种处治方案。其理由为: 协调变形 的设计理念， 为避免构造物非常密集路段不同处治 方案的频繁过渡造成工后沉降不一致导致的“波 浪” 现象， 通过计算分析， 对填土高度不高， 软土不 是很深， 通过加密竖向排水体可以使其在与相邻一 般路基路段相同的工期内达到规范要求的工后沉降 标准的构造物路段采用排水固结方案。 对于全 线来说必然存在填土很高路段， 相对于其他填土不 太高路段来说工期相对紧张， 如加快填筑速率， 则必 须采用复合地基或真空预压法。这种情况下如地基 土无夹砂层， 则推荐采用真空预压， 为将来全线类似 01 第 1 期肖燕: 广州东沙至新联高速公路试验路段软基处治方案研究 情况做试验; 若地基土有夹砂层， 无法采用真空预 压， 则推荐采用管桩复合地基， 为将来全线这种类似 情况做试验。 桥涵路段塑料排水板间距 0 9 1 1 m， 在不影 响 稳定性的前提下， 通常采用了2 m的超载。 管桩 为 phca30075 型， 管桩间距 2 4 m， 管桩的装顶 设置 1 2 m 1 2 m 0 35 m 的托板， 托板内上层 配置 12 100 钢筋网片。真空预压的真空泵为 75 kw， 真空度 80 kpa 以上并维持半个月之后开始 填筑路基土。试验路段最终的处治方案见表 2。 表 2试验路段软基处治方案 table 2the processing method of the test road 桩号位置软土平均深度/m处治方案 k41 +080 k41 +14622桥台28塑料排水板超载预压 k41 +22175 k41 +28675桥台29塑料排水板超载预压 k41 +28675 k41 +340一般路基28塑料排水板超载预压 k41 +340 k41 +370箱涵25预应力混凝土管桩 k41 +370 k41 +440一般路基和箱涵24真空预压 k41 +440 k41 +800一般路基和箱涵10 7 364塑料排水板超载预压 4试验路段监控设计 试验路段的目的就是通过对若干软基处治方案 的施工过程以及处治效果的监控， 得到一些施工的 参数， 包括路基填筑速度、 竖向排水体间距和板长、 管桩间距和桩长、 管桩的压桩力和收锤标准等， 因此 试验路段的监测断面设置非常重要而且也是试验路 段设计中不可缺少的一部分。监测断面一般为 2 种: 普通监控断面和重点监控断面。普通监控断面 的监控仪器包括地面沉降板和测斜仪。主要监测的 路基顶面的表面沉降和坡脚的水平位移。普通监测 断面由施工单位自行完成监控即可， 一般每 200 m 设置一个断面。重点监控断面的监控仪器包括表面 沉降板、 测斜仪、 孔隙水压力计、 深层分层沉降板和 土压力计。这些仪器的监测内容包括: 路堤表面沉 降、 坡脚水平位移、 地基土内施工过程中和施工后的 孔隙水压力、 各层土体的分层沉降和专用于复合地 基方案监测桩土应力比的监控。重点监控断面的仪 器仪表埋设、 读数和数据分析都必须由专业的施工 队伍来完成。这些监控断面的数据将负责提供路基 填筑速度的数值、 卸载标准和预压时间等， 而且还要 通过前期实测数据 ， 预测工后沉降期内的沉降值，