某沿海滩涂地区一级公路深厚软基处理方案介绍-周庚

某沿海滩涂地区一级公路深厚软基处理方案介绍周庚摘要：本文针对沿海滩涂地区软弱土层的特点，通过工程实例，对此类地基的处理方案进行了探讨，对同类工程具有一定的借鉴和参考作用。关键词：软土地基；砂砾垫层；袋装砂井；水泥搅拌桩1 概况某项目位于东南沿海滩涂地区，路基宽度50m，设计时速60km/h。沿线地形较为平缓，地面标高黄零-1.21m，退潮时地面大部分裸露，涨潮时被淹没，水深0.51.5m，滩涂内淤泥层广泛分布。软土地基主要特征和物理力学性质指标如下:淤泥层，厚度0.518m，平均含水率W60%，流塑软塑，压缩性大，十字板抗剪强度低（Cu3%，渗透性差。淤泥质粘土层，厚25m，灰色，呈饱和软塑状态，压缩性较大。中粗砂层，位于软土地基底部，厚度约35m，浅灰黄色，潮湿、中密、含有少量腐植质，压缩性小。2 处理方案软土地基常见处理措施包括换填、排水固结（塑料排水板、袋装砂井）、粒料桩（碎石桩、砂桩）、水泥搅拌桩（浆喷桩、粉喷桩）、CFG桩、管桩等。本项目地表水位偏高，软土层深厚，地质条件相当恶劣，软基处理方案应重点考虑提高路堤整体稳定性、控制工后沉降指标。本项目软土层较厚，且大部分呈流塑软塑状，十字板抗剪强度低，不适用粒料桩。初期设计方案对于一般路段，考虑采用砂砾垫层+袋装砂井结合预压进行地基处理；对于填土较高，路堤整体稳定性难以满足要求的路段，采用水泥搅拌桩进行处理；对于工后沉降控制指标严格的路段和软土深度大于20m的路段，采用预应力混凝土管桩进行处理。本项目在K3+200K3+390路段设置试验段，对处理方案进行检验和修正。本项目根据公路路基设计规范（JTG D302015）、公路软土地基路堤设计与施工技术细则（JTG/T D31-022013）相关规定进行设计计算。稳定验算采用圆弧条分法；沉降计算先用分层总和法计算主固结沉降，再用沉降系数法修正主固结沉降得到总沉降，设计参数和计算方法不再赘述。具体的软基处理方案为：施工前先筑坝排水，清除路基范围表层30cm淤泥后，开挖纵横向排水沟和集水井，使原地面充分暴晒，然后分层铺筑0.51.5m砂砾垫层，之后进行袋装砂井或水泥搅拌桩施工，然后按规定填筑路堤，结合等载预压措施，减小地基工后沉降。由于路堤处于滩涂区，迎潮面边坡坡率采用1:3，坡面采用浆砌块石+碎石垫层+土工布防护，坡脚处抛填块石，堆积成棱形体以抵抗潮水冲刷，其作用类似反压护道，同时支撑坡面防护，维护路堤稳定；背潮面坡率采用1:2，坡面采用浆砌片石防护，坡脚同样抛填块石。3 方案检验试验段软土层厚度817m，路堤填高2.7m4m。自2015年8月按照设计方案处理地基并填筑路堤，于2015年10月基本填筑至等载标高。（1）砂砾垫层+袋装砂井试验段：K3+200K3+290从沉降观测资料显示，路基填筑完成后第一个月，K3+230、K3+260、K3+280主控断面的中板累计沉降已超过1.6 m，边板也超过1.2m。对路基巡查发现部分路段砂砾垫层已经沉降到原地面以下，砂砾垫层排水通道被阻断，孔隙水压力得不到有效消散，加载后侧向位移达7. 2 mm/d，沉降达28mm/d。由于软基不能排水固结，地基抗剪强度及承载力无法提高，随着附加应力增加，地基出现变形沉降。为确保砂垫层排水通畅，必须保证其始终高出原地面不小于50cm，因此根据设计总沉降量和观测情况，砂垫层厚度一般不低于1m，超过2m以上总沉降量地段应不低于2.5m。鉴于部分路段出现砂垫层排水不畅的情况，采取在路基坡脚设置软式透水管和碎石盲沟的方法，将砂垫层中的水从透水管和盲沟排出，取得了良好的效果。沉降观测至2016年8月，地面最大沉降量2.3m，固结度86%，与设计要求的90%的固结度基本吻合。铺筑较厚的砂砾垫层可以起到增加软土地基承载力作用，相当于在软基表面设置一个硬壳层，能提高路基整体稳定性。（2）砂砾垫层+水泥搅拌桩试验段：K3+290K3+390第一阶段试桩共32根，水泥搅拌桩全部为浆喷桩，桩长17m，砂砾垫层厚0.5m。28天后进行了单桩及复合地基承载力检验。抽芯检验结果显示桩身约14m深度以下成桩效果较差，单桩承载力和复合地基承载力均未达到设计要求的140KN和120Kpa。第二阶段试桩共64根，水泥搅拌桩粉喷桩、浆喷桩各32根，桩长14m。砂砾垫层厚度分别采用0.5m、1m和2m。28天后进行静载试验结果表明：砂砾垫层厚0.5m时，浆喷桩和粉喷桩单桩及复合地基承载力全部达不到设计要求；砂砾垫层厚1m时，间距1.2m的浆喷桩承载力可达到设计要求；砂砾垫层厚2m时，间距1.5m的浆喷桩承载力可达到设计要求，间距1.2m的粉喷桩承载力可达到设计要求。抽芯检验的资料表明，浆喷桩的芯样质量指标平均为92%，大于粉喷桩的芯样平均质量指标71%。沉降观测至2016年3月，地面最大沉降量0.96m，侧向位移和沉降速率较小，已基本趋于稳定。 以上情况说明，加厚砂砾垫层是试桩的承载力达到设计要求的关键因素之一。可以认为12m厚的砂砾垫层增大了桩侧摩阻力和扩散了地基应力，从而显著提高地基承载力。而粉喷桩在砂垫层1m厚时无法达到设计要求，说明粉喷桩本身对此类软土地基的加固效果相对较差。（3）路基加宽路基施工均按设计横断面施工，原设计中已进行过路基加宽处理，但在填筑过程中,由于部分路段沉降超过1. 5 m而出现了路基宽度不够现象。为了保证路基在预压期间断面荷载满足完工要求，根据软土层厚度，路基单侧应加宽不小于1.53m。4 结语（1）软土路基清淤后，铺设砂砾垫层可形成排水层和硬壳层，增加地基的承载力。砂砾垫层厚度应根据软土层厚度及沉降计算结果适当加厚，以保证路基沉降后垫层的横向排水功能和应力分散功能，本项目后续路段砂砾垫层铺筑厚度为13m。（2）袋装砂井结合预压方案处理软基厚度20m左右的路段效果较好，堆载预压后淤泥层固结度基本能达到设计要求。根据观测资料反算，处理后地基的工后沉降可控制在30cm以内。袋装砂井方案的优点是造价低廉，效果稳定，但其缺陷是处理时间长，一般需612个月。因此对于软基厚度大，路堤高度不大于极限填高，且工期不紧张的项目，袋装砂井建议作为首选方案。若项目地区缺少砂砾时，可采用塑料排水板代替。应特别注意软土层间夹砂砾层的地基，砂砾层做为透水层，受潮汐影响，浅海区的地下水源源不断补充进处理路段，将导致排水固结无法进行。此种情况下，应考虑采用水泥搅拌桩等其他处理方案。（3）钻探取芯检测结果表明，水泥搅拌桩14米以下成桩质量较差。因此该方案适用淤泥层厚度在14m以内，工期要求短，投资有保证的情况。处理深度大于14米时，建议采用CFG桩、预应力混凝土管桩等。作者简介