南沙地区路基软基处理方案分析及探讨终审稿

1、文稿归稿存档编号：KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-南沙地区路基软基处理方案分析及探讨隧道网2003-6-1）书名：城市道桥与防洪编号：作者：价格：数量：摘?要：本文根据南沙地区存在深厚软弱淤泥层的特点，提出了路堤软基处 理中可能使用的方案，并对每种处理方案在设计方面存在的不足加以说 明，进而根据软土厚度和使用路段的不同给出建议方案，同时对“信息化 施工”给出了建议。关键词：软基处理；堆载预压；真空预压冰泥搅拌桩；碎石桩；低标号素 混凝土桩中图分类号：TU472?文献标识码：B?文章编号：1009-7716（2003）06- 0030-031?前言目

2、前番禺南沙地区作为广州市的重点开发区，各项建设正在紧张的筹备 中，而市政道路作为南沙地区的基础设施则在紧锣密鼓地进行中。但是由 于南沙地区位于珠江河口与伶什洋的交汇处，因此地层中存在有深厚的海 陆交互相的淤泥，并受到近海潮位的影响，导致该地区的工程地质和水文 地质条件都比较差。由此给基础设施建设带来比较大的困难，特别是软弱 地基的处理是摆在每一个南沙建设者面前的难题。2?南沙地区软土特点南沙地区的饱和软土属高含水量、低强度、高压缩性的超软弱粘土，含水 量一般都在50%80%以上，孔隙比则在1. 52. 0之间，这就意味着 孔隙体积占到整个土体体积的1 /22/3 ；塑性指数高，粘性大，强度 低

3、，十字板剪切强度在1025kPa左右；渗透系数很小，一般为10 6 10-7cm/s；同时由于淤泥的纯度比较高，因此固结系数也非常低，一般 在0.5X10 3cm2/s。淤泥的厚度约532m，基本上位于主压缩层内，从 上面的统计数据可知，南沙地区的地基属于典型的软弱地基。3?软基处理方法及注意事项根据近年来广州黄埔开发区以及珠江三角洲修建高速公路进行软基处理的 经验，在南沙地区可以选用的软基处理方法主要有堆载预压法、真空预压 法、水泥搅拌桩复合地基、碎石桩复合地基以及低标号素混凝土复合地基 等。下面就各方法的适用条件和以往设计中存在的主要问题进行简单的介 绍。3. 1?堆载预压方案该法即为通常

4、所讲的排水固结法，就是在拟处理的地基中设置砂井、塑料 排水板等竖向排水通道，然后分级逐渐加载，对场地进行加载预压，使土 体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时地基强度逐步提高的 地基处理方法。该法主要解决两个方面的问题：a.沉降问题。b.稳定强度问题。排水团 结法的设计要点主要是控制竖向排水体的间距和插设深度，严格控制和调 整加载速率，防止地基发生整体剪切破坏或产生过大的塑性变形，乂加快 了进度。目前在堆载预压法的设计中存在的一个主要问题是竖向排水体的间距设计 问题。一般设计竖向排水体的间距不小于1. 0m,常规为1. 21. 5m,但 是有些方案将竖向排水体的间距设计为小于1m甚至到

5、只有0. 6m,以为只 要无限制调整竖向排水体的间距就可以达到淤泥土固结的要求。其实插设 每根砂井或塑料排水板时对上体的扰动半径一般都有0. 30.4m,如果 竖向排水体的间距小于0. 5m，测整个加固区的淤泥土将全部成为重塑 上，由于淤泥土的灵敏度较高，竖向排水体插设时将严重削弱淤泥土的强 度，容易在堆载时发生土体滑动。另外重塑土的渗透系数和固结系数将严 重下降，造成固结时间延长，很难保证团结效果和工期。3. 2真空预压法真空预压法，是将被加固软基深宽范围内完全密封，并在抽成真空的特定 条件下，利用自然大气压力作为堆载的一种预压排水团结法。在真空预压 过程中，加固体内外大气压差，孔隙水的渗透

6、方向，渗透力引起的附加应 力等均指向被加固土体，所引起的侧向变形，亦指向被加固土体，因此被 加固软基不会产生与堆载预压那样的剪切破坏。一次可以施加相当于 80kPa以上的预压荷载。对于真空预压法存在的主要设计问题是计算理论不完善，一般仍然套用堆 载预压法的设计理论，造成计算出的固结时间要大于实际需要的固结时 间。另外大多数设计人员没有这方面的设计经验，对真空排水预压法的施 工工艺理解不深，排水系统、抽真空系统和密封系统的设计过于简单，达 不到施工图设计的深度。很多技术参数的选取需要施工单位自己确定，这 样对控制工程造价很不利。3. 3?水泥土搅拌法复合地基水泥土搅拌法复合地基是利用深层搅拌机将

7、水泥或石灰和地基土在原位搅 拌形成圆柱状、格栅状水泥土增强体，形成水泥土复合地基以提高地基承 载力，减小沉降。适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、素填 土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。对于工期紧迫和控制工后沉降严格的地基处理，最好采用水泥土搅拌法复 合地基进行解决，因为该方法可以有效地控制压缩层的沉降且施工工期 短。水泥搅拌桩在设计方面存在的主要问题是设计桩长和水泥掺入量的问题。 目前国内大多数的单头搅拌桩的施工桩长为1518rn。根据以往的经验， 超过15m以上的桩体成桩质量较难把握。而且检测手段也比较缺乏，例如 抽芯，对于直径只有500mm的搅拌桩来说，很可能钻杆还没

8、有钻到桩底就 已经偏出了。因此一般要求水泥搅拌桩的有效长度不超过15m。另外南沙 地区的淤泥中有机质含量比较高，达到10%以上，有机质含量高对水泥搅 拌桩的桩身强度影响比较大，而且会延缓桩身强度的增长。这样就要求设 计人员采取提高水泥标号或水泥掺入量和进行室内配合比试验的方法来满足设计强度的要求。3. 4?碎石桩复合地基碎石桩复合地基是利用振冲器在软弱粘性土地基中成孔，再在孔内填人碎 石等坚硬材料制成一根根桩体，桩体和原来的粘性土构成复合地基。该法 主要适用于粘性土、粉土、人工填土的处理。对于厚度不大，对工后沉降 要求不高的淤泥或淤泥质土也适用。碎石桩采用起重机起吊桩机，机动灵活，用装载机填料

9、，速度快，振冲造 孔及成桩速度也比较快，有利于多台机组会战，确保施工工期。从工期上 来讲具有其它处理方法所没有的优势。由于近些年来工程招标制度的实 施，已经大大降低了碎石桩的造价。碎石桩复合地基在设计方面存在的间题主要是淤泥土中的复合地基强度增 长速度问题。由于碎石桩采用振冲器成孔，南沙地区的淤泥的灵敏度很 高，虽然碎石桩具有置换和固结排水作用，但是淤泥强度的恢复一般需要 1个月以上。淤泥的灵敏度越大，加固的淤泥层厚度越大，恢复的时间越 长。如在淤泥强度没有恢复之前施工路堤和路面结构，就有可能形成深层 滑动，造成路面开裂。3. 5?低标号素混凝土桩这里所说的用在淤泥中的低标号素混凝土桩实际就是

10、以前在建筑工程中常 用的素混凝土沉管灌注桩。目前对软弱路基工程中的低标号素混凝土桩有一种错误认识，以为低标号 素混凝土桩类似于水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）。以为可以使用长螺旋钻 成孔，然后注人混凝土而不是水泥粉煤灰碎石就可以了。实际上长螺旋钻 成孔的CFG桩根本就不能在软弱土层中使用，因为长螺旋钻在淤泥中的成 孔由于没有泥浆护壁或钢护筒很容易缩孔、塌孔。因此必须采用沉管设备 以确保桩孔和柱体的形成，即采用素混凝土沉管灌注桩。4?软基处理方案选择由于南沙地区的地质条件比较复杂，软土分布不均匀，起伏比较大，而且 各个软基处理方案受到投资、工期和技术等因素的控制，需要根据具体要 求的不同来分别选择适

11、用的方案。以市政道路为例，由于目前南沙地区的地面标高多在0. 00m （珠江高程） 左右，作为市政道路需要达到一定的防涝、防潮的能力，因此路基一般需 要填高23m，原先为水塘的部位，需要填高45m。由于淤泥层深厚，如 此高的路基填土，势必将造成较大的地基沉降。为了避免地基沉降对市政 道路的破坏，必须采取加固措施来提前消除地基土潜在的沉降。软基处理方案需要根据工期，投资，软土分布以及市政道路自身的特点， 区别不同情况分别采用不同的软基处理方案。（1）对于一般路段，只要工期允许，尽量采用堆载预压法。采用水泥搅拌 桩复合地基、碎石桩复合地基造价较高，如果工期紧，需要加快地基土的 固结，可以采用超载预

12、压。如果缺乏堆载材料，则可以采用真空预压法。（2）对于会发生桥头跳车的部位，一般允许工后沉降量不大于10cm，若 采用排水固结法很难满足变形控制要求，如果软基加固深度不超过15m的 地段，这时可以采用水泥搅拌桩复合地基。水泥搅拌桩作为半刚性桩，只 要桩端能够坐落到比较密实的砂层或粘性土层，就可以有效地控制地基变 形，一般变形量不会超过10cm，可以有效地解决桥头跳车问题。如果加固 深度超过15m，可以采用低标号素混凝土桩。低标号素混凝土桩的长度可 以达到30m。对于工期要求特别紧，对沉降变形要求不高，软弱土层厚度小于8m 的路段，可以采用碎石桩复合地基，碎石桩复合地基具有施工速度快，工 期容易

13、得到保证的特点。因为每一种软基处理方案都具有局限性，因此在选择软基处理方案时必须 要国地制宜，对各种方案根据工期长短、投资大小进行比较，经过科学论 证后才能决定究竟选择哪一种方案。5?施工监测和施工质量检测软基处理作为岩土工程的一种，必须要贯彻“信息化施工”的原则，为了 能对软基处理进行过程控制，需要采取必要的施工监测措施。按监测信息 还可及时调整设计方案，完善施工图设计。而为了验证软基处理效果，乂 要采取必需的施工质量检测措施。5. 1?施工监测要求施工监测主要包括以下内容：浅层沉降监测：利用观测结果可以有效地计算出加固区域内不同时 间、位置的团结情况。孔隙水压力监测：主要是监测孔隙水压力的

14、增长与消散情况，对不同 测孔、深度处观测结果的综合分析，可以为整个场区的加固效果评价提供 可靠的指标。分层沉降监测：分层沉降监测是地基沉降观测的主要手段，通过观测 数据的分析可以得知地基土不同深度处的状况，是深层地基加固效果评价 的重要依据。地下水位监测：其主要目的是配合孔隙水压力监测评价软土的固结状 态。5. 2?施工质量检测在施工结束后，为了验证加固效果，要对处理过后地基进行现场静力触 探、原位十字板剪切试验和标准贯入试验以及取土进行室内土工试验，主 要检测地基土的强度、含水量、容重、孔隙比、压缩系数及固结压力等指 标和平板载荷试验。通过对以上指标的检测，就可以知道软基加固的效果 究竟如何

15、。6?结语虽然南沙地区在软基处理方面存在比较大的困难，但是只要我们按照科学 规律办事，采取因地制宜的原则，就一定能够取得软基处理工程的胜利。软基处理方案技术比较表表4-8处理方技术比较推荐法优点缺点意见1.需要足够的工期保证，若1.经济、适采取超载预压用，配合必要需废弃一定量的加筋措施，的土方，从而能够满足软土明显提高工程地基处理要费用。求。2.板体质量有2.施工快捷、差异，施工监塑方便，大大加理难度较大。排料快排水固结速3.处理深度达水固排度，应用广15m以后效果推荐水泛。不理想。结板3.可根据软基4.若用于小型地质情况及填构造物基底处土高度采取不理，需反开槽同的填筑方施工，费时且法，使路堤

16、稳要废弃土，还定性及工后沉有部分临时排降满足相关要水工程。求。5.对路堤的抗滑稳定性没有明显改善。袋装砂井经济、适 用，配合必要 的加筋措施， 能够满足处理 要求。施工快捷、 方便，大大加 快排水固结速 度，利于施工 管理，质量比 插塑板更有保 证。可根据软基 地质情况及填 土高度采取不 同的填筑高 度，使路堤工 后沉降满足相 关要求。需要足够的 工期保证，采 取超载预压需 废弁一定量的 土方，从而明 显提高工程费 用。施工速度较 插塑板慢，砂 井灌砂要求 高，本地区使 用较少，缺乏 经验。优质中粗 砂，需远运， 运费昂贵，工 程费用较插塑 板高。处理深度达 15m以后效果 不理想。小型构造物

17、 基底需反开槽 施工，费时且 要废弁土，还 有部分临时排 水工程不推荐复合地基粉喷桩使用广泛， 施工技术成熟，施工周期 短。大幅提高软 土地基承载力 及路堤稳定 性，抗侧向变 形能力强，控 制工后沉降。能吸收软土 中的水，地基 加固后初期强 度高，对含水 量高的软土尤 其有利。必须贯穿整 个软土层至下 卧硬层，否则 无法控制工后 沉降。常用施工机 具在本地区理 想施工深度为 810m，再长 无法保证处理 效果。施工质量控 制难度较大。经试算，桥 头高路堤对于 控制工后沉降 效果不理想。比较碎石桩兼具复合地 基与排水固结 的双重功效。有效深度可 达 20m。对周边土有 挤密作用，对 处理可液化土

18、 地基有较好效 果。施工工艺成 熟，施工速度 快，工期容易 得到保证。碎石用量 大，费用较粉 喷桩高。一般要求软 基十字板剪切 强度大于 20kPa，否则 成桩困难。多数情况下 还需结合填土 预压处理。本项目区软 土地基以软塑 状粘土为主， 对于桩间土的 挤密效果不理 想。不推荐考虑到本项目大多属浅层软土地层，从工期要求、投资大小、施工简易等 因素进行综合比较，故对浅层软土地基采用换填法。深层软基的处理方法见下 表所示，对粉喷桩、塑料排水板、树根桩三种方法结合该地区的地质条件进行 技术比较，最后推荐采用粉喷桩作为深层软基的处理方法。软基处理方案技术比较表处理方法技术比较推荐意见优点缺点粉 喷 桩1.使用广泛，施 工技术成熟，施1.施工质量控制 难度较大，掌握推荐工周期短。大幅提高软土 地基承载力及路 堤稳定性，抗侧 向变形能力强， 能有效的控制工 后沉降。能吸收软土中 的水，地基加固 后初期强度高， 对含水量高的软 土尤其有利。不好，极易出现 偏差。必须贯穿整个 软土层至下卧硬 层，否则无法控 制工后沉降。常用施工机具 在本地区理想施 工深度为8 10m，再长无法 保证处理效果。塑料排水经济、适用， 配合必要的加筋 措施，能够满足 软土地基处理要 求。施工快捷、方 便，大大加快排 水固结速度，应 用广泛。可根据软基地 质情况及填土高 度采取