津滨高速公路改扩建工程软土地基处理研究

贺 海 张朝清 张占领

（天津市市政工程设计研究院 天津 300051）

天津津滨高速公路是连接天津市区与天津滨海新区的主要高速公路，随着天津市及滨海新区的发展，其交通流量已饱和，不能满足经济发展的要求，需要对其进行改扩建处理。经论证采用两侧直接拼接拓宽方案，其中外环线－蓟汕快速立交约7.0 k m范围内改造为双向8车道；薊汕快速路立交－胡家园互通立交约21.0 k m范围内改造为双向6车道，改扩建期间要求不间断交通。

津滨高速公路地基多为海相沉积的淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土，最大处理深度在22 m以上，一般在10 m左右。老路基软土地基大多采用塑料排水板处理，2000年底通车后至2009年拓宽前的累计沉降量普遍在30～70 c m，拓宽前的沉降观测表明，经过9年左右的沉降，地基沉降已基本稳定，但拼接拓宽后的新路基由于受地下通道净空限制及老路基沉降的影响，需对老路基纵、横坡进行调整，造成老路路基普遍抬高20～70 c m，老路基上新增加的路基填方将造成新的沉降，这也明显有别于其他项目的拓宽改造工程。

1 软土工程地质特点

津滨高速公路改扩建工程的软弱土层主要为Q42m，以淤泥质土和部分粉质粘土层为主。其中淤泥质土的底板埋深主要在5～6 m之间，部分段落达到8～11 m；其次是粉质粘土层，粉质粘土层表现为低孔隙比，具有中高压缩性的特点，底板埋深一般在14～21 m，局部在10～12 m。淤泥质土孔隙比均值1.250，压缩系数0.78 MPa－1，属高压缩性土，粉质粘土平均孔隙比0.882，压缩系数0.48 MPa－1。

2 沉降计算及软基处理方法

2.1 沉降控制标准［1］

津滨高速公路沉降控制采用差异沉降和总沉降2个标准进行控制：①新老路基工后差异沉降小于5 c m且路基工后的横坡改变量应小于0.5%；②根据本项目的特点，要求新路基的总沉降量小于15 c m。

2.2 沉降计算方法

在软土地基沉降计算过程中，沉降计算多采用分层总和法，固结计算一般采用太沙基一维固结理论。在老路建成时，软基路段地基的沉降量仍然较大，路基累计沉降使道路部分段落在结构物等位置纵向断面呈“马鞍形”的路面变形，破坏了路面平整度，造成行车颠簸、桥头跳车明显。经过约9年的沉降，在改扩建设计之前，经过对老路路基连续的沉降观测，观测结果表明其沉降已基本完成，没有明显的沉降现象。在拼接拓宽时，为使行车平稳舒适，必须对老路纵坡进行调整，原路基一般约需加高20～70 c m，荷载的增加必将引起老路基的重新固结沉降。

拼接拓宽后不但会因加宽引起老路路基新的沉降，而且还会因全线路基纵坡的调整造成老路基新的沉降，前者主要形成反盆形沉降，后者使新老路基呈正盆形沉降，故应该采用考虑时间效应和加载顺序的地基沉降固结计算方法，模拟施工加载全过程。在实际计算时先按津滨高速公路老路基的加载、施工预压和路面结构层逐级施加荷载，而后考虑新路基的拼接施工，最后考虑老路基的纵坡调整及路面的施工，计算时对其施工过程进行模拟，以求得任一时刻的沉降变化，使沉降计算结果更加切合实际。表1及图1为津滨高速公路K5＋400横断面各特征点的沉降情况。表1、图1中各特征点分别为：A－老路路中心点；B－老路路肩点；C－老路坡脚点；D－新路基路肩点；E－新路基形心点。

表1 k5＋400断面主要特征点沉降量 c m

图1 K5＋400断面不同工况下沉降分布曲线

2.3 地基处理方法［2］

由于本项目的软土厚度较厚，其计算的未处理沉降量普遍大于30 c m，为减少地基的沉降量，新拓宽路基普遍采用复合地基处理方法，路基拼宽前应将路堤外侧平台及边沟的表层约0.3 m耕植土层、边沟内软泥清除，然后进行软基处理。

（1）当拼宽分别为5 m和8.75 m时，附加填土荷载高度（即原路基填土高度加调坡填土荷载）小于3.5 m和3.0 m的路段。加宽段路基主要采用浅层换填处理方法，具体做法为：路基削坡后，加宽段路基原地表下挖至扩建路床顶边缘标高以下1.5 m，整平压实后铺设2层钢塑格栅，其上填筑40 c m厚级配碎石，与老路的排水通道接通，然后分层填筑8%石灰土。采用该方法应留有足够的预压时间，利用路基的自重进行预压，并根据沉降观测的结果，决定路面的施工时间。

（2）附加填土荷载高度大于3.0～3.5 m的路段。为控制工后沉降，加宽段路基采用带桩帽的预应力混凝土薄壁管桩（PTC桩）进行深层处理，管桩采用正方形布置，并在桩顶铺设40 c m厚级配碎石垫层，碎石层内铺设2层钢塑格栅（每隔20 c m铺设1层），见图2。

图2 PTC管桩复合地基处理方法（单位：c m）

3 施工期及营运期的沉降情况

3.1 沉降观测方法

为观测施工期间的沉降量，沉降观测新路基采用剖面沉降仪进行观测（见图3），老路基则分别在老路的路中及左、右路肩设置沉降观测点，新老路基观测断面一一对应，左右两幅对称设置。观测断面主要设置在桥头、小构的两侧及不同软基处理方法交界处，以观测施工期间及运营期的沉降变化，观测断面的平均间距为80 m。

图3 观测用横剖管图

3.2 沉降观测的结果

施工期间新路基最大的沉降量为8 c m，绝大部分段落的沉降量小于5 c m。由于路基施工的时间较短，土方施工完成时地基的月沉降速率较大，预计其工后沉降量仍然较大，为避免路基、路面的连续施工，防止不均匀沉降而出现纵向裂缝，路基施工后，利用路基的自重荷载进行2个月的预压。在路面施工之前，地基的月沉降速率一般在0～4 mm，预计其工后沉降量可满足设计要求。

新路基路肩通车1年后的沉降量约10～27 mm，平均沉降量为20 mm左右，路基横坡改变量小于0.1%，老路路中的沉降量普遍小于2 c m，行车平稳舒适，新老路基均未出现纵、横向裂缝。

4 结语

在津滨高速公路改扩建过程中，根据津滨高速公路软土地基的地质特性，结合津滨高速公路在改扩建过程中需要对路基纵、横坡进行调整的特点，根据沉降计算的结果，采用换填方法及搅拌桩、预应力管桩等复合地基处理方法，通车后运营期间行车平稳、舒适，路基的横坡改变量小于规范的要求。

［1］ JTGD30－2004公路路基设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ JTGF10－2006公路路基施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2006.