旧路改造软基处理方法研究

关颖雯

(西南交大土木工程设计有限公司广州分公司，广东广州 510095)

1 工程概况

北外环路系中山环城快速路中的北环，设计速度60 km/h，道路宽度50 m。设置3座互通立交、3座分离立交，并设有2座大桥，3座中桥。自2003年开始启动，2009年建成通车后，路基一直在下沉，部分开工晚，工期短的路段，下沉尤其严重，最多的地方下沉超过70 cm，已影响行车安全。

路基是在农田、鱼塘等低洼的场地上填筑起来的，填筑高度一般在2 m～5 m。沿线软土发育严重，含水量在45% ～88%，空隙比1.45 ～2.32，压缩系数1.08 ～2.63，厚度多在15 m 以上。原设计软土处理方式为桥头路段采用水泥搅拌桩处理，但搅拌桩长多为悬浮桩，没有穿透软土层。一般路段因为节省造价，仅采用表层换填2 m石渣垫层，下卧软土没有处理。

2 工程地质

场地岩土层的成因、岩性和状态自上而下划分为:

①1素填土:褐黄色，结构疏松。主要由亚粘土组成，平均层厚1.70 m。

①2耕土:褐黄色，结构疏松。主要由亚粘土组成，含少量植物根系，平均层厚1.04 m。

②淤泥:深灰色、灰黑色，饱和，流塑。含有机质，具臭味。常见少量贝壳碎块，局部贝壳富集，相变成淤泥质贝壳。层厚变化较大，为7.00 m ～19.70 m。

③1细砂、中砂:灰色、褐黄色，饱和，中密，平均层厚3.00 m。

③2软塑亚粘土:褐黄色、灰黄色，软塑，平均层厚3.13 m。

④1可塑亚粘土:褐黄色、灰黄色为主，为泥质粉砂岩风化残积土，平均厚度2.79 m。

④2硬塑亚粘土:褐黄色、暗紫红色，硬塑为主，局部为坚硬。为泥质粉砂岩风化残积土，平均厚度2.41 m。

3 沉降观测

沉降观测点约100 m设置1个。桥梁两端头、桥面均需设置观测点，桥台后60 m，40 m，20 m，10 m各布设1个观测点。

经过10个月的观测，对观测结果进行处理后得出如表1所示的沉降分析与软基处理措施表。

表1 沉降分析与软基处理措施表

从观测的结果上来看，北外环路的沉降不仅十分严重，而且沉降仍然在发展中，严重的路段一年会沉降8 cm～15 cm，这是不能容许的。

结合地质勘测以及沉降观测资料，按照以下原则来确定软基的处理范围:

1)沉降速率快(＞0.5 cm/月)，剩余沉降较大，采用复合地基对路下软土进行处理;

2)沉降速率慢(＜0.5 cm/月)，剩余沉降较小，路下软土不作处理，仅加铺路面调整纵坡。

4 方案设计

设计时列出了高压旋喷桩、预应力管桩、CFG桩3个方案进行比较。水泥搅拌桩因处理深度不超过15 m，施工控制比较困难，没有列入比较。

1)旋喷桩。

旋喷桩在现有路面结构上钻孔施工，无需拆除原有结构重建。采用二重管法，首先用专用钻机钻孔，然后移走钻机、置入注浆管，钻机和置入注浆管两道工序截然分开。通过钻机抽出岩芯进行比对，以确定终孔位置以及控制施工。

旋喷桩桩径80 cm，水泥用量参考值为250 kg/m，旋喷桩均按矩形布置，一般路段横向间距2.2 m，纵向间距2.6 m，桥头路段横向间距2.2 m，纵向间距2.4 m ～2.6 m。

为确保挡土墙下的软土得到加固，沿挡土墙布置的旋喷桩应设法让喷管靠近挡土墙基础。

旋喷桩应打穿软土层至持力层，并在原换填层下停止喷浆。

2)预应力管桩。

预应力管桩，桩径40 cm，按正方形布置，间距2.5 m。

施工前，先挖弃既有路面结构，整平地面，之后打入管桩，管桩应打穿软土层至持力层。管桩上做桩帽，上铺50 cm碎石垫层。

考虑到预应力管桩施工时的挤土效应会使水压力增加，从而影响到周边桥台、桥墩、挡墙及先前打入的管桩等结构物的稳定，在管桩之间增加袋装砂井作为疏水通道。袋装砂井必须在管桩施工前完成，以满足管桩施工时的排水要求。

3)CFG桩。

CFG桩，桩径40 cm，按正方形布置，间距2.0 m。

施工前，先挖弃既有路面结构，整平地面，之后打入CFG桩，管桩应打穿软土层至持力层。采用C15素混凝土，桩顶上铺50 cm碎石垫层。CFG桩之间需增加袋装砂井作为疏水通道。

4)方案比较见表2。

表2 各方案优缺点汇总表

经比较，为保留原有路面结构，初步确定采用旋喷桩方案，并选取试验段检验处理效果。

5 方案调整

1)试验段效果。

试验段进行了2次试桩，检测结果并不理想。靠近路基顶部(原换填的石渣垫层)的旋喷桩强度达5 MPa～12 MPa，而淤泥段部分芯样无胶结，纵然做成试样，强度也在0.6 MPa，达不到设计要求。

为了找到不成桩的原因，沿线补勘了6个地质钻探，主要想查明淤泥的有机质含量。发现软土有机质含量达4.6%～8.9%。有机质的存在使土具有较大的含水量和较多的孔隙，因此阻碍了水泥水化反应的进行，故影响水泥土强度的增长。有研究证明，有机质含量达到5%及以上时，水泥土的效果急剧变差。正是由于本项目的淤泥中有机质含量高，淤泥中粘粒、胶粒成分大，导致淤泥内成桩较差。

因无法采用旋喷桩处理方式，对预应力管桩和CFG桩方案进行重新比较。需要复合地基处理的路段，处理深度在20 m～30 m间，若采用CFG桩处理，容易出现缩颈、断桩等情况，施工质量不易控制。为保证效果，确定采用预应力管桩，并对该方案深化修改设计。

2)预应力管桩修改设计。

预应力管桩(PC管桩)，桩径40 cm，壁厚9.5 mm，A型，桩身混凝土强度为C60。按矩形布置，一般路段横向间距2.2 m，纵向间距2.6 m，桥头路段横向间距 2.2 m，纵向间距 2.4 m ～2.6 m。桩底进入持力层，单桩承载力400 kN。

原路面结构下有2 m石渣换填层，难以开挖施工桩帽，故管桩打至原换填层底部留取空桩段，采用高压旋喷桩。旋喷桩在该层强度达5 MPa～12 MPa，通过旋喷桩外缘粗糙不平，与路基路床一起桩土咬合密实，形成整体，取代桩帽克服桩头上刺。

施工工序如下:

a.首先挖弃旧有路面，平整场地至路面垫层底面。

b.为了消散打桩造成的孔隙水压力，在每个桩位处先打入直径7 cm的袋装砂井，袋装砂井长度=管桩长度+3 m。

c.打入预应力管桩至持力层设计深度。为了确保最后3 m为空桩，最后3 m采用送桩器送桩。

d.空桩段，灌入约2.5 m深的中砂，之后进行旋喷桩施工。旋喷桩采用双管法进行施工，桩径80 cm，桩长2.5 m。采用双管法施工，要求28 d桩身抗压强度不少于6 MPa。

施工后检测结果证明，所有指标均能满足设计要求。

6 经验总结

1)对旧路进行沉降处治，首先应对全线进行沉降观测。沉降速率的大小，是否稳定，都是很重要的因素。根据观测结果并结合道路现状对沉降原因进行分析，这是确定处治范围的关键。

2)地质勘察应细致全面，除了地层分布和深度外，一些容易疏忽的参数也会影响方案的选择。例如本工程设计中的淤泥有机质含量，含量过大时无法采用旋喷桩处理。

3)旧路沉降处理与新建道路的软基处理相比，需要考虑更多方面。除了软土性质、深度等常规因素外，原有道路的路基处理方式、现状道路下沉的状况、原有路面保留与否等等，都需要综合考虑方能得出最适合的处理方式。

［1］陈冠雄，黄国宣，洪宝宁，等.广东省高速公路软基处理实用技术［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］刘玉卓.公路工程软基处理［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］JTG/T D31-02-2013，公路软土地基路堤设计与施工技术细则［S］.

［4］GB/T 50783-2012，复合地基技术规范［S］.

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