高速公路改扩建工程软土地基处理方案探讨

姚胜彪

【摘 要】高速公路改扩建沿线存在软土分布时，其工程特性多变，厚度不一，且改扩建软基处理场地狭窄，容易对老路造成不良的影响，差异沉降难以控制。文章对国内已实施高速公路改扩建拼宽路段软基处理方案进行分析、总结，简要比较各方案的应用情况。以在建柳南改扩建拼宽路段软基处理为依托，进行拼宽路段软基处理探讨。

【关键词】高速公路改扩建；拼接工程；软基处理

【中图分类号】U416 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）11-0089-04

0 引言

柳州至南宁高速公路是国家“7918”高速公路网中泉州至南宁（G72）的重要组成部分，是广西“6横7纵8支线”高速公路网的主骨架，也是广西连接周边省份，加强对外联系，加快北部湾经济区的开发开放，对接东盟经济圈，融入全球化的高效公路运输大通道，在路网中有十分重要的地位。柳州至南宁高速公路始建于1996年，经过15年的运营，目前全线日均交通量已接近40 000辆，车流量已趋于饱和，其中局部路段的服务水平已处于三、四级服务水平。目前，完成该高速公路改扩建工程迫在眉睫，以提高其服务水平，满足不断增长的交通量需求。

高速公路改扩建工程中新老路基由于受荷期和固结度不同，新老路基之间将存在明显的差异沉降，会在新老路基的结合处产生拉应力，尤其在软土地基中，若处理不当，将会引起纵向裂缝的产生，影响改扩建工程路基、路面结构整体性和稳定性，进而影响工程的安全性和使用寿命。因此，能否有效地控制拼宽路基与旧路路基之间的差异沉降是拼接工程建设成败的关键。

本文主要针对国内部分已实施高速公路改扩建两侧拼宽过程中所采取的软基处理方案进行简要对比，并对柳南高速公路改扩建项目软基处理设计方案进行分析、总结。

1 高速公路拼宽软基处理方案

1.1 软土工程特性及常见处理方案

软土是指以水下沉积的保水的软弱黏性土或淤泥为主的地层，大部分是饱和的，其天然含水量大于液限，孔隙比大于1.0。当天然孔隙比大于1.5时，称为淤泥；天然孔隙比大于1.0而小于1.5时，称为淤泥质土。软土的特点如下：天然含水量高（35%～80%）；天然孔隙比大（1.0～2.0）；抗剪强度低（不排水抗剪强度为5～25 kPa）；压缩系数高（0.5～1.5 MPa-1）；渗透系数小（10-6～10-8 cm/s）。软黏土一般固结时间很长，固结沉降较大。因此，工程上必须对高速公路软土地基采取切实可行的处理方案。这里要指出国内各单位沿用各自惯用的土工试验方法标准和地基设计计算方法，对软土的工程特性认识不一致。例如，卡萨格兰德塑性图中液限的测定采用蝶式仪，《土工试验方法标准》（GBJ123—88）和《公路土工试验规程》（JTJ051—93）都推荐用圆锥仪测定土的液限，但分别是76 g圆锥和100 g圆锥，不同仪器测得液限是不同的。因此，有必要采取统一的国家土工试验方法，准确认识软土的工程特性。

软基处理常用的措施有换土垫层法、振密挤密法（表层压实法、土桩与灰土桩法、砂桩等）、排水固结法（堆载预压法、砂井法、真空预压法、降低地下水法、电渗排水法等）、置换法（碎石桩法、石灰桩法、强夯置换法、水泥粉煤灰碎石桩法等）、加筋法、胶结法、冷热处理法。高速公路软基处理方案应做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。随着新材料、新技术、新工艺的出现，也有采用复合地基和轻质路堤等软基处理方法。地基处理方法很多，但没有一种方法是万能的，应从地基条件、处理要求（处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等）、工程费用及材料、机具来源等方面进行综合考虑。

1.2 国内已实施高速公路改扩建加宽软基处理方案

1.2.1 改扩建工程软基处治关键问题分析

改扩建工程与新建工程在软基处理方面有着较大的区别，如加宽部分往往较窄，软基处治施工技术难度大。而且，原有高速公路已通车多年，在荷载作用下，路基基底逐渐压缩，承载力有所提高，地基趋于固结，沉降趋于稳定，而硬路肩及以外范围路基强度低。对于软基路段，原有高速公路路基基底因在建设期已采取了相应的处理措施，工后残余沉降已很小了。改扩建高速公路的拼宽路基基底由于未经扰动，与原有路基将存在沉降差。加宽路基的差异沉降由加宽路基的沉降和软基的沉降组成，以软基沉降为主。此外，路基拼接加宽施工后，在外部分车道荷载作用下，路基基底应力重新分布，对原有路基产生影响。原有路基土质吸力处于平衡状态，在路基拼宽过程容易打破原有路基土中水的平衡，也会对既有路基产生影响。因此，为控制加宽路基总体沉降指标，不仅需对拼宽路基采取一定的措施加以控制，软基的沉降控制更需加强。

处于软基段的路堤纵横坡度增大时，会引起路堤内拉应力的产生，当拉应力的值达到路堤的极限拉应力时，将引起路堤的开裂。控制拼接拓宽路段的纵横向裂缝实质上也就是控制路堤的纵横坡改变率，因此将路堤的纵横坡的改变率作为裂缝的控制标准更具实际意义。通过控制纵横坡的改变率量级就可求得路堤差异沉降的控制标准，从而为合理选择地基处理方法提供了依据。例如，沪宁与锡澄高速公路拼段控制标准提出考虑允许老路面结构纵横向坡度的允许累计该变量应小于0.5%（不考虑老路面返修时，应小于0.25%）；施工动态控制标准方面，为便于施工操作方便，采用沉降速率进行控制。刘世莲在广东高速公路改扩建工程提出全路段路面不均匀沉降控制标准为路面横向坡度增加值小于0.45%。

1.2.2 路基拼宽软基路段处理方案

目前，高速公路上常用的软基处理方法主要有排水固结法、复合地基法和采用轻质路堤调料等3类。改扩建高速公路拼宽必须考虑老路路基受影响情况，因此需采用一定的辅助防护措施。下面简要介绍国内已实施改扩建项目设计中采用的主要软基处理方法。

（1）沪宁高速公路拼接工程軟基处理方法。软基概况：沪宁高速公路对全线软基根据地质分析进行分类，原地基存在双层软土，间夹一定厚度硬塑至软塑状黏土和亚黏土或间夹一定厚度的中密状的粉砂；原地基上层软土特厚，最深达33 m淤泥质黏土和亚黏土层；表层硬壳以下存在2～6 m、6～12 m的淤泥质亚黏土层等。

软基处理方案：①软土深度≤8 m时，可选用水泥搅拌桩，其水泥用量根据地基土的含水量确定；②当8 m<软土深度≤25 m，主要采用PTC型梳桩基础处理；③软土深度>25 m时，可选择EPS轻质路堤方案和PTC型梳桩方案。

（2）沈大高速公路拼接工程软基处理方法。软基概况：主要由亚黏土、泥土、淤泥及淤泥质黏土组成。地表多为水田和鱼塘，沟渠较多。地基上层0.5～1.0 m为软塑状态的黏性土，其下4～7 m为软塑～流塑状态的软土，其物理力学指标差，含水量高，孔隙比大，硬壳层薄，具有压缩性大、承载能力低等特点。

软基处理方案：①浅层石渣处理（40 cm或70 cm）；②砂砾（70 cm）+塑料排水板+（土工布）；③粉喷桩+石渣（70 cm）。

（3）佛开高速公路拼接工程软基处理方法。软基概况：软土主要分布于珠江三角洲平原、山间洼地，包括淤泥、淤泥质土、淤泥质亚砂土及淤泥质砂。平原区软土厚度变化较大，其厚度范围为0.8～25.1 m。山间洼地软土主要为谷地相淤泥、淤泥质黏土，一般厚1.5～3.1 m，局部厚度达7.7 m。老路软基主要采用排水固结法处理。

软基处理方案：①水泥搅拌桩和预应力管桩加固。当路堤填筑高度小于或等于2.5 m时，老路边坡范围不进行软基处理；当路堤填筑高度大于2.5 m时，先进行老路边坡范围外软基处理，然后待路槽填筑至距路面2.5 m时对老路边坡软基处理范围一次性施工。②素混凝土桩加固，采用悬臂法施工。路堤填筑高度小于或等于5.5 m时，加宽范围软基处理一次性施工；路堤填筑高度大于5.5 m时，满足施工机械要求情况下分2个施工平台施工。③悬臂挡墙、重力式挡墙、轻质土、加筋土路段的软基处理，统一采用素混凝土桩悬臂法施工。

该项目软基处理目前未见路面大面积开裂，效果良好。

（4）广清高速公路拼接工程软基处理方法。软基概况：软土主要为第四系河漫滩相或沼泽相淤泥、淤泥质土、泥炭土，这类软土分布于平原区、河流谷地和山间洼地。其软土多具有含水量高、孔隙比大、高压缩性和低力学强度等特点。

软基处理方案：填土高度大于4 m的扩宽软基路段，采用“二次平台”施工技术。软基处理范围覆盖拓宽车道下方，并且对原土路肩及路基边坡欠压实部分进行重新压实；对采用换填、堆载预压法处治的一般软土路段，设置1～3层中等强度单向土工格栅；对水泥搅拌桩复合地基，褥垫层采用双向聚酯土工格栅加强；素混凝土桩复合地基，褥垫层采用双向钢塑土工格栅加强。

（5）京哈高速公路四平至长春段拼接工程软基处理方法。软基概况：表层0～2 m为低液限黏土，其下为2～5 m的淤泥质黏土，其下为粗砂。其中，淤泥質黏土空隙比为0.8～1.0，承载力为100 kPa，地下水位距地表2.2 m左右，软土层最大埋深为6.2 m。

软基处理方案：软土深度≤3 m时，清淤换填，且与换填顶面地表处各铺设一层土工格栅。深度>3 m时，采用水泥搅拌桩复合地基。当软基处理路段存在桥（涵），在其两侧的水泥搅拌桩间距过渡渐变加密。水泥搅拌桩顶面设置80 cm人工沙砾垫层，垫层顶、底面各铺设一层土工格栅。新旧路基差异沉降控制要求旧路基与新路基的路拱横坡坡度工后增大值不应大于0.5%，路基施工完成后连续2个月的30 d累计沉降差不大于5 mm时，方可进行路面施工。

从上述的拼宽路段软基处理可以发现，拼宽段软基处理应从软土工程地质情况出发，同时考虑原有老路所采取的软基处理方法，以及根据填土高度的不同选用不同的方案。并且，在设计、施工方法应灵活运用，如拼宽过程中台阶开挖高度、宽度，内倾斜坡坡度等的设置，对施工过程加强监测，采用合理的控制标准。

2 柳南高速公路改扩建工程中软基处理方案

2.1 沿线软基分布情况

柳南高速沿线部分路段以路堤形式从荷塘、水田处通过，通过简易勘探及地勘钻孔揭示上述路段多分布浅层软土，除局部水塘路段存在大于3 m的情况外，其余厚度均小于3.0 m，系褐色软塑状粉质黏土，具有高含水量、高孔隙比、承载力低的特点，容许承载力为80～120 kPa。

除浅层软土外，一些地低洼的山间沟谷地带，受地下水的影响，在靠近不透水基岩面的黏土多呈软塑～流塑状，容许承载力为70～120 kPa，通过软土沉降和稳定性计算，此类深层软土（部分为含有硬壳层的深层软土）由于工后沉降不满足要求，需进行处理。

2.2 控制标准

拼接路基施工完成后，原有路基与拼宽路基的路拱横坡坡度的工后增大幅度不应大于0.5%。拼接路基施工后，拼宽新建路基工后沉降应满足桥头处不大于5 cm、通道及涵洞处不大于10 cm、一般路基不大于15 cm。

按复合地基进行稳定验算，采用快剪指标，稳定验算的安全系数以K>1.2控制。

2.3 处理原则

拼接路基的软土处理除了要遵循新建高速公路软土处理的一般原则之外，还需满足以下要求。

（1）老路深层软土路段一般采用排水固结法处理，拼宽路基不得降低原有路基地下水位。对于鱼（水）塘、河流、水库等路段，需要排水清淤时，必须采取防渗和隔水措施后方可降水，避免因水位降低导致空隙水压力下降，增大土体的有效应力，引起原有路基沉降。这种降水导致路基沉降对于砂性土填筑的路基影响极为明显，对于黏性土填筑的路基影响稍弱。

（2）与桥梁、涵洞、通道等构造物相邻拓宽路段或原有路基已基本完成地基沉降的路段，路基拼宽范围内的软土地基处理宜采用轻质土路基或复合地基，不宜使用排水固结法的处理措施。

（3）对于新建分离式路基或互通匝道路基，若距离老路路基小于20 m，可采用隔离措施对新建路基地基进行处理，减小新建路基对原有路基的沉降影响。

2.4 软土地基处理方案

2.4.1 浅层软土（h≤3.0 m）处理

对于下述路段软弱土，采用清淤换填碎石（上部30 cm嵌缝）+片石（下部封底）处理。当地下水较高或地表有泉水出露时，应在路基两侧开挖集水槽，其底部应比清淤底部至少低1 m，以保证碾压时的干燥。

对于换填深度大于2 m的路段，为加强开挖基坑时老路路基的稳定，在削破后的坡脚设置一排临时拉森钢板桩支护，单根桩长6 m，入土深度不小于0.5倍桩长，钢板桩应重复加以利用。

2.4.2 深层软土处理

对于软基底部埋深大于3 m的深层软基，主线整体拼宽路段为有效控制差异沉降、节约工期、环保及施工方便等方面综合考虑，采用泡沫轻质土材料填筑，分离式路基及互通匝道路基段，可采用水泥搅拌桩、CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）进行处理。

采用水泥搅拌桩或CFG桩复合地基，在施工前必须进行成桩试验，成桩试验应达到相应的技术参数。

3 结语

高速公路改扩建软基处理需要根据准确统一的物理力学性质指标、路基填土高度等，并且考虑软基路段拼宽对旧路的影响，按控制标准要求，采取合适的软基处理方案。在施工过程灵活地采用边坡削破和台阶开挖方法，合理采用土工合成材料、路基填料、控制压实度等，以保证施工质量。通常地基处理方法的加固效果不是在施工结束后就能全部发挥，软基完成处理及路基完成填筑后仍需进行监测。

参 考 文 献

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[责任编辑：陈泽琦]