城市道路软弱地基的设计对策和方法

刘志平

（兰州市城市建设设计院，甘肃 兰州 730030）

城市道路软弱地基的设计对策和方法

刘志平

（兰州市城市建设设计院，甘肃 兰州 730030）

软弱地基是城市道路设计与建设的核心问题，诸多道路由于没有解决软土路基的问题，形成了路面塌陷、不均匀沉降等病害，对城市交通运输和基础设施安全带来很大影响。讨论了城市道路软弱地基的主要类型和基本特点，分析了软弱地基的主要危害和形成过程，并总结了目前软弱地基的设计措施和处置技术，最后结合一个城市快速路建设的背景，提出了软弱地基的水泥搅拌桩加固设计方法，对搅拌桩的布置、尺寸规格、施工要求进行了设计，研究可为类似工程提供参考借鉴。

城市道路；软弱地基；软土基础；设计对策

0　引言

随着我国城市化进程的加快发展，城市道路等基础设施也在不断建设和完善，为了在有限的土地资源空间内，最大程度地优化建设道路的质量，对城市道路的设计和建造提出了越来越高的要求［1，2］。

城市道路大都分布在水系发达的区域，部分城市的建设不可避免地遇到软弱地基问题，例如软土、湿陷性黄土、砂土等不利的软弱基础，在道路建设中，需要对这些软弱基础给予充分的重视，在设计阶段就需要考虑对软弱基础的施工处置方法和措施，以准确估计软弱基础对于道路建设的安全威胁，并在施工阶段将这些风险进行合理控制和降低，保证道路后期的运营安全和长期使用性能［2，3］。此外，城市道路的建设不仅仅是路基和路面结构，为了方便城市基础设施的规划和排布，往往将城市给水排水管道、电力和煤气管线等包括进来，使得道路的建设标准和质量要求更加严格。

软弱地基下城市道路的主要问题是安全性问题和不均匀沉降问题，如果软弱地基处置不当，很容易引发路面塌陷和不均匀沉降等病害［3，4］，这些病害不仅严重影响城市道路的使用功能和安全，还影响交通的运输，带来较为严重的经济和社会影响。

本论文研究城市道路软弱地基，分析软土地基基本特点和主要危害，并分析目前软土基础的设计对策和处置方法，提出不同处置方法的应用条件和背景，最后结合一工程案例分析，在明确道路地质条件等基本特点后，选择适宜的软土路基设计加固方法，提出设计对策和详细方案，解决城市道路软弱地基的危害，保障城市道路和交通等基础设施的运营稳定。

1　城市道路软弱地基基本特点和主要危害

软弱基础是地基基础中包含不利于承载和受力的部分，例如湿陷性黄土、软土、砂土等情形，这些土层在承载作用下，会出现承载力不足和变形过大的问题，导致道路在使用过程中不断发生变形和变化，引发道路设计高程变化，路面行车安全和使用均受到威胁。

城市道路的软弱地基主要是软土基础，软土是一种含水率很高、孔隙比大、压缩性强、强度低的土层，具有易变形、承载低等特点。根据土质类型，大致可以把软土分为淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土、粘土、粉质粘土、粉土等，各种土的指标参数及常用取值范围见表1。软土的这些物理构成要素，使得软土基础在部荷载作用下很容易自行破坏，基本的特点是：受荷作用下具有非常显著的流变性，导致受荷下产生缓慢的剪切变形，从而形成沉降，加上软土的抗剪强度本来就很低，极容易发生突发性剪切破坏，导致路面坍塌破坏。

软土地基的主要危害是路面塌陷和不均匀沉降。路面塌陷是由于地基土的承载力不足导致瞬时的地基土破坏或者过大变位，不均匀沉降则是受荷作用下地基土的长期变形过程。实际上地基土的破坏时受荷和土体的耦合作用过程，首先由于软弱土层的物理特点，受荷作用下土层发生较大变位和变形，变形的发生进一步降低土层的抗剪承载力，导致土层变形进一步发散，最终如果发散过程连续，就会形成路面坍塌和过大的不均匀沉降。这些造成路面不平，对行车安全形成很大威胁，同时引发交通拥堵、交通事故等问题，进一步对城市经济和社会环境形成影响。因此，需要在设计阶段，充分考虑软弱地基的影响，形成设计对策和方法。

表1　软土的分类及其指标

2　城市道路软弱地基设计对策和方法

城市道路的软弱地基加固方法多样，主要是针对软弱地基存在特点和类型进行设计加固，按照市政道路软弱地基的深度，可以分为表层加固设计和深层加固设计，两种加固方法具有多种加固设计策略，而且适用条件不同。

2.1表层加固设计及特点

（1）砂垫层加固

对于表层软土地基分布范围较小，厚度不大的软弱地基表层，可以采用砂砾垫层的加固施工方法，改善排水固结特性，降低地下水对软弱土层特性的削减，同时改善路基施工的作业条件。换填的砂砾一般可以选择中砂或者粗砂，且有较好的级配，一般颗粒的不均匀参数不大于5，保证换填材料的结构特性和承载安全。

（2）表层排水设计

软土地基很容易受到雨水或者地下水的作用，而出现材料特性和结构特性的变化，因而需要进行表层有效排水。表层排水设计一般适用于软弱地基在表层的情况，采用设置盲沟进行排水，盲沟的设计需要考虑到纵向和横向的排布。

（3）铺垫材料加固设计

由于软弱地基的承载性能差，可以采用承载能力强、结构性能稳定的土工材料进行铺垫加固设计，充分发挥铺垫材料的整体连续性好、抗拉强度高、耐腐蚀等优点，有效降低软弱土层的不均匀沉降和变形，相关部分的土工材料还能够起到反滤和排水作用。铺垫材料的加固一般适用于软弱土层厚度不大，分布范围不广的情形，可以集中采用铺垫材料进行加固。

（4）化学添加剂加固设计

软土在掺入石灰石和水泥后，可以有效改善粘性土层的物理特性，降低土壤含水量而产生团聚效应，并随着时间的推移产生化学性固结，形成很好的稳定土层。这种加固设计方法主要针对粘性土软弱地层，适用于表层加固。

2.2深层加固的设计及特点

（1）排水固结设计

对于较大范围的饱和软土和冲填土地基，可以采用排水固结加固，设置排水井，采用抽水、抽气、加压等措施加速排水固结，从而提高软弱土层的承载力，降低不均匀沉降。这种方法是最简单的措施，但是其效果不易控制。

（2）水泥粉煤灰碎石桩加固设计

水泥粉煤灰碎石桩是通过水泥的土层的水化反应和凝硬反应，形成结晶化合物而延伸到土层空隙中，加固土层的物理特性，从而提高承载力和强度，起到改善受力安全和降低变形沉降的目的，水泥粉煤灰碎石桩是加固深层大范围软土的一种较为经济、使用、可靠的方法。

（3）水泥搅拌桩加固设计

水泥搅拌桩加固的基本原理是通过水泥加固土的物理化学反应，使得水泥和土层进行作用反应形成凝胶体，形成整体性很好的土层，提高土体强度和承载力，水泥搅拌桩有干拌和湿拌两种方法，两种方法的适用条件差异。

3　工程案例解析

3.1工程概况

某城市快速路建设中，道路的地质状况是剥蚀丘陵地貌，道路沿线具有水塘、农田和其他软质疏松的堆积土，地表自上而下的土层参数：（1）耕植土，土质松散，包含树木根茎等腐蚀质，厚度在0.5 m以内；（2）堆积土，没有压实整体呈现干松状态，分布范围很广，深度0.5～2.0 m不等；（3）淤泥层，含有丰富的有机质、泥炭等，具有很大的孔隙率，压缩性高，局部呈现流塑状态，厚度很大，在4.0～10.0 m；（4）残积土层，局部有粘性土，局部含有灰岩砾石，分布1～12 m不等。

3.2软弱地基设计处置措施

由于本道路建设范围内软弱土层分布范围和深度都很大，特别是淤泥层的分布厚度很大，需要采用深层加固设计方法，经过综合分析，采用水泥搅拌桩加固设计，不仅能够满足设计要求，也符合本区域的建设条件和特点。

水泥搅拌桩采用桩径0.5 m，桩长10～14 m不等的进行加固，纵向1.2 m设置一根，横向1.2 m设置一排，设计水泥掺入比为1∶0.5，桩身水泥掺入量设计标准不低于10%。经过设计验算，桩身强度安全系数2.1，复合地基承载力176 kPa，大于下卧层的承载力标准150 kPa。整个水泥搅拌桩设计满足安全性要求。

水泥搅拌桩的施工工艺设计如下：首先进行水泥浆的制备工作，然后进行桩位放样和搅拌机定位，进行水泥搅拌桩的预搅下层施工，重复进行提升、喷浆、搅拌等工作，到达设计高程后进行成桩养护和资料检验，满足要求后进入下一批次的施工。目前道路运营良好，没有出现路面不均匀沉降、塌陷等病害和安全问题。

6　结语

随着我国城市化进程的加快发展，城市道路的建设质量和要求越来越高。对于市政道路建设的软弱地基问题，需要在设计阶段给予充分的重视和考虑，降低软弱地基对道路运营的风险。

论文总结了城市道路软土地基的主要类型和存在特点，分析了软弱地基所形成的主要病害和威胁，指出进行城市道路软弱地基的表层和深层加固设计对策，并对每种工艺的特点进行了总结分析，最后结合一工程案例，通过分析道路沿线地质条件和覆土特点，提出采用水泥搅拌桩加固设计方法，给出了设计方法和施工工法，目前该道路运营良好。

［1］罗杰慧.浅论市政道路工程软基加固技术［J］.中国水运:下半月，2015（6）:237-238.

［2］郑刚，龚晓南，谢永利，等.地基处理技术发展综述［J］.土木工程学报，2012，45（2）:127-146.

［3］陈秋南，张永兴，王祥秋，等.某道路软弱地基的治理技术［J］.建筑科学，2003（4）:13.

［4］孙宝雷.市政道路软基处理现状及设计研究［J］.城市建筑，2014（4）: 250.

U416.1

A

1009-7716（2016）09-0105-03

2016-05-30

刘志平（1977-），女，甘肃会宁人，高级工程师，从事市政道路设计工作。