某高速公路软土路基的勘察和处治设计探析

杨 进 许鹏飞

(1.湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北 武汉 430051； 2.湖北石首长江公路大桥有限公司，湖北 武汉 430051)

某高速公路软土路基的勘察和处治设计探析

杨 进1许鹏飞2

(1.湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北 武汉 430051； 2.湖北石首长江公路大桥有限公司，湖北 武汉 430051)

通过分析某高速公路典型软土路基段的地质状况，得出路基沉降和稳定性分析结果，提出了有效的软土处治设计方案，为相似项目提供了方法和思路。

高速公路，软土路基，勘察，设计

1 工程概述

潜石高速公路江陵至石首段位于湖北省中南部，地处两湖平原(江汉平原、洞庭湖平原)地理中心。区内河湖密布，河网、湖泊、洼地密集交错，堤垸较多，路线区软土广泛分布于河湖堆积平原区，成因主要为冲湖积，分布状况以软～流塑状淤泥、淤泥质土为主，局部夹粉土、黏性土及砂。本文以第4合同段K78+673.5～K79+180为典型路段对软土路基的勘察和处治设计进行了详细的介绍和分析。

2 工程地质条件及评价

2.1 地质特征及地层岩性

本区段属河湖冲积平原区，位于新华夏系第二沉降带中部、洞庭湖坳陷北端与汉水坳陷南部的复合部位，地势平坦开阔，海拔高度32.0 m～32.9 m。区段内地表无明显断裂构造迹象，地质构造发育一般。揭露地层上部为第四系冲积、湖积黏性土、淤泥、淤泥质土、细砂层，分述如下：

①黏性土(Qal+l)：黄色，可塑，稍湿，表层0.3 m为耕植土，含有植物根系，地基承载力基本容许值[fa0]=160 kPa。

②淤泥、淤泥质土(Qal+l)：灰黄色、灰色，流塑～软塑，饱和，局部夹有少量可塑状黏土，地基承载力基本容许值[fa0]=50 kPa～90 kPa。主要物理参数指标为：含水量ω=34.8%～70.8%，平均43.0%；孔隙比e=0.986～1.928，平均1.212；液性指数IL=0.76～3.13，平均1.07；压缩系数a1-2=0.28 MPa-1～1.50 MPa-1，平均0.70 MPa-1；属高压缩性土层；快剪凝聚力c=4.3 kPa～21.4 kPa，平均7.7 kPa，内摩擦角φ=3.7°～28.6°，平均11.8°。

③细砂层：灰色、青灰色，稍密，饱和，含有少量粉质黏土，地基承载力基本容许值[fa0]=160 kPa。

2.2 工程地质评价

2.2.1 水文地质条件评价

本区段地表水主要赋存于附近沟渠中，由大气降水补给，水量随季节变化较大。地下水主要为第四系孔隙潜水，水量丰富，主要赋存于细砂以下地层中，透水性及富水性较好，主要受地表水补给，埋深较浅，动态变化受季节影响。地表水及地表土均对混凝土和钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性；地下水对混凝土和钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性。

2.2.2 地震及区域稳定性评价

根据钻孔和剪切波速测试结果，本区段覆盖层深度范围内的土层等效剪切波速Vse估算值为181.94 m/s～196.77 m/s，场地覆盖层厚度大于50 m，根据JTG B02—2013公路工程抗震规范4.1.3条和GB 50011—2010建筑抗震设计规范表4.1.1、表4.1.3，综合评定：场地类别为Ⅲ类，场地土综合类型属中软土，属对建筑抗震一般路段。

根据GB 18306—2001中国地震动参数区划图：本区段场地地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为6度区，根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范，设计地震组为第一组，地震动反映谱特征周期为0.45 s；地震主要为构造地震，而且都是浅源地震，但因其震级较小，对地表危害不大，记载不多，地壳处于相对稳定期，近期无剧烈活动迹象。总体来讲，本区地震活动并不强烈，发震次数少，区域稳定性较好。

2.2.3 不良地质及特殊性岩土评价

本区段沿线地貌上不存在滑坡、崩塌与岩堆、泥石流、水库塌岸等不良地质现象，气候条件也不会出现风沙等现象，地质调查及勘察期间发现采空区、地面沉降、岩溶等不良地质现象，区域地质构造资料及历史地震活动记录表明为地震活动相对较弱，活动频率较低地区。

沿线地处河湖冲积平原区，地形平坦开阔，地形地貌简单，无大断裂通过，虽然岩土种类多，性质变化大，但各地层物理力学性质指标、原位测试试验变异系数一般小于0.3，均匀性较好，且地层起伏面一般小于10%，故地基稳定性较好，但地层中存在深厚软土，软土主要为流塑状淤泥质土，软土呈两层连续分布，具有埋深浅(0.7 m～1.8 m)、厚度大(14.9 m～16.1 m)，分布范围广(全路基段均有分布)的特点，当路堤填筑完成后，易造成路堤稳定性失稳和路堤不均匀沉降，软土应进行加固处理，加固深度宜穿越软土层到达下伏稳定土层。

2.2.4 路基沉降和稳定性分析评价

本项目为高速公路，汽车荷载等级为公路—Ⅰ级，根据设计方案，本区段路基为填方路基，填方高度为6.0 m，路基宽度为26 m，路肩为0.75 m，填方重度取19.0 kN/m3。对于车辆附加荷载强度，附加荷载强度用直线内插法计算，计算结果为15 kN/m3，不考虑行人荷载，取路堤边坡坡度为1∶1.5。

根据JTG D30—2015公路路基设计规范7.6.2条，采用分层总和法计算地基最终变形量，计算结果为：主固结沉降Sc=0.649 m，沉降S=1.289×0.649=0.837 m。本区段路基沉降较大，且分布不均匀，易造成路基不均匀沉降。

根据JTG D30—2015公路路基设计规范3.6.7条，采用简化Bishop法对路堤堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性计算，计算结果为：路堤堤身稳定安全系数为2.034，路堤和地基的整体稳定安全系数为1.246。根据JTG D30—2015公路路基设计规范表3.6.8规定，路堤堤身稳定安全系数不应小于1.35，路堤和地基的整体稳定安全系数不应小于1.40，可知，本区段内路堤填筑后，路堤堤身稳定性较好，路堤和地基的整体稳定性一般，应对地基进行加固处理。

3 地基处理设计

结合设计资料和路基沉降和稳定性分析结果，本区段内软土路基采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)处理，水泥搅拌桩间距为路基段2.2 m，涵洞及通道1.7 m，桥头25 m的过渡段2.0 m，桩径0.4 m，呈三角形布置，在桩顶设置厚0.5 m的砂垫层，并铺设一层土工格栅。

CFG桩桩身强度等级为C10，粉煤灰宜采用Ⅱ级或Ⅲ级粉煤灰。在成桩28 d后进行载荷试验，单桩承载力大于300 kN，复合地基承载力应不小于120 kPa；采用GSL50双向土工格栅，要求每延米纵、横向极限拉伸强度不小于50 kN/m，纵、横向2%和5%伸长率时拉伸力分别不小于20 kN/m，30 kN/m，纵、横向标称抗拉强度下的伸长率不大于13%，碳黑含量不小于2.5%；砂垫层应采用中、粗砂，含泥量不大于5%，渗透系数大于5×10-3cm/s，细度模数大于2.5，压实后密实度至少达到中密。

4 结语

1)软土路基的处治是高速公路勘察和设计的重、难点，提出准确的软基处治设计方需要完备、详细的地质勘察结果，因此必须在初勘和详勘阶段布置充足的钻探孔，结合十字板剪切、静力触探等多种勘察手段获取软基方案分析所必需的物理力学参数。

2)软基处治方案的确定应满足路基沉降和稳定性的要求，通常考虑软基深(厚)度、软土性状、路基填土高度、施工工期等因素。根据路基沉降和稳定性分析结果，对软土处治方案进行确定。

[1] TG C20—2011，公路工程地质勘察规范[S].

[2] 叶书麟，叶观宝.地基处理和拖换技术[M].第3版.北京：中国建筑出版社，2005.

[3] JTG D30—2015，公路路基设计规范[S].

Analysis on investigation and treatment design of soft soil foundation of a highway

Yang Jin1Xu Pengfei2

(1.HubeiTrafficPlanningandDesignInstituteLimitedCompanybyShare,Wuhan430051,China; 2.HubeiShishouYangtzeRiverHighwayBridgeLimitedCompany,Wuhan430051,China)

Through the analysis on the geological conditions of typical soft soil foundation section of a highway, this paper gained the roadbed settlement and stability analysis results, put forward effective soft soil treatment design scheme, provided methods and ideas for similar projects.

highway, soft soil roadbed, survey, design

1009-6825(2017)20-0154-02

2017-05-06

杨 进(1981- )，男，工程师； 许鹏飞(1980- )，男，工程师

U416.1

A