平兴高速山区软基处理综述

樊孟军

摘 要：随着经济的发展，国家越来越注重对基础建设的投资，高速公路建设近些年得到了大大发展。高速公路软基地区处理是否得当是衡量公路整体质量的关键，对高速公路软基进行分析处理显得至关重要。该文结合平兴高速山区软土特点，分析了山区软基处理的主要工程隐患与常见问题，详细介绍了平兴高速通过动态设计在清淤换填、软基处理范围和管桩复合地基等方面所采取的技术措施，并根据软基监控数据指出其技术措施得当、软基加固效果良好，可为类似工程的设计与施工提供借鉴。

关键词：山区软土 软基处理 平兴高速

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0082-04

随着科学技术的发展，高速公路软基处理技术也得到了很大发展。该文结合作者实践，对平兴高速公路软基路段实际施工情况进行了分析，指出了此软基路段的特点及其工程隐患，并对常见问题进行了分析，得出山区软基处理主要存在软土分布勘察遗漏、不均匀沉降、路基稳定性、软基处治不当等工程问题，最后根据软基监控数据指出其技术措施得当、软基加固效果良好的结论。

1 工程概况

济南至广州国家高速公路平远（赣粤界）至兴宁段是国家规划的“7918”高速公路网中的第四纵——济南至广州高速公路（编号G35）的组成部分，路线起于梅州市平远县（赣粤界），经平远、梅县、兴宁，终于五华县境内，与梅河高速公路相接。项目全长99.544 km，全线采用双向四车道高速公路标准建设，设计速度100 km/h，路基宽度26 m，概算总金额为80.337亿元。项目于2012年12月28日开工建设，2013年6月25日全面开工，计划2015年底建成通车。路桥比例为0.75∶0.25，最大路基填高31 m，全線路基填高20 m以上的路段多达47处，项目具有规模大、工期紧的特点[1]。

施工图设计针对软土分布厚度、埋深、路基高度的具体情况，综合采用了清淤换填、直接预压、袋装砂井堆载预压、水泥搅拌桩复合地基、CFG桩复合地基和管桩复合地基等方法进行软基处理。

2 山区软土特点与软基处理工程隐患

项目沿线地貌以侵蚀丘陵为主，其次为河流冲洪积盆地地貌及低山地貌区，地形起伏相对较大。沿线软土主要分布于冲积平原区、河流谷地及山间洼地，主要由第四系沼泽相淤泥质粉质黏土及淤泥组成，其中平原区软土呈片状分布，山间洼地软土呈点状或带状分布。主线软土分布共144路段，累计长度为16.6 km。软土的厚度一般为0.4～5.95 m，局部达到7.2～8.10 m，覆盖层一般为耕植土、素填土及粉质黏土，厚度为0～9.40 m。

2.1 山区软土特点

该项目软土主要分布于侵蚀丘陵地区，相对于珠江三角洲地区广泛分布的软土，该项目软土具有以下几个特点。

（1）分布范围小、厚度变化大。软土一般发育于山间沟谷狭小地带，受周边地形、地貌影响，软土分布面积一般较小，且因下伏硬层一般为倾斜岩土层，软土厚度变化大且底面呈倾斜状。

（2）有机质含量高。在软土形成过程中，季节性雨水将山坡上残枝枯叶冲进山间谷地里，这些树木经过一定的地质年代后腐烂分解，便形成了有机质含量较高的软土。

（3）成分复杂、强度变化较大。软土的形成环境山间谷地多为丘岭排水通道，其成分多以坡洪积、重力堆积的物质为主，沉积物质分选条件极差，土质变化多样，既有经过长距离搬运的黏土、砂黏土及有机物质，还有滞留在原地的残积土和基岩的风化物，其组成成分的复杂性与形成环境的多样性，导致山区软土的强度变化较大。

2.2 软基处理潜在工程隐患

根据以往工程经验，结合该项目的特点，软基路段的工程隐患主要表现为以下几个方面。

（1）软土分布勘察遗漏。由于山区软土分布范围小，加上通行条件差，勘察设计阶段易遗漏个别路段的软土勘探，在施工阶段如地质补勘工作实施不到位，因路基填高一般较大，这些软基路段在路基填筑过程中存在较大的路基安全隐患。

（2）路基不均匀沉降，路面出现裂缝。山区软土分布厚度在路线纵横向上变化均较大，而路基填土高度一般较高，路基易发生不均匀工后沉降，造成公路建成通车后不久路面便出现纵横向的裂缝，见图1。尤其是在一些陡坡路堤路段和路线超高路段，填土高度的变化进一步扩大了路基不均匀沉降。

（3）路基稳定控制较难。山区软土层下伏地层往往为强度较高的风化岩层，岩面倾斜角度较大，在路基填筑上覆压力作用下，倾斜岩面上软土的抗滑力相对较小，软土层容易沿着岩面发生滑动变形，当积累到一定程度时便会发生路基失稳事故。另外，软土层本身在路堤荷载作用下，高处的软土有往低处单个方向蠕变的特性，加上低处的软土抗滑力往往较小，这便进一步降低了山区软土路基的稳定性。魏永幸[2]通过离心模型实验对比研究了水平软弱地基与坡比为1∶10的斜坡软弱地基的变形，发现前者的最大水平变形值仅为后者的6.4%、最大竖向变形值比值为33%，而且发生最大变形处的位置均有明显不同。

（4）路基高度大。山区软基路段的路堤高度一般都有10 m以上，有的甚至大于20 m，路基底宽可达100 m，这种情况下，地基附加应力高且影响深度大，一般在平原地区高速公路不需要加固处理的软弱黏土层，如液限在0.75～1.0的黏性土，在附加应力很大的情况下也会产生较大的压缩量，并且固结时间也较长。对于此类山区软弱土层，往往也要进行地基加固处理，否则路基稳定与工后沉降将满足不了规范要求。

（5）软基处治不当。山区软土由于存在上述工程特点，在进行软基处治设计与施工时，需要根据具体工况进行精细化设计。某高速公路因软基处理不当发生了70余m路基滑塌，见图2。

该路段为山区软土路段，左幅为高填路基（约13 m），软土厚度较大，右幅临近山丘坡角，软土厚度较小，采用粉煤灰CFG桩复合地基处理，桩端设置在风化岩层上，桩长8～10 m。据事故后的原因分析，滑塌是软土层在路堤荷载作用下由右侧向左侧发生蠕变，对CFG桩产生了水平向左的推力，而由于CFG桩水平抗力较低，桩身发生了水平断裂，丧失了其竖向承载能力，最终导致该路段突然坍塌。从技术角度看，该路段的软基处治存在两个问题，一是将长度较短的刚性桩桩端设置在坚硬的岩层上，桩身抗倾覆能力低；二是没有考虑到底面倾斜的软土具有较大蠕变的特性。

在施工工艺上，如果不针对山区软土的特点进行相应调整，同样会出现工程质量问题。如某高速公路山区软基路段的涵洞地基采用管桩复合地基处理，由于施工时未根据路基范围内软土分布厚度控制桩长，而采用了统一桩长，结果在该路段的涵洞施工并且填土完成后，因半幅路基管桩未打穿软土层而造成涵洞涵节之间错台严重，影响了涵洞的排水功能，见图3。

3 软基处理设计与施工常见问题

在以往山区高速公路软基加固设计与施工中，常出现以下几个方面的问题。

（1）清淤换填应用不当。

山区软土一般埋深、厚度与面积均相对较小，清淤换填往往是效果最好、造价较低的处理方法，因此，山区软基处理中被广泛应用。但对于部分受地形限制，交通条件差、弃土场难找的路段，大量挖除的软土弃运难度大；且因軟土层承载力低难以支撑重型机械，挖淤与弃淤工作面难以展开，造成施工成本增加与弃淤占用面积增大，不利于质量控制与环境保护。

（2）软基处理范围与实际不符。

山区软土形成受地形限制，厚度变化较大，在设计详细勘察阶段难以全面摸清软土分布状况，施工图设计中软基处理范围多根据地形与经验来确定，加上现场地形与图纸的误差，设计处理范围与实际软土分布范围常有不一致的情况。

（3）管桩复合地基应用不当。

因山区软基路段路基填高较大，在软土分布厚度较大时，出于路基安全稳定考虑，多采用管桩复合地基处理。但由于山区软土厚度变化大，在采用同一收锤标准的情况下，管桩桩长变化较大，增加了施工配桩难度，施工方为降低截桩的成本，多采用统一桩长，这样便易在软土分布厚度较大的范围内出现浮桩，造成路基不均匀沉降或滑移。

另外，山区软土层与基岩之间的硬土层厚度往往较小，当基岩顶面倾斜度较大时，路堤整体稳定性较差，此情况下不宜采用管桩复合地基，《广东省公路软土地基设计与施工技术规定》对此做了专项规定[3]。

（4）水平排水层未延伸至两侧路基外。

采用排水固结法处理路段路基两侧的水平排水垫层被路基填土覆盖，未按设计要求延伸出坡角外，造成垫层排水不顺畅，减缓了软土排水固结和强度增长速率，易导致工后沉降增加，在路基填高较大的情况下，还可能出现路基稳定问题。

（5）工作垫层厚度过大。

山区沟谷原地面一般呈倾斜状，部分路段路堤高度大，软基处理底宽大，在个别采用复合地基处理的路段，施工单位为了平整加固桩的施工作业面，在原地面较低一侧填筑的工作垫层厚度偏大。因天然地基承载力不足，工作垫层厚度接近于极限填土高度，加上工作垫层压实不足，在雨水作用下易出现工作垫层滑移。同时，工作垫层厚度偏大造成软基处理工作面宽度不足，路基坡角附近的加固桩无法施工（如图4所示），易因坡角未处理范围的路基产生过大沉降出现路基病害。

4 软基加固技术应用

4.1 软基处理设计原则

平兴高速施工图设计针对软土工程特性、路基形式与稳定验算结果，采用的设计指导原则如下。

（1）软弱土地基深度小于3 m及半填半挖路段，采用换填法处治，回填料采用开山石、填级配碎石、粗粒土、中粗砂等粗粒土。

（2）填土高度不超过10 m、软弱土深度不小于3 m的路段采用袋装砂井或水泥搅拌桩处治。

（3）填土高度不超过15 m、软弱土深度不小于3 m的路段采用CFG桩。

（4）填土高度超过15 m、软弱土深度不小于3 m的路段采用PHC管桩。

根据上述指导原则，平兴高速各软基路段选用处治方法统计如表1所示。

4.2 软基处理质量保证措施

该项目在充分调研工程实践中山区高速潜在问题与设计、施工常见问题的基础上，为保证软基处理效果，采取了一些针对性的技术措施，通过动态设计，确保了施工质量。

（1）清淤换填。

该项目线路较长，清淤换填工程量达110万m3，见表2。为确保换填施工质量，尽可能将换填深度控制3 m以内，超出3 m的路段与其他加固方案比较选择使用。另外，在路基填筑过程中，选择代表性路段进行路基稳定监控，以监测结果动态控制路基填筑速率。必要时根据具体情况可采取降低填土速率、设置反压护道、注浆加固等措施。

（2）软基处理范围。

对于换填处理的路段，结合挖探结果动态调整清淤换填深度与范围；对于深层处理的路段，每20 m布置一个试打断面，根据试打结果确定加固桩施工长度与处理范围。

（3）管桩复合地基。

根据路基填高、涵洞基底承载力要求，确定单桩承载力设计值，对应300 kN、400 kN和500 kN的单桩设计承载力，分别采用80 cm/10击、60 cm/10击、40 cm/10击的收锤控制标准。

（4）水平排水层。

在路基填筑过程中随时留意察看水平排水层是否伸出坡脚，当有路基土覆盖的情况时，沿线路纵向间隔10 m设置一条横向30 cm×30 cm排水盲沟或埋设一条Φ10 cm塑料排水管，连接水平排水砂垫层，使砂垫层的水能顺畅地排出路基外，加快地基土固结速率。

（5）工作垫层厚度大。

对于地面斜度较大的复合地基处理路段，工作垫层按图5所示的台阶式填筑，这样可大幅降低路堤外工作垫层厚度，减少临时租地面积和确保路基稳定。

4.3 加固效果

该项目12个潜在变形较大、稳定性相对较低的重要软土地基路段的变形情况如表2所示。

（1）依托工程各路段在施工期的累计沉降与累计水平位移整体上较小，根据实测沉降数据通过拟合推算的剩余工后沉降也相对较小，均小于100 mm。工程实施过程中也未出现路基滑塌问题，整体上全线软弱土加固处理效果良好。

（2）两个管桩复合地基处理路段变形相对较大，累计沉降大于500 mm、水平位移大于200 mm，这主要是路基填高较大，且管桩间距2.5 m、2.9 m稍偏大。路基填筑过程中根据路基稳定监控动态调整了填土速率，未出现路基稳定问题，且后续填土变形速率较小，推算工后沉降仍小于100 mm。此类路段在优化管桩间距以降低处理费用，并在软土地基稳定监控指导下进行路基填筑，确保了路基稳定，工后沉降较小，加固效果优良，很好地兼顾了造价与质量两个方面。

（3）全线针对各路段具体情况，采用了多种软弱土地基处理方法，均取得了较好的加固效果，反映出项目软土地基施工质量措施得当。

5 结论

（1）相对平原地区的软土，山区软土具有分布范围小、厚度变化大；有机质含量高；成分复杂、强度变化较大的特点。

（2）山区软基处理主要存在软土分布勘察遗漏、不均匀沉降、路基稳定性、软基处治不当等工程问题。

（3）平兴高速结合以往工程中山区软基处理潜在风险与设计、施工中存在的常见问题，在工程建设过程中根据具体情况采取了针对性的技术质量控制措施，通过动态设计取得了良好的软基加固效果，可为类似工程的设计与施工提供借鉴。

参考文献

[1] 济南至广州国家高速公路平远（赣粤界）至兴宁段施工图设计[Z].

[2] 魏永幸.斜坡软弱地基填方工程特性理论研究[A].中国岩石力学与工程学会.第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C].2004.

[3] GDJTG/T E01-2011，广东省公路软土地基设计与施工技术规定[S].人民交通出版社，2012.