市政道路下穿高速公路软基处理方案比选

广东省交通规划设计研究院股份有限公司 广东 广州 510507

正文：

0 前言

随着高速公路的发展和城市化进程的加快，市政道路与高速公路的交叉情况越来越多。

其中软基处理方案是市政道路穿越高速公路的关建技术问题之一。在保证地基承载力、沉降满足设计要求的前提下，还要确保软基处理方案不会影响高速公路的正常运营。

1 项目概况

某市政道路采用城市次干路的标准，设计速度为40km/h，双向四车道，路基宽度30m。市政道路在桩号K1+408.53处经过现状高速公路（桥梁段）。经项目前期研究及沟通，确定市政道路以路基形式下穿高速公路。

2 建设条件

2.1 地形地貌

项目区属冲积平原区，地势平坦，地面高程约1.0～3.6m，路线所经过地区为居民区、鱼塘、农田、城市道路、河涌等。

2.2 地质概况

根据勘探成果，场区主要揭露地层为第四系海陆交互相冲洪积、淤积，从上往下依次为：①杂填土（Qmc）：灰黄、灰褐色，稍湿～湿，稍压实，主要由粉质粘土、碎石、砂砾组成，厚度1.00～2.50m。

②淤泥质细沙（Q4mc）：浅灰～深灰色，饱和，松散，级配差，含少量淤泥质，厚度3.80～4.10m。

③淤泥（Q4mc）：灰黑色，饱和，流塑，含少量粉、细砂及腐殖质，味臭，厚度1.90～17.30m。

④粉质粘土（Q4al）：灰黄、灰红色，湿，可塑，以粉、粘粒为主，局部含少量中砂，粘性较好，厚度1.00～13.20m。

2.3 高速公路现状

高速公路双向四车道，设计速度100km/h。在市政道路下穿段，高速公路为3孔17m空心板梁桥，桥梁法线与道路交角4.724度，新建道路与桥墩轴线平行，下穿长度为24.3m；上部结构为75cm预应力砼空心板梁；桥墩下部结构采用桩柱+盖梁结构，盖梁高130cm，宽140cm，桥墩直径D120cm。桩基础均为摩擦桩。

图1 现状高速公路桥

3 主要设计原则

①软基处理的施工机械要求能在高度限制条件下进行施工；

②施工过程中，软基处理方案对桥梁的沉降和水平位移必须严格控制在允许范围内，以免对现有桥梁造成破坏；

③软基处理后的路基沉降要小，避免路基沉降引起对桥梁桩基的负摩阻力。

4 软基处理方案拟定

市政道路下穿高速公路段属于低填路基，现状地面标高约2.1m，设计标高为2.3m。高速桥梁梁底最低点标高为6.9m。下穿段的软土底层标高为-12.9m，最大埋深为15m。

根据项目的特点以及现状桥梁的变形允许值，拟定了以下三个软基处理方案：1）高压旋喷桩、2）树根桩、3）换填轻质土。

4.1 高压旋喷桩

高压旋喷桩以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。高压旋喷桩施工设备高度小，在净空受限的情况，是常见的施工工法之一。

高压旋喷桩复合地基采用矩形布置，桩间距1.5m，桩身直径采用50cm，路面结构底面以下0.6m作为桩顶标高，设计桩底穿透淤泥层不小于1m。在桩顶设置60cm级配碎石垫层作为褥垫层，有利于发挥桩间土的作用。高压旋喷桩复合地基设计单桩承载力120kN，复合地基承载力100kPa。

高压旋喷桩方案的特点：①适用于低填路基，桩顶设置褥垫层后可直接铺设路面结构；②工艺成熟，施工速度最快，占地小；③高压旋喷桩造价较高；④旋喷桩高压水压力达到20MPa，临近桥墩时会对桥梁桩基有一定影响，但经过计算机模拟，桥墩及桩基变形在允许范围内。

图2 高压旋喷桩方案设计图

4.2 树根桩

树根桩是一种小直径的钻孔灌注桩，直径一般在10～30cm。树根桩通过钻机成孔，再用注浆机灌注水泥浆形成素混凝土桩。

树根桩复合地基按正三角形布置, 间距1.3m，桩径为30cm，采用C30素混凝土桩。树根桩桩在路面结构底面以下0.6m作为桩顶标高，桩底应穿过软土层，进入粘土层1.5m以上。同样在桩顶设置60cm的级配碎石作为褥垫层。树根桩复合地基方案设计单桩承载力100kN，复合地基承载力100kPa。

树根桩方案的特点：①树根桩与刚性桩特征相似，复合地基工后沉降小；②树根桩旋挖钻成孔对周边土地影响小，该工法对桥梁桩基影响较小；③树根桩在低填路段的软基处理实例少，施工技术难度较高；④树根桩工程造价最高。

4.3 换填轻质土

换填轻质土方案是通过气泡轻质土置换原状土体，达到新建道路与当前地基荷载相同的目的。

设计气泡轻质土的施工湿重度取6kN/m3，28天无侧限抗压强度≥1.0MPa，最大稳定吸水率≤10%。

根据本项目路堤填高、路面结构重度及车辆荷载，计算得到气泡轻质土换填厚度为2m，即超挖至路面结构底面以下2m，进行气泡轻质土的浇筑。

换填轻质土方案的特点：①换填轻质土方案工后沉降较小；②换填过程中需要在桥梁桩基旁超挖过2m的基坑，在施工过程中容易引起桥梁桩基的水平位移；③换填轻质土方案工程造价最经济。

5 软基处理方案比选

结合项目的特点，从施工对现状桥梁的影响、施工工艺、工期和工程造价等四个方面进行方案对比，详见下表：

表1 软基处理方案对比表

考虑到高压旋喷桩工艺成熟、工期最短，造价适中，对于现状桥梁的影响在可控范围内，因此作为市政道路下穿高速公路软基处理的推荐方案。

6 结语

根据现场施工实测数据，高速公路桥墩沉降及水平位移均在设计允许范围内，单桩及复合地基承载力满足设计要求，表明高压旋喷桩方案合理可行。

本文通过实际工程案例，对市政道路下穿高速公路的软基处理方案进行对比，并结合施工监测的结合进行分析总结，为今后工作中面临类似情况的提供参考。