浅论市政道路软土地基处理的设计——以角美奥特莱斯大道工程软土地基处理为例

林文胜

（广东中誉设计院有限公司， 福建 福州 350001）

1 工程概况

奥特莱斯大道位于漳州市龙海市角美镇，项目起于国道324，终点位于奥特莱斯现代服务业园区，是连接奥特莱斯现代服务业项目与厦门、漳州的重要通道。该道路长度2.18km，道路等级为城市主干道，双向六车道，设计车速为40公里/小时，道路红线宽度为50米。

本工程项目所在场地上部土质以软土为主，工程性质差。场地地层分布有如下地层：①素填土（Q4ml）、②粉质粘土（Q4al+pl）、③粗、砾砂（Q4al+pl）、④淤泥-淤泥质土（Q4m）、⑤粗、砾砂（Q4al+pl）、⑤-1粉质粘土（Q4al+pl）、⑥残积粘性土（Qel）、⑦全风化花岗岩（r52(3)c）、⑧土状强风化花岗岩（r52(3)c）。其中④淤泥-淤泥质土（Q4m）为典型的软土，为流塑～软塑状态，地基容许承载力低，工程性质较差，具有压缩性高、孔隙比大、含水量高的特点，它对路基工程和其它构造物基础均造成不良的影响，例如因路基的不均匀沉降影响行车舒适性、因强度及稳定性降低而造成结构物破坏等等，必需进行地基处理。

2 地基处理的目的及要求

软土地基处理的目的是为了解决路堤的稳定和控制工后沉降，工程范围内地层下的淤泥-淤泥质土等高压缩性的饱和软粘土是重点处理的土层。

软土地基处理要求：一般路基地基承载力≥100kPa

工后沉降控制标准根据规范采用为：

一般路基段：50cm

涵洞、箱型通道处：30cm

桥台连接段：20cm

3 软基处理方案比选

3.1 处理原则和方法

软土地基的处理对于道路建成后的使用质量至关重要，针对软土含水量高、压缩性大、承载力低的特点，设计方案应从技术、施工工艺、造价、工期等因素全方位考虑。

地基处理根据软土的性质、物理力学指标、埋置深度和厚度特点及路堤设计高度，结合表层土和耕植土情况分别采用表层压实法、换填法和深层处理法等，根据不同土层情况和工期要求，按经济适用原则，采用不同方法分段处理。

3.2 处理方法和适用条件

（1）换填法（软土厚小于3m）

表层耕土应予全部挖除换填，素填土直接位于粉质粘土之上的采用表层压实法，位于软土之上的与软土一起处理。软土层层底埋深小于3.0m的采用换填法比较经济；大于3.0m的应采用深层处理法。

（2）水泥土搅拌桩+碎石垫层+土工格栅（软土厚大于3m）

对于淤泥厚度大于3m的软弱地基且工期有严格限制时，考虑采用本方案。主要作用原理是搅拌机械充分搅拌水泥浆和土，形成复合地基，该地基为桩土共同作用，提高地基承载能力，减少地基沉降。

（3）塑料排水板+预压+砂砾垫层（软土厚大于3m）

对于淤泥厚度大于3m的软弱地基，砂砾垫层铺设于基底表面，地基设置塑料排水板，形成排水通道，通过加压，加速地基水平和竖向的排水固结，提高地基承载力，减小沉降。

（4）袋装砂井+真空预压+砂砾垫层

对于淤泥厚度大于3m的软弱地基，砂砾垫层铺设于基底表面，地基设置袋装砂井，形成排水通道，通过真空预压，加速地基水平和竖向的排水固结，提高地基承载力，减小沉降。

3.3 方案比较：

（1）方案一使用范围广泛，施工工艺简单，质量容易控制，处理效果好，对环境无影响，造价相对较低。

（2）方案二使用范围广泛，加固深度可达20m，处理效果好，工期短，施工技术要求较高，工程费用相对较高，会影响周边环境。但项目区域施工经验丰富。

（3）方案三施工技术要求较不高，所需的预压期较长，排水固结总沉降量较大，对周边构造物影响较大，同时超（等）载土方需二次调运。但该方法工程造价相对较低，而且项目区域施工经验丰富。

（4）方案四施工工艺较复杂，可有效加速排水固结所需预压期较短，但工艺复杂质量不易控制，对淤泥的均质要求高，造价相对较高，该区域尚未有成功案例。

综合以上比较，并对沿线地质情况进行分析，采用适合的软土处理方式，对于水田、水塘地等地段的浮泥或表层厚度小于3m的软弱地基，可采用方案一即挖除换填处理；对于淤泥厚度大于3米的软弱地基，推荐采用方案二（水泥土搅拌桩+碎石垫层+土工格栅）进行处理。

4 地基处理方案设计

以下设计及计算以水泥土搅拌桩为例进行地基处理设计及地基承载力计算

4.1 复合地基承载力验算

K0+840断面地质情况具代表性，以下计算以K0+840断面为例进行地基承载力验算。

4.1.1 计算参数

K0+840处土层分布：0-0.8m为素填土，qs=10kpa，天然地基承载力为50kpa；0.8-1.6m为粉质粘土，qs=15kpa；1.6-6.2m为淤泥-淤泥质土，qs=6kpa，6.2-17m为粉质粘土，qs=16kpa，qp=180kpa；17m以下为全风化花岗岩。水泥土搅拌桩按照等边三角形布置，间距1.2m，桩径 500mm，桩断面积Ap=0.196m2，桩周长Up=1.57m，桩长按照穿透软弱土层进入承载力相对较高的土层0.5m计算，取6.7m。

4.1.2 面积置换率计算

面积置换率按下式计算：

式中：m-面积置换率；

d-桩身平均直径（m）；

de-一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m）；等边三角形布桩de=1.05s，s为桩间距；

经计算，水泥土搅拌桩的面积置换率为0.52/(1.05x1.2)2=0.157。

4.1.3 单桩承载力计算

式中：

n——桩长范围内所划分的土层数；

qsi——桩周第 i层土的侧阻力特征值。li——桩长范围内第 i层土的厚度(m)；

qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值(kPa)；

α——桩端天然地基土的承载力发挥系数，可取 0.4～0.6，天然地基土承载力高时取低值。

计算:Ra=1.57x（0.8x10+0.8x15+4.6x6+0.5x16）+0.5x0.196x180=104.93kN

4.1.4 桩身材料强度的确定

桩身材料强度确定的单桩承载力大于(或等于)由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力：

fcu——与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块，边长为 70.7mm的立方体，在标准养护条件下 90d龄期的立方体抗压强度平均值(kPa)；

η——桩身强度折减系数，湿法可取 0.25；

up——桩横截面周长(m)；

经计算：fcu≥104.93/（0.25x0.196）=2.14MPa 4.1.5复合地基承载力验算

式中：fspk——复合地基承载力特征值(kPa)；

——单桩承载力发挥系数，宜按当地经验取值，可取 1.0；

m——面积置换率；

Ra——单桩承载力特征值(kN)；

Ap——桩的截面积(m2)；

——桩间土承载力发挥系数，按当地经验取值，可取 0.6；fsk——处理后桩间土承载力特征值(kPa)，应按静载荷试验确定；无试验资料时可取天然地基承载力特征值。

计算:fspk=1.0x0.157x104.93/0.196+0.6x（1-0.157）x50=109.34 kPa＞100 kPa，满足复合地基承载力要求。

4.1.6 复合地基沉降验算

（1）复合地基变形计算应符合国家《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定。

式中：s——地基最终变形量（mm）；

s’——按分层总和法计算出的地基变形量（mm）；

Ψs——沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时可根据变形计算深度范围内压缩模量的当量值（）、基底附加压力按表5.3.5取值；

n——地基变形计算深度范围内所划分的土层数（图5.3.5）；

p0——相应于作用的准永久组合时基础底面处的附加压力(kPa)；

Esi——基础底面下第i层土的压缩模量（MPa），应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算；

zi、zi-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离（m）；——基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数，可按本规范附录K采用。

（2）复合土层的压缩模量可按下式计算：

式中:fak—基础底面下天热地基承载力特征值（kPa）

（3）地基沉降计算深度

计算至全风化花岗岩顶面，计算深度为17m。

（4）计算过程

复合土层沉降计算

复合土层以下土层的沉降计算

压缩模量的当量值：7.000(MPa)

沉降计算经验系数： 1.0

复合土层以下沉降量：S2=1.00 x 146.07=146.07(mm)

总沉降量为S=S1+S2=128.79+146.07=274.86mm＜500mm

故复合地基沉降满足规范要求。4.2复合地基处理设计

（1）水泥土搅拌桩按照等边三角形布置，间距1.2m，桩径 500mm。

（2）桩长按照穿透软弱土层进入承载力相对较高的土层0.5m控制。

（3）水泥搅拌桩90天无侧限抗压强度不小于2.14Mpa，单桩承载力不小于104.93KN，复合地基承载力大于100Kpa。

（4）水泥选用42.5号普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为0.5，桩未偏差不大于50mm，垂直度不超过10%，桩径不小于设计要求。

（5）水泥搅拌桩桩顶设置50cm碎石褥垫层并铺设两层双向宽幅土工格栅以保障路基均匀稳定沉降。土工格栅采用拉伸型双向聚丙烯（TGSG40-40）土工格栅，每延米纵向抗拉屈服强度不小于40KN，端部回折长度应不小于2米。

5 结论

作者所设计的奥特莱斯大道工程已于2015年6月份竣工通车， 经过两年多的运行，该道路运行状况良好，地基承载力及沉降值检测值都与设计值基本吻合。本文以奥特莱斯大道工程软土地基处理为例对软土地基的设计抛砖引玉，强调软土地基处理设计时应先进行方案比选，并结合当地实际施工工艺，确定合理，经济，实用的软基处理方案。

[1]城市道路路基设计规范(CJJ 194-2013)．北京：中国建筑工业出版社，2013

[2]公路软土地基路堤设计与施工技术细则(JTGT D31-02-2013)．北京：人民交通出版社，1995

[3]建筑地基处理技术规范(JGJ79-2012)．北京：中国建筑工业出版社，2012

[4]龚晓光．地基处理手册（第三版）．北京：中国建筑工业出版社，2008