软土公路路基设计要点分析

高 紫 君

(山西远方路桥(集团)有限责任公司,山西 大同 037006)

0 引言

在省内的公路设计及施工实践中，软土路基结构形式较为常见，尤其是沿河及地下水充盈区域，公路路基的软土特性尤为显著；软土结构由于天然含水率较高，土体颗粒间的内摩擦力值较小，经碾压整平后的成型难度较大，在后期承载过程中容易出现局部应力集中，进而引起不均匀沉降，严重影响公路承载能力及行车平顺性。因此，为了提升软土路基的承载能力，控制软土路基的不均匀沉降量，必须做好软土路基的工程勘察及设计工作。文章以省内某软土路基设计标段为研究案例，就软土路基的设计要点进行案例分析。

1 公路软土路基结构特性分析

根据最新颁布的JTG D30—2015公路路基设计规范中的相关要求，在对软土路基进行鉴别过程中，主要以表1中列出的主要参数为鉴定标准。

根据表1相关数据指标并结合公路路基勘察设计实践可知，全国范围内的公路软土路基相关参数及指标具有内在一致性，因此，可以认为省内的软土路基也具备上述基本特性。软土土体类型主要是指天然含水率超过40%，其中淤泥及淤泥质土体的天然含水率更高，局部可达80%以上，基本呈现流动状，综合承载能力较低，天然孔隙率大于土体液限值，经碾压后难以成型。通过表1可知，软土材料的天然孔隙率超过0.8，在外荷载和不良环境耦合作用下，土体将出现大变形，对于工程结构而言，大变形在工程上是绝对不允许出现的。由于软土土体的压缩性能较高，其压缩系数值与其天然含水率呈现明显的正相关关系。在工程施工过程中，在外荷载的扰动下，软土土体的承载能力快速下降；卸载后，其强度有所恢复但总体上还是低于设计强度。此外，软土的蠕变性特点也不容忽视，在软土处理过程中，常用的处理方法有排水固结，在固结作用下，对软土产生一定的剪切作用，软土长期变形累积作用显著，在外荷载作用下，很容易出现突然间的脆性破坏，瞬间丧失承载能力。

表1 公路软土路基鉴定标准

2 公路软土路基设计分析

在公路软土路基设计实践中，为了满足设计质量，提升软土路基的综合承载能力和抗变形能力，必须遵循以下基本设计准则，以保证软土路基在外荷载作用下的承载能力及沉降值始终处于可控制范围内。

在软土路基设计过程中，基本设计流程如下：第一，做好工程勘察工作，根据标段公路路面层及上部车辆荷载对软土路基的承载要求，确定软土路基的天然承载能力是否满足设计需求；如果满足设计要求，可以直接对天然路基进行夯实、平整，直接使用；如果软土路基天然承载能力不满足要求，应对软土路基进行改良，提升路基的综合承载能力及抗变形能力。表2中列出不同层面位置的软土路基处理方式。以软土路基的勘察资料为基础，分析软土路基的处理可行性，进行技术方式比选，以指导后续软土路基施工实践。

表2 不同层面位置的软土路基处理方式

3 省内某省道软土路基公路设计案例分析

3.1 项目概况

在公路软土路基设计过程中，为了提升软土路基的综合承载能力，延长软土路基公路的服役年限，做好公路软土路基在外荷载作用下的沉降控制工作。文章以省内某标段公路软土路基设计案例为研究对象，就软土路基设计过程中的相关设计参数选取、复合式路基相关计算进行针对性分析，以提升省内软土路基的综合设计能力。通过分析工程勘察出具的地质勘察报告可知，该标段总里程为160 km，其中，部分标段处于沿河路段或者地下水充盈区域，天然路基土体含水率较高，土体天然孔隙率较大，根据现场勘察报告可知，软土路基标段长度累计35 km，软土类型主要以淤泥及淤泥质土为主。

3.2 标段软土路基设计参数

基于既有的公路施工地质勘察资料及报告，根据软土路基的力学特性，拟定选用CFG复合桩进行软土路基处置和加固，在设计阶段，相关的设计参数如下：

第一，CFG复合桩长度设计计算。根据地质勘察报告可知，软土路基的不同土层的承载能力存在较大差异，根据不同的软土路基承载能力特点，确定桩基础的持力端实践长度，实际桩长，该路段位置的淤泥质软土的埋置深度介于3.5 m～7.5 m之间，CFG桩的设计长度均值为5.5 m，最大位置的桩长为9.8 m，满足CFG复合桩能够穿过对应位置的软土层。

第二，CFG复合桩直径设计。根据地质勘察资料确定选用振动沉管桩施工技术，沉管的直径设计值为0.3 m，为了预留一定的承载裕度，将桩基础的直径值设定为0.4 m。

第三，CFG桩基础间距。根据既有的工程经验，选定桩基础的设计桩间距值以桩基础直径的4倍～5倍为宜，据此，桩基础的设计间距为1.5 m～2 m。

第四，CFG桩基础强度等级。根据软土地层的分布形式及相关参数，计算CFG桩基础的承载能力标准值为220 kN，桩基础的强度等级为5.5 MPa。综合分析各种影响因素，最终确定的CFG复合桩的设计强度值为15 MPa。

第五，地下垫层厚度指标。该设计路段的上部结构属于柔性路堤结构，荷载类型为柔性荷载；其中，CFG复合桩的地基垫层厚度值取用值为0.4 m，拟选用施工区域周边的河砂，降低后期软土路基的处置难度和资金投入。

第六，CFG复合桩分布方式。该工程项目中选用截面为方形的满堂分布方式。

3.3 复合式软土路基计算

在设计过程中，CFG复合桩地基承载能力计算选用以下计算公式：

其中，fspk为CFG复合桩基础承载能力特征值，kPa；m为面积置换比例；Rα为单桩基础竖向承载能力特征值，kN；Ap为桩基础截面面积，m2；α为桩基础强度提升系数；β为CFG复合桩承载能力折减系数值，位于0.7～0.85。

通过地质勘察资料可知，该路段位置的天然承载能力均值为70 kPa，β=0.7，CFG复合桩间距值为1.5 m,1.8 m,2 m，得到对应的桩基础承载能力特征值分别为405 kPa,300 kPa,238 kPa。对应标段的软土路基回填土厚度值为6.5 m，综合分析路面承载能力、承载储备，如果CFG桩基础间距值为2 m，桩基础的承载特征值为169 kPa，满足设计容许值。

4 结语

软土路基结构具备天然含水率高、承载强度值较低、夯实整平成型难度大等特点，是决定公路施工质量的关键因素。在软土路基设计实践中，应全面开展地质勘察工作，必须重视设计质量和精度，做好路基综合承载力、沉降值计算，确保后续施工、交竣工阶段顺利推进。