奉化江口桥软土路基处理方案研究

李春香

（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆市 401121）

0 引言

我国幅员辽阔、软土分布十分广泛，在东南沿海及长三角、珠三角地区，分布着大量高含水量、高压缩性，但是承载力低、渗透性差的软弱土层。这类土层排水固结慢，往往需要几年甚至几十年的时间完成沉降稳定。因此，在软土地基上修建道路，很难满足强度与变形的要求，需经过特定的路基处理方能满足使用需求。目前，国内软土地基工程处理方法庞杂，这些方法有各自的作用机理和适用范围，需综合考虑地质、上部结构类型、使用要求、施工条件及技术经济指标等因素[1]。该文通过江口桥工程的路基处理实例，对软土地基处理方案的选择做详细的研究。

1 工程地质概况

工程场地处于近山前平原区及山麓。场地内以平原为主，地形较为平坦，地面标高一般2.0～5.0 m。场地西北部为残丘地貌，地势较陡，地面标高约5～50 m，山坡坡度约20℃～35℃。场地内地表水以河水为主，水资源丰富，剡江为场地内主要河流。

场地主要分布为软土地基，表部为填筑土，厚度约0.6～7.1 m，杂色、松散，含少量黏性土填充，下伏软-可塑状粉质黏土，厚度约0.4～1.7 m，黄灰-灰黄色，俗称“硬壳层”，以下为软土，厚度约5～18 m，以下为冲海积、冲洪积层砾砂、圆砾及风化基岩。

测区内地势平坦，地下水埋深一般1.0～2.0 m。沿线特殊性岩土主要为上部软土与填筑土；沿线未发现洞穴、崩坍、滑坡等较大的不良地质现象，不良地质作用不发育。场地位于建筑抗震烈度Ⅵ度区，设计基本地震加速度0.05g，故不用对场地进行地震液化判别。

2 软土地基处理原则及处理标准

2.1 软土地基处理原则

软土路基处理方法多种多样，在各种处理方法中，软弱土层的工程特性、分布范围及厚度，通常是一级公路路基处理首先考虑的重要因素。根据国内外的工程经验，软基处理方法的选择一般按照不处理—浅层处理方法—排水预压方法—桩基方法的顺序来考虑。不同的方法所解决的主要问题各异，但亦可针对某一地质状况同时采用几种方法以起到综合处理效果。本项目软土地基处理方案的选择遵循以下原则：

（1）根据沿线地形、地基土的工程性质、路堤填筑高度、桥台及不同路段的接坡位置、工期要求等采用不同的处理方法分段加固地基；

（2）处理方案的确定应以减小路基总沉降量，减小桥台与道路接坡的差异沉降，控制工后沉降为主要目的；

（3）经济可行、易于施工、质量可控；（4）总工期能满足进度要求。

2.2 软土地基处理标准

软土地基处理设计标准参照《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）执行。软土地基的处理是从稳定、沉降及满足结构物的承载力要求等方面进行分析。软基处理以工后沉降及路基稳定性为控制指标，具体要求如下：

（1）本路段路面采用沥青路面，其路面的设计使用年限为15 a，在路面的设计使用年限内（15 a）路基所发生的残余沉降为工后沉降，对于一般路段允许工后沉降不大于30 cm，桥台和路堤相邻处中小桥（台后5～7 h），大桥（50 m范围内）允许工后沉降10 cm，箱型通道等构造物处的允许工后沉降不大于20 cm，原有公路加宽段允许工后沉降5 cm。为保证沉降的缓和过渡，桥头与一般路段间根据需要设置过渡段，过渡段一般为20～50 m[2]。

（2）稳定验算的安全系数

稳定验算时，采用圆弧条分法按路堤施工期及公路营运期的荷载分别计算稳定安全系数，施工期采用直接快剪（不固结不排水）指标，按总应力法计算，其容许值为1.10，运营期采用固结快剪（固结不排水）指标，按有效固结应力法计算，其容许值为1.2[2]。

（3）沉降计算

路基沉降量采用分层综合法（Es及e-P曲线）计算主固结沉降Sc，并采用沉降系数m对其进行修正。沉降系数m为一经验系数，与地基条件、荷载强度、加荷速率等因素有关，其范围值为1.1～1.7。根据不同的地基条件、荷载强度以及处理方式等分别确定软基计算用沉降系数m[2]。

压缩层计算深度控制原则为计算层底面附加应力与有效自重应力之比不大于0.15，若确定后计算深度以下还有软土层时，还应继续计算，对于浅薄层软土路段，计算至相对硬层为止。地基固结度按太沙基固结理论计算[2]。

（4）加载速率

填筑速度由施工观测控制：填土速率按路基中心沉降小于1.0 cm/d，边桩水平位移不大于0.5 cm/d控制。对于最高填土填筑期一般不超过9个月，其加载速度以25 cm/周控制。对于复合地基处理的路段亦可采用分级填筑预压，分级填土时间间隔必须也满足上述沉降和稳定的要求[2]。

3 软土地基处理方案设计

针对本项目特点，选用几种常规软基处理方案进行优缺点对比分析，见表1。

3.1 一般路段

一般路段路基填土高度不大于2.5 m，采用排水板＋超载预压或者真空-堆载联合预压对于施工工艺要求较高，且费用较高，故不推荐使用。鉴于本工程中主桥的建设工期约为二十四个月，因此考虑在桥梁建设期间内同步进行路基施工，待路基填筑完成后采用堆载预压，自然沉降。预压时间不小于9个月，经计算工后沉降可满足设计要求。

3.2 临河路段和桥后路段（箱涵后）

表1 地勘土体参数表

为控制桥后路段和临河路段的工后沉降，本项目推荐采用复合地基法对桥后路段及临河路段进行加固。复合地基法既可减少总沉降量，又不需要较长的预压期，对提高地基承载力效果很好。

3.2.1 预应力管桩（PC桩）

预应力管桩的设计思路是利用桩基减少路堤的总沉降来达到控制路堤的工后沉降。具体设计是在软土地基中按一定间距打设刚性桩，刚性桩顶端布置相应的桩帽，在桩帽顶面铺设土工格栅加筋垫层。路堤的荷载通过土工格栅加筋垫层作用于桩帽，然后传递至桩身，形成一个相互作用受力体系，通过该作用体系，通常沉降很小。目前，该工法的应用越来越多。采用预应力管桩施工速度快，施工质量容易控制，处理深度不受限制，处理效果好。但是费用较高，施工过程中对周边建筑和管线有振动影响。在场地允许的情况下，应采用静压法沉桩。

3.2.2 钉形双向水泥搅拌桩

常规的水泥搅拌桩存在均匀性差，浆液上冒、受力不合理、经济效益低等问题。钉形水泥土搅拌桩是针对现行搅拌桩存在的问题，对施工机械和工艺的一次改进，已获得国家发明专利，被广泛的运用于公路及市政工程。其原理是采用同心双轴钻杆，在内钻杆上设置正向旋转叶片并设置喷浆口，在外钻杆上安装反向旋转叶片，通过外杆上叶片反向旋转过程中的压浆作用和正反向旋转叶片同时双向搅拌水泥土的作用，利用水泥或水泥砂浆作为固化剂，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，使土体与固化剂发生物理化学反应、形成具有整体性、水稳定性和较强高度的水泥土加固体。并且由于同心双轴内外钻杆同时正反向转动，可以充分搅拌土体及阻断泥浆上冒通道，有效改善复合地基的承载特性，充分发挥地基土体与增强体两部分的承担荷载的潜能。

钉形双向水泥搅拌桩虽然工艺改进明显，但是在实际施工过程中，仍然受到水泥喷入量、喷浆压力及施工水平等各种因素控制，需要加强监管。

3.2.3 螺纹塑料套管现浇混凝土桩（TC桩）

螺纹塑料套管现浇混凝土桩（TC桩）是借鉴国外先进技术的基础上消化和吸收后发展起来的，并且对其材料、工艺和设备进行了重新开发和改进，使之成为更加适合我国国情便于国内推广应用的新型地基加固方法。

TC桩优点在于：

由于套管的存在，避免断桩等质量事故，桩身完整性好，质量可靠；

没有充盈系数，混凝土用量可以控制，节约造价；

提高了施工速度，降低了施工费用；

套管里是一个密闭空间，浇筑混凝土时可保证不受地基中土、水的影响，而保证混凝土的浇筑质量；

其专用套管（单壁螺纹型塑料套管）表面带有螺纹，这样与表面光滑的预应力管桩等相比有较大的桩侧摩阻力和承载力。

TC桩缺点：

桩径小（一般为0.16 m），桩的长细比大。最大处理深度不超过25 m，最佳处理长度为16～20 m，超过20 m后，施工难度大，桩端最好能进入较好的土层。

3.2.4 螺纹塑料套管现浇混凝土桩（TC桩）

带受力盘TC桩是针对TC桩桩径小，桩的长细比大，桩长受限，桩端最好进入持力层的缺点改进的，即在螺纹管放入钢管之前，在螺纹管上每隔1～2 m间距设置一个塑料受力盘。然后再用较大直径的钢管把带受力盘的螺纹管打到地下，完成打设后在螺纹管内浇注钢筋混凝土。

该工艺已经在临港新城其他工程中应用。

带受力盘TC桩优点：

该工艺改进增大了桩径，减小长细比，处理深度可达30 m。

相当于让TC桩每隔1～2 m就受到一个桩端承载力，大大提高了桩的承载力。

带受力盘TC桩缺点：

周围土体回复较慢，28 d承载力检测值偏小，但28 d后承载力仍有较大幅度地提高。

桩的极限承载力受混凝土强度控制，混凝土标号要求较高，需要C40甚至C50混凝土。

3.3 软基处理方案确定

根据本工程沿线地基土的工程地质条件、设计填土路堤高度及施工期限，结合项目所在地成熟的施工经验，推荐如下方案：

3.3.1 桥头路段及箱涵后软基处理

（1）桥头路段及箱涵后处理位于老路改建路段

老路改建路段，水泥搅拌桩较难施工。由于路基沉降基本趋于稳定，因此，对老路翻挖后，采用轻质材料填筑路堤。由于采用粉煤灰填筑路堤时容易对环境产生污染，因此推荐采用泡沫混凝土作为老路改建路段桥头和箱涵后回填的轻质材料。泡沫混凝土性能要求：泡沫混凝土的强度等级不小于F1.0，表观密度等级不小于D800；流动度为180±20 mm。

（2）桥头路段及箱涵后处理位于新建路段

根据地勘报告，桥头路段及箱涵后软土处理深度不超过16 m，因此采用钉形双向水泥搅拌桩，直径60 cm，平面梅花形布置，桩间距1.8 m。上部采用扩大头5 m，直径1.0 m。桩身设计强度1.0 MPa。处理范围约为台后40 m，其中靠近桥头20 m为软基处理加固段，桩长16 m，为保证桥头路基沉降均匀过渡，在加固段外设置20 m过渡段，桩长13 m。台后、涵身背后和涵洞顶部采用渗透性好的级配碎石回填。

3.3.2 临河段软基处理

根据地勘报告，临河路段淤泥层较厚，桩处理深度需达到22 m，不适宜采用水泥搅拌桩和普通TC桩进行软基处理，临河段软基处理采用预应力管桩（PC桩）或带受力盘的TC桩进行比选，见图1、图 2 及表 2。

图1 预应力管桩（PC桩）

图2 TC桩

结合奉化同类项目的施工经验及当地施工技术水平，临河段采用预应力管桩（PC桩）处理。直径40 cm，壁厚95 mm。其具体规格和技术指标参见浙江省建筑标准设计结构标准图集“先张法预应力混凝土管桩”（2010浙 G22）中的 PC-400A（95）型。每根管桩包含接桩和开口型桩尖，桩帽采用C30混凝土，桩帽含与管桩的连接，其桩帽尺寸为120 cm×120 cm×35 cm[3]。为保证临河路段与非临河路段均匀沉降，分别采用22 m、20 m、18 m的桩长进行过渡。

表2 PC桩和TC桩比较表

4 结语

该文根据实体工程中软基处理方案，比较分析了不同处理方案的优缺点及适用范围，并得出以下结论：

（1）软土分布区域及处理位置将直接影响处理方案的确定，该文主要按一般路段，临河路段、桥头及箱涵台背路段进行了讨论。

（2）软基处理方案的确定，需要综合考虑各方因素，实际工程中，土体厚度，工期特点，造价，施工难易程度及工程所在区域的施工技术水平都会直接影响工程方案的确定。

（3）合理的处理方案，在提高土基承载力的同时，还可以缩短工期、节约工程投入资金。