连江粗芦岛公路软基处理方案研究

■陈 景

(福建海瑞建设工程有限公司，福州 350004)

0 引言

连江粗芦岛环岛公路沿线软土较发育，主要分布于冲海积平原中，主要有淤泥、淤泥质土或流-软塑粉质粘土。部分路基段落位于软土地质上，需对软基进行处理，以保证路堤边坡稳定性。同时，对不同的软基处理方案进行比选，选择最优方案[1-5]。

1 项目概况

1.1 项目简介

本项目起于连江县琯头镇粗芦岛后一村，与连江粗芦岛环岛公路塘下至后一段终点相顺接，穿过钟鼓山东南侧垭口绕过湖里洋水库后至后一村北边，经东岸村在闽江最窄处建粗芦岛二桥跨闽江、省道S201后设下岐互通实现与228国道连江下岐至东边段公路的交通快速转换，路线总长2.489119km。

本项目为二级公路，设计行车速度60km/h，路线路总长约为2.5km。线路分为两段，第一段路基宽24m，里程K0+000～K1+600；第二段路基宽17m。里程K1+600～K2+500。

1.2 地质条件

本项目位于福建省东部沿海连江县境内琯头镇，线路段内跨越的地貌单元主要为剥蚀丘陵、残积台地、冲海积河谷及侵蚀剥蚀海岛海岸地貌，整体地势起伏大，局部丘陵地形坡度约15°～30°，多农田及养殖区分布。本项目沿线为村庄、耕地的主要密集区，其浅层地下水和地表水较为丰富。

冲海积地貌地形多以平原地貌出现，海拔10m以下，以海相淤泥、淤泥质粘土及海相砂、贝壳、卵石等组成。沿线软土较发育，分布于冲海积平原中，主要有淤泥、淤泥质土或流-软塑粉质粘土，厚度埋深不均，一般可达4～15m，地基承载力基本容许值较低，40～60kPa，压缩性大，工程性质差，在荷载作用下将产生过量沉降滑移变形。

2 数值分析模型

2.1 计算模型

本文采用有限元岩土软件Geo-Studio中的Slope/W模块来进行二维有限元分析。模拟选取本项目软基段落的3个典型断面进行分析。稳定性计算方法根据《公路路基设计规范》(JTGD30-2015)中的规定采用Bishop法。本项目钻探采用快剪指标，因此，根据规范，路堤边坡稳定安全系数正常工况下应达到1.35[6]。

本项目共有 3段软基段落，K1+400～K1+600、K1+600～K1+690、K1+710～K1+760，分别选取每个软基段典型横断面K1+500、K1+660和K1+740进行分析，计算模型如图1～图3所示。

图1 K1+500计算模型

图2 K1+660计算模型

图3 K1+740计算模型

2.2 计算参数

计算参数均采用摩尔库仑模型，土层参数根据实际工程钻探和室内资料而定，其他参数参考期刊文献[1-5]，其参数如表1所示。

表1 各土层物理力学参数

3 计算结果

基于以上模型和参数，对三个典型断面K1+500、K1+660和K1+740进行稳定性分析，并选取合适的软基处理方案。

3.1 典型断面稳定性

对初始状态下三个典型断面的路堤边坡稳定性进行计算，结果如图4～图6所示，初始状态下路堤边坡稳定性分别为0.940、0.760和1.038，均低于规范所规定的1.30的安全系数要求，因此，需进行软基处理。

图4 K1+500路基断面稳定性

图5 K1+660路基断面稳定性

图6 K1+740路基断面稳定性

3.2 软基处理方案比选

若该段落采用路基方案，需进行软基处理，软基处理分为柔性桩和刚性桩方案，柔性桩采用挤密砂桩，刚性桩采用预应力管桩(PTC)方案。分别选取路基中心填高6m、8m和10m三种工况，对砂桩、PTC桩进行稳定性分析。最后，再加入桥梁方案，对三种方案进行经济性比选。

表2 软基处理方案

软基处理选用挤密砂桩和PTC桩两种方案，经过承载力和沉降验算，各工况选定方案如表2所示。对各工况下软基处理边坡稳定性进行分析，砂桩在中心填土高度分别为6m、8m和10m情况下，安全系数分别为1.333、1.354和1.434；PTC桩在中心填土高度分别为6m、8m和10m情况下，安全系数分别为1.619、1.495和1.455，均满足规范规定1.30的要求。详见图7～图9。

针对软基处理和桥梁在方案合理的情况下，对造价进行比较，结论如表3所示。从表中可以看出，随着中心填土高度的增加，各方案每延米造价逐渐增大，其中软基处理方案造价明显增加，挤密砂桩和PTC桩在填高10m的造价比填高6m方案分别增加了105.1%和104.9%，桥梁方案增加不大，填高10m的造价比填高6m方案只增加了15.3%。

图7 中心填土高度6m

图8 中心填土高度8m

表3 各理方案造价对比

综上所述，从整体造价分析，桥梁＞PTC桩＞挤密砂桩，此规律随着填土高度增加各方案间差距逐渐减小；整体稳定性桥梁＞PTC桩＞挤密砂桩，此规律随着填土高度增加各方案间差距逐渐增大。整体上看，填土高度较矮时选取软基处理方案特别是挤密砂桩方案较为合适，填土高度较高时，可考虑桥梁方案。挤密砂桩虽然具有明显的造价优势，但由于堆载预压所需时间较长，因此在选定方案时需综合考虑。

图9 中心填土高度10m

本项目由于临近海边，购买砂较为容易，施工工期允许进行堆载预压，因此选择较为经济的挤密砂桩方案。

3.3 软基处理后稳定性

软基处理采用挤密砂桩，砂桩直径50cm，桩间距1.5m，等边三角形布置，砂桩穿透淤泥层，桩长4m～10m。软基处理后，路堤边坡稳定系数分别为1.591、1.485和1.386(图10～图12)，满足规范所规定的1.35要求。认为设计方案可行。

图10 K1+500路基断面稳定性

图11 K1+660路基断面稳定性

图12 K1+740路基断面稳定性

4 结语

本文通过采用二维岩土有限元软件Geo-studio的模拟，对连江粗芦岛路基边坡稳定性进行分析，并对软基处理方案进行比选，结论如下：

(1)K1+500、K1+660和K1+740三个典型路堤横断面，在软基处理前，路堤边坡稳定安全系数分别为0.940、0.760和1.038，均不满足规范要求。

(2)从整体造价分析，桥梁＞PTC桩＞挤密砂桩，此规律随着填土高度增加各方案间差距逐渐减小；整体稳定性桥梁＞PTC桩＞挤密砂桩，此规律随着填土高度增加各方案间差距逐渐增大。综合考虑，本项目采用挤密砂桩方案。

(3)采用砂桩软基处理后，三个典型断面路堤边坡稳定系数分别为1.591、1.485和1.386，满足规范所规定的要求