粤西地区公路改扩建路基拼宽中软基处治分析

文/王璐

1 工程概况

某一级公路改扩建项目位于粤西地区，毗邻沿海，软基分布广泛，地貌类型为河流三角洲平原，地形十分平坦，属于一级冲积阶地。路面设计高程以下存在较大厚度的淤泥、淤泥质土等软弱土层，承载力很小。当前工程中多采用开挖换填、塑料排水板、袋装砂井、强夯碎石桩（墩）、水泥搅拌桩、预应力砼管桩（PHC 桩）、水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）等办法进行软土处治。本文将对该项目软基处治措施进行讨论。

2 常用软基处治方法分析

2.1 开挖换填

软基开挖换填技术简单，从经济角度考虑一般用于浅层软基处治（软基厚度不超过3m）中，即挖出浅层软土，用如砂、砾石、卵石、片石、片碎石等透水性材料或强度较高的砂土来填充。

2.2 塑料排水板

塑料排水板有较轻的质量，便于施工，排水稳定，地基固结速率快，能够加速地基沉降；但不能较大地提高地基承载力，且预压时间长，工后沉降大，同时由于需要等载或超载预压，会导致需要大量借方和卸载弃方[1]。

2.3 袋装砂井

袋装砂井法处治软基能使地基固结速率加快，地基加速沉降；施工工艺和机具简单，工期短，质量易控制，费用低，且能够通过改进工艺来处理砂土液化。该方法缺点是对地基承载力提高效果不大；预压时间长，工后沉降大；对于高填土软土路基，需要结合真空预压、土工格栅、反压护道等措施进行；因等载或超载预压的需要，会导致借方量和弃方量增加。

2.4 强夯碎石桩（墩）

2.4.1 强夯碎石桩处治软基的优点

地基的承载力显著提高、孔隙比会降低、且兼顾排水和置换；工期较短；可用强夯法施工，兼顾处理砂土液化问题。

2.4.2 强夯碎石桩处治软基的缺点

用碎石量大，处理费用中等；桩下部施工质量难以控制和检测，强夯成桩对周围环境噪音和建筑物影响较大，施工阶段需要采取一定的安全措施；一般广东地区公路项目软土处治中很少采用。

2.5 水泥搅拌桩

水泥搅拌桩在工程中应用较多，其优点是：加固后地基强度提高较多；总沉降及工后沉降均较小；施工工期较短；桥涵施工时可以不采用反开挖法施工。该方法缺点是：造价较高；处理深度不宜超过15m，施工质量难以控制和检测；桩体检测时间长；桩身强度受限[2]。

2.6 预应力砼管桩（PHC 桩）

预应力砼管桩（PHC 桩）多用于较重大工程当中，其优点有：稳定性强，有较强贯穿力，本身强度；适用于各种类型的地基处理；便于运输，施工快捷，工期短，方便检测；总沉降及工后沉降均较小；桥涵施工时可以不采用反开挖法施工。该方法缺点有：需要专门的大型机械设备，对运输条件及施工作业面要求高；小范围、小规模处治会加大成本。

2.7 水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）

CFG 桩常用于广东地区软土路基处治中，其优点有：适应范围广，在黏性土、粉土、砂性土、杂填土及湿性黄土等工程处治中采用较多；施工速度快、工期短；承载能力强，工后沉降小。该方法缺点有：造价高；质量控制困难，受地下水、拔管速度等因素影响，易塌孔；环境污染、震动噪声大等。

3 软土路基处治

本文以粤西某改扩建项目拼宽路基的软土处治为例。项目现状为省道，标准是公路等级一级，整体式路基，双向四车道宽度为24m，改建方案是在原路基两侧进行拓宽，均拼宽5m，改建后路基宽度为34m，且拓宽成为6 车道。本项目软土主要为水田、水塘浅层软土，厚度在2～20m 之间；以淤泥质粉质粘土及软塑粉质粘土为主，承载力、强度低。本项目现状路基于2002年施工建设，软土原处理方案为：厚度＜3m 路基段落采用开挖换填处理；厚度＞3m 的段落采用袋装砂井+砂垫层+堆载预压的处理方案，截至改建为止固结沉降时间已大于15年，沉降达到稳定，已观测不到路基沉降。现两侧加宽路基部分依然以软土为主，承载能力、地基沉降不能满足规范要求。拼宽路基处软土处治为本项目的重点，在新旧路基拼宽时，应保证拼宽路基的沉降满足要求，避免运营过程中由于沉降造成拼接处开裂，影响道路正常使用。结合不同的软基厚度，项目中采用了三种处理方案：

3.1 对于软基厚度＜3m 路段，挖除软弱土后，路床设计高程以下50cm 采用碎石、砂砾等透水性材料换填处治，换填材料必须分层压实，压实度不小于93%；地下水位以上50cm 以上采用一般路基土换填处治。基坑开挖深度＞2.5m 的段落，利用工字钢对边坡进行处治，以保证原有路基稳定。

3.2 对于软基厚度＞3m 且≤16m 的路段，采用水泥搅拌桩。利用分层总和法计算主固结Sc 和路基沉降量，同时用沉降系数m 来对计算结果进行修正，沉降系数m 在1.1～1.6 合理取值。原则上压缩层计算深度控制为计算层底面附加应力与有效自重应力之比≤0.1。另外，采用等边三角形的桩布置形式，桩径d取50cm[3]。水泥搅拌桩设计要点主要有：

3.2.1 成桩工艺：桩长＞10m 采用浆喷搅拌法，≤10m 采用粉喷搅拌法，“四喷四搅”工艺，如遇含水量过大，可考虑适当增加水泥用量。

3.2.2 水泥渗入比：水泥标号为42.5 级，普通硅酸盐水泥，其质量占比为15%。

3.2.3 水泥浆的水灰比：0.4～0.5。

3.2.4 桩径d：桩径d 为50cm。

3.2.5 设计桩长：桩底应进入承载力较好的粉质黏土或者中粗砂土层；设计桩长为区段平均桩长，在施工现场通过实验确定桩长，达到设计桩长即可施工；当桩长＞15m 时，应采取相应措施保证成桩质量。

3.2.6 整平施工现场，把地上和地下障碍物进行全部清除；平整后应要适当碾压，使得现况地面土密实。对于需要进行河道拓宽的路段，要先抽水、清除淤泥并换填。

3.2.7 水泥搅拌桩放样时按等边三角形布置，逐桩间距均为1.5m，桩的布置范围为原路基边坡坡脚向内1m 至拼宽路基边坡坡脚向外1m。

3.2.8 砂垫层及土工格栅：桩顶设置0.5m 碎石垫层；在桩顶布设两层双向土工格栅，并满足如下技术要求：抗拉强度≥80kN/m，纵向屈服伸长率≤13%，横向屈服伸长率≤16%。

通过计算得出置换率m 在9%到11%之间，处治后的地基承载力均满足设计要求。

3.3 桥梁两侧一定范围内且淤泥埋深＞16m 的路段，用CFG 桩处治。CFG 桩设计要点主要有：

3.3.1 桩径d

桩径的确定取决于所采用的成桩设备，根据本项目实际情况建议采用振动沉管法进行施工，桩径50cm。

3.3.2 桩距S

一般桩距S＝（3～6）d，并经计算确定，本项目桩距采用1.5m。

3.3.3 桩长

CFG 桩的设计的关键是确定桩长，而路基承载力、变形要求、软土土质和设备能力是决定桩长的主要因素。路基对承载力和变形要求较高，CFG 桩的桩端要求落于较强持力性能的土层，且设计中要结合准确的地勘报告，对每一层土质进行分析，确定桩端持力层以及桩长，并根据规范计算单桩承载力，桩底应落在持力性能较好的粉质黏土或者中粗砂层。

3.3.4 桩体及强度

桩身采用标号≥32.5 级的普通硅酸盐水泥，粉煤灰宜选用袋装二级、三级以上。另外，选择粒径在20～50mm 的碎石，并在碎石之间的空隙中填充石屑。桩体材料推荐重量配比为水泥∶粉煤灰∶石屑∶碎石=1∶1.53∶3.529∶8.855。桩体混合料料应均匀拌和，每盘料拌和时间宜≥60s，混合料塌落度控制在30～50mm。设计桩28 天的立方体抗压强度≥12MPa；桩底标高以进入桩端持力层为控制标准，其标准为＜1m。

3.3.5 托板及垫层

CFG 桩桩顶设置C15 混凝土托板。为使各桩体承受的荷载能均匀分布，在各桩托板顶面设置50cm碎石垫层，托板进入碎石垫层，即托板顶碎石层厚0.2m；碎石垫层采用级配碎石，碎石最大粒径不宜大于30cm。

3.3.6 布桩型式

等边三角形布设。一般情况下，路基外侧应设置护桩，其范围为路基坡脚线。

3.3.7 逐段试桩

软基处理划分区段，在区段中要逐段进行试桩，通常以20m 为一个区段，试桩结果应该随时对照地勘报告，如有不符应对桩长进行动态调整。

按照上述CFG 桩设计后，通过计算得出置换率m在9%～11% 之间，处治后的地基承载力均满足设计要求。

4 结语

综上所述，粤西沿海地区公路改扩建中新建路基软基的处治根据软基厚度不同，采用换填、水泥搅拌桩和CFG 桩处治后的复合地基承载力增强，到达了设计要求，同时也避免了新旧路基由于沉降差异引起路基路面病害。