沿海地区高含水率软基条件下路基与桥梁方案比较研究

江 帆

(福州市市政建设开发有限公司 福建福州 350100)

0 引言

福建省沿海地区软土分布十分广泛[1]。在软土地区修筑道路工程，不可避免涉及到软土处理问题。福建部分地区软土，含水率非常高，普遍大于55%，在此高含水率条件下，采用常规的水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩都出现了很多失败案例，存在难以成桩、断桩率高等问题，而采用刚性桩则能较好地解决此类问题，但费用增加幅度较大。一般条件下，当填土高度较小时，其软土处理造价相对较少，但随着填土高度的增加，软基处理方案造价将大大增加。当填土高度超过某一临界值时，其路基方案造价将超过桥梁方案。由此可见，合理经济地设置路基与桥梁的形式，对工程整体造价及工程质量起着至关重要的作用。然而，目前工程界对软基段多高的填土采用路基方案更合理，什么高度下填土改用桥梁方案更经济等尚无定论。因此，若能通过具体工程案例，对不同填土高度下的软基处理方案与桥梁方案的经济性与优缺点进行比选，得出路基与桥梁方案的临界高度，将为工程设计部门提供很好的指导作用。

鉴于此，本文以沿海地区某项目工程为依托，通过对比分析不同填土高度下的软基处理方案与桥梁方案的经济性与优缺点，探讨高含水率软基条件下路基方案的临界高度值，以供其他类似工程参考。

1 某工程项目概况及其软基路段地质评价

1.1 项目及地质概况

某项目位于福建沿海地区，采用主路一级公路，辅路二级公路标准建设，辅路单侧路基标准宽度16 m。场地为冲、海积平原地貌，场地现状主要为房屋、菜地、池塘等，地形总体相对平坦。根据钻探成果、区域地质资料和测绘成果，测区内未见大型滑坡、崩塌、泥石流、采空区等不良地质作用，亦未见活动性断裂构造，总体上场区稳定性较好，基本适宜工程建设。

测区一般海拔约3.0 m～8.5 m。表1为该项目地基参数表，由表1可知，场区表层主要为人工堆积层①杂填土、①2填砂等，局部分布薄层的人工①1耕植土，风积层②细中砂，其下为第四系海积层(Q4cm)、坡积层(Q4dl)、残积层(Q4el)的砂类土、淤泥、粘性土、坡积土及残积土等，下伏为力学性能好的全-微风化侏罗系南园组(J3n)凝灰熔岩。

表1 项目地基参数表

1.2 路基稳定性评价及建议处理措施

场区内,软塑～可塑状粉质粘土层、松散～稍密状(泥质)粉砂及(泥质)中砂层、流塑状淤泥、淤泥质土层不均匀穿插分布。其中，流塑状淤泥、软塑状淤泥质土层，厚度约1.1m～24.0m不等，不利路基稳定，且桥台与路基连接路段易产生不均匀沉降。对于低填浅挖路段，建议清表后超挖回填碎石土或合格土，碾压密实后分级分阶碾压填筑路堤，并注意加强排水措施；对于填方路段，由于冲、海积平原地貌场地内下卧较大厚度的软土层，对于软土厚度小于3.0m，建议一般采用挖除换填等浅层处理措施，同时进行满足地基承载力、软弱下卧层以及变形验算；对于软土厚度大于3.0m的路段以及桥台与路基连接路段，建议采用PTC桩、CFG桩或水泥搅拌桩等复合地基处理方法，对天然地基土进行改良加固；之后，进行分阶填筑时，建议路基边坡坡率为1∶1.75。施工时，注意地下水影响，并加强路基变形监测。

2 方案比选段落具体描述

方案比选段落位于上某江辅路桥头，主路已设置桥梁跨越上某江。临近桥头段，主要地层有④淤泥、⑥粉质粘土、⑦淤泥质土、⑨1含泥卵石、⑨粉质粘土、⑩2粉质粘土、⑨1含泥卵石、1砂土状强风化凝灰熔岩、1碎块状强风化凝灰熔岩、1中风化凝灰熔岩；其中，软土平均厚度约26m，设计填土高度在原地面以上约4m～8m。相关地基参数如表1所示，平面示意及地质剖面如图1～图2所示。

图1 平面示意图

图2 该段落地质剖面

3 设计方案

在上述地质条件下进行总体设计时，考虑2种方案。

方案一：设置路基并对软基进行处理。常见的几种软基处理方式有：水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩、预应力管桩等[2]。

因该段落临近水系，淤泥含水率66.10%，高含水率对水泥搅拌桩及水泥粉煤灰碎石桩的成桩效果会造成重大影响。对于水泥搅拌桩而言，成桩效果差，难以形成桩身饱和的桩体。通过该项目其他段落现场试桩工艺调整，水泥掺量需增加至20%，工法采用四搅两喷并严格控制施打速度，可在桩长12m范围内形成完整的桩身，并满足设计强度要求，但与一般软土条件对比，高含水率软基条件下水泥搅拌桩成本增加约20%。对于水泥粉煤灰碎石桩而言，主要病害为断桩，对工程质量存在潜在风险，且不合格段落重新加固成本巨大。经研究分析及现场试验，高含水率软基条件下，水泥粉煤灰碎石桩断桩的位置集中在桩头配筋与桩身素混凝土的交界处附近，一是流动性更大的软土承受挤土效应时会更多地向周边已施工的桩体释放；二是桩间土流动性增大了施工期间荤素桩体交界处的剪应力集中，采用长螺旋钻孔成桩工艺可有效消除挤土效应，加长桩头钢筋笼长度可有效降低断桩率(实践证明，钢筋笼长度在8m以上可以获得预期效果，鉴于成本考虑，不建议通长配筋)，采取以上措施后，较常规工艺综合单价增加约25%。

图3为路基计算模型示意图。采用比选段落的设计条件，通过建模计算或规范理论计算，①采用水泥搅拌桩处理，承载力与沉降均不满足要求。②采用水泥粉煤灰碎石桩处理，承载力与沉降在填土高度≤6m时可满足要求，经计算，当填土高度等于6m时，水泥粉煤灰碎石桩桩径D=50 cm，桩间距d=2 m，正方形布置，平均桩长L=26 m，桩端持力层为含泥卵石，进入持力层深度1m，并设置桩帽与褥垫层，单桩承载力475 kN，复合地基承载力159 kPa,最终地基总沉降0.024 m；③采用预应力管桩进行处理，可满足设计最大填土高度8m的要求，经计算，预应力管桩桩径D=50 cm，桩间距d=1.8 m(规范规定桩间距宜控制在4～5倍桩径[3]，由于路基填土高度较大，根据计算结果需加密桩间距)，正方形布置，平均桩长L=26 m，桩端持力层为含泥卵石，进入持力层深度1 m，并设置桩顶联系梁，使管桩形成整体受力,单桩承载力626 kN，复合地基承载力233 kPa,最终地基总沉降0.033m。

图3 路基计算模型示意图

方案二：设置桥梁。图4为桥型布置图，由图4可见，桥梁上部结构为现浇箱梁，下部结构为(墩)采用盖梁柱式墩、桩基础，(台)采用扶壁台、桩基础。

图4 桥型布置图

2 造价分析及方案优缺点比较

表2对比了不同填筑高度路基与桥梁方案造价。表3为路基、桥梁方案优缺点对照表。经造价分析及方案优缺点对比可见，当填筑高度大于6 m时，桥梁方案优于路基方案，工程经济性更好，工艺可靠性更强，社会影响更小，占用土地更少；反之，路基方案更优。

表2 不同填筑高度路基与桥梁方案造价对比 元/m2

表3 路基、桥梁方案优缺点对照表

3 结论

在道路总体设计过程，除了考虑道路与河道交叉应设置桥梁外，高填方路段也应对路基和桥梁方案进行多方面比较。沿海地区高含水率条件下，软土路基处理应有加强措施，费用增加应在方案比选时充分考虑。本文以沿海软土地区某项目工程为依据，通过比选不同填土高度下路基与桥梁方案的经济性与优缺点，表明高含水率软基条件下，当路基高度大于6m时，优先选择桥梁方案，反之，路基方案更优，其分析比选方法及成果将为其他类似工程提供很好的指导作用。