浅层软土路基处理方案研究

胡宗允HU Zong-yun；李晶晶LI Jing-jing

（杭州市市政工程集团有限公司，杭州 310006）

1 工程概况

某城市道路是一条东西向主干路,基本为填方路段，在现状标高上抬升1～3m。

道路所在路段浅部地层分布有淤泥质土层。拟建道路浅部土层主要为：①1杂填土，层厚0.50～3.00m。③淤泥质粉质粘土，层顶埋深0.50～3.00m，层厚1.50～3.50m，埋深较浅，层厚不大。④1粉质粘土,硬可塑状，工程性能好。

考虑到道路所在区块尚未开发，道路建成后，工程车辆较多，须对路基进行处理。

2 地质情况

根据本工程的初步地勘报告，所在路段浅部地层分布有淤泥质土层。拟建道路浅部土层主要为：①1杂填土、③淤泥质粉质粘土和④1粉质粘土。根据场区岩土工程地质特征，野外岩土鉴别、原位测试成果，结合地区经验综合评价如下：

①1层杂填土：主要以粘性土为主，夹杂有生活废品，砖瓦碎石，部分顶部为素混凝土地坪，含植物根系，成分复杂，结构松散，均匀性差，层厚0.50～3.00m。未经处理不宜直接利用。其下为淤泥质土层，建议对杂填土进行换填等处理。

③层淤泥质粉质黏土：流塑状，层顶埋深0.50～3.00m，层厚1.50～3.50m，埋深较浅，层厚不大，建议对淤泥质土层进行地基加固等处理。

④1层粉质粘土：硬可塑状，工程性能好，是良好的道路基础持力层。

综上所述：①1杂填土和③层淤泥质粉质黏土工程性能较差，考虑到本道路对沉降控制要求高（杂填土厚度约为0.5～3m，淤泥质粉质粘土厚度约为1.5～3.5m），工程性能差，未经处理不宜直接作为路基持力层，须对其进行处理。

未经处理沉降计算（填土高3.0m，桩号K0+180）。

2.1 各级加荷的沉降计算

第1 级加荷，从0.0～6.0 月。

加载开始时，路基计算高度=0.000（m），沉降=0.000（m）。

加载结束时，路基计算高度=3.361（m），沉降=0.361（m）。

第2 级加荷，从10.0～12.0 月。

加载开始时，路基计算高度=3.361（m），沉降=0.428（m）。

加载结束时，路基计算高度=3.460（m），沉降=0.460（m）。

2.2 路面竣工时及以后的沉降计算

基准期开始时刻：最后一级加载（路面施工）结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为=3.460（m）

路面竣工时，地基沉降=0.460（m）

路面竣工后，基准期内的残余沉降=0.363（m）

基准期结束时，地基沉降=0.823（m）

最终地基总沉降=1.200*0.800=0.960（m）

从计算结果可以看出，路基未经处理，路基残余沉降为0.363m，残余＞0.3m，未达到主干路设计要求。另外，考虑到本区块尚未开发，道路建成后，工程车辆较多，结合本条道路作为西湖大学主要出入通道的高标准需求，须对路基进行处理。

3 软基处理方案

3.1 软基设计原则及控制标准

①工后沉降基准期：15 年；

②路堤稳定安全系数（固结有效应力法、直接快剪）：＞1.1；

③尽量减少软基处理后道路工后沉降，以减少对道路使用功能的影响；

④地基土承载力应满足路基填高要求；

⑤满足稳定性要求；

⑥软基处理结合工程投资综合考虑，并与路面结构建设相协调，软基处理后标高有利于直接实施路面工程以节约工程造价；

⑦避免桥头跳车现象发生，尽可能的减少桥头工后沉降；

⑧除桥头外的一般路段以控制道路不均匀沉降为主，工后沉降控制为辅；

⑨软基处理后满足管线承载力要求，避免管线较大沉降；

⑩沉降控制标准：根据《城市道路路基设计规范》中

6.2.8 的要求，快速路、主干路的道路沉降控制标准为：1）桥梁与路基相邻路段：≤0.1m；2）一般路段：≤0.3m。

3.2 常用软土地基处理方法

软土是指天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土，软土地基由于其低抗剪强度，高压缩性和弱透水性、工程力学性能很差，直接影响结构工程的稳定性和耐久性。软土地基处理不当，会严重影响工程质量和使用功能，甚至造成工程事故。

目前道路上常用的地基处理方法主要有置换法、强夯法、冲击压实法、水泥搅拌桩法、轻质路堤EPS、预制桩法、排水固结法等。

3.3 本项目的软土地基处理方法

本工程软卧层厚度薄，埋深在现状地表以下3～5m 范围，从地质情况判定应为初浅层处理，适用方法主要有置换法、管桩以及水泥搅拌桩。

由于本道路主要为西湖大学服务，同时作为区块中部第一条东西向主干道，后期区块开发时工程车辆进出均需通过本条道路，因此对于路基承载力要求高于一般主干路的要求。

3.3.1 置换法（方案一）

3.3.1.1 方案简介

由于道路的特殊功能，为避免对道路沉降的影响，建议对机动车影响范围内路基采用换填的方式进行处理，施工前清除机动车影响范围内的杂填土以及淤泥质粉质粘土（换填厚度约为3～5m，换填土方约35 万方），对土路基进行压实后（压实度不小于90%）采用塘渣回填，机动车道塘渣厚度不小于80cm，不满足要求时应进行超挖。除换填土方外，道路另需填方约17 万方。

3.3.1.2 沉降计算（填土高3.0m，换填4.5m）

①各级加荷的沉降计算。

第1 级加荷，从0.0～6.0 月。

加载开始时，路基计算高度=0.000（m），沉降=0.000（m）。

加载结束时，路基计算高度=3.100（m），沉降=0.100（m）。

第2 级加荷，从10.0～12.0 月。

加载开始时，路基计算高度=3.100（m），沉降=0.119（m）。

加载结束时，路基计算高度=3.128（m），沉降=0.128（m）。

大力开展质量教育培训，提升质量管理水平和操作技能。“质量月”期间，各单位有计划、有针对性地组织了一系列教育培训活动223次，参加人员5632人次，进一步提高质量管理水平和操作技能。

②路面竣工时及以后的沉降计算。

基准期开始时刻：最后一级加载（路面施工）结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为=3.128（m）

路面竣工时，地基沉降=0.128（m）

路面竣工后，基准期内的残余沉降=0.196（m）

基准期结束时，地基沉降=0.324（m）

最终地基总沉降=1.200*0.343=0.411（m）

从计算结果可以看出，使用换填处理后（即将压缩层换填后），路基残余沉降为0.196m，可达到主干路设计要求。

③方案优缺点。

2）方案缺点：本次换填厚度较大，约为3～5m，土石方工程量较大（换填挖除需35 万方，填方也需35 万方），需考虑塘渣货源的问题以及弃土土方堆放的问题，相对于管桩以及水泥搅拌桩处理，造价最高。

采用换填处理时，路基工程费约为10473 万元，其中换填处理费用约7280 万元，清表、填方以及桥头水泥搅拌桩处理费用约为3193 万元。（该费用按弃土全部外运考虑，若就近存在弃土堆放的条件，路基费用可降低至约8473 万元）

3.3.2 预应力砼管桩处理（方案二）

3.3.2.1 方案简介

土路基中杂填土以及淤泥质粉质粘土承载能力较差，不适宜利用作为路基持力层，考虑对机动车道范围内的路基采用预应力砼管桩处理。预应力管桩桩径为40cm（PCA-Φ400（95）），采用正方形方式布置，桩间距为2.6m，桩帽边长为1.3m，桩长为7m。在场地允许的情况下，应尽量采用静压法沉桩。桥台部位布桩时，应注意留出桥台灌注桩的位置，即适当改动与灌注桩有冲突的桩位。

3.3.2.2 沉降计算（填土高3.0m）

①各级加荷的沉降计算。

第1 级加荷，从0.0～6.0 月。

加载开始时，路基计算高度=0.000（m），沉降=0.000（m）。

加载结束时，路基计算高度=3.040（m），沉降=0.040（m）。

第2 级加荷，从10.0～12.0 月。

加载开始时，路基计算高度=3.040（m），沉降=0.041（m）。

加载结束时，路基计算高度=3.041（m），沉降=0.041（m）。

②路面竣工时及以后的沉降计算。

基准期开始时刻：最后一级加载（路面施工）结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为=3.041（m）

路面竣工时，地基沉降=0.041（m）

路面竣工后，基准期内的残余沉降=0.091（m）

基准期结束时，地基沉降=0.132（m）

最终地基总沉降=1.200*0.168=0.202（m）

从计算结果可以看出，使用管桩处理后，路基残余沉降为0.091m，可达到主干路设计要求。

3.3.2.3 方案优缺点

①方案优点：相对于换填处理以及水泥搅拌桩处理，预应力砼管桩处理效果最好，且造价最低。其耐打性和抗裂性较高，施工管理简单，工厂化离心生产，容易保证质量。

②方案缺点：采用预应力砼管桩处理之后一定程度上影响后期道路路面以下约10m 范围内地下空间的利用。

采用预应力砼管桩处理时，路基工程费用约为：7422万元，其中预应力砼管桩费用约为4971 万元，填挖方以及清表费用约为2451 万元。

3.3.2.4 预应力砼管桩对管线以及地下空间利用的影响分析

①预应力砼管桩对管线的影响分析。

本次沿道路方向布置的管线有雨水管、污水管、燃气管、给水管、电力管、通信管，管底标高详见表1 所列。

表1 各管线的管底（基础底）标高 单位：m

本次道路管桩处理范围为机动车影响范围内路基，其桩顶标高约为1.5～3.5m，因此管桩影响到的管线有雨水管、污水管以及给水管。

对于雨污水管，建议其下路基根据管道结构要求采用换填方式进行处理，可不施打管桩；对于给水管，建议将管道范围内的管桩采用送桩的方式送入管底标高以下。

②预应力砼管桩对地下空间利用的影响分析。

采用预应力砼管桩处理之后一定程度上影响后期道路路面以下约10m 范围内地下空间的利用。考虑到本道路后期修建地铁以及过街地道的可能性，分别将管桩对上述工程的影响进行分析：

1）对地铁建设的影响。地铁工程主要分为区间隧道工程以及车站工程，区间隧道工程一般采用盾构法施工，车站工程一般采用明挖法施工。根据对杭州市地铁1 号线以及地铁2 号线相关资料的调查分析，地铁区间隧道顶标高一般距离路面标高约13m 以上，因此，管桩基本不影响地铁区间隧道工程的实施。地铁车站工程一般采用明挖法施工，其建设时，可将工程范围内的管桩挖除之后进行施工，因此，管桩基本不影响地铁车站工程的实施。

2）对过街地道建设的影响。过街地道的建设与地铁车站的建设情况类似，一般采用明挖法施工，施工时可将范围内管桩挖除，其实施基本不受管桩影响。

3.3.3 水泥搅拌桩处理（方案三）

3.3.3.1 方案简介

对机动车影响范围内的路基采用施打水泥搅拌桩的方式进行处理，水泥搅拌桩桩径为50cm，采用等边三角形布桩，桩间距为1.2m，桩长为7m，详见图1 所示。考虑到水泥搅拌桩针对杂填土的适用性较差，施打水泥搅拌桩之前需清除表层建筑垃圾、生活垃圾以及耕植土含量较多的部分杂填土，该部分杂填土平均厚度约为1.5m。

图1 水泥搅拌桩处理设计图

3.3.3.2 沉降计算（填土高3.0m）

①各级加荷的沉降计算。

第1 级加荷，从0.0～6.0 月。

加载开始时，路基计算高度=0.000（m），沉降=0.000（m）。

加载结束时，路基计算高度=3.094（m），沉降=0.094（m）。

第2 级加荷，从10.0～12.0 月。

加载开始时，路基计算高度=3.094（m），沉降=0.110（m）。

加载结束时，路基计算高度=3.117（m），沉降=0.117（m）。

②路面竣工时及以后的沉降计算。

基准期开始时刻：最后一级加载（路面施工）结束时刻

考虑沉降影响后，路堤的实际计算高度为=3.117（m）

路面竣工时，地基沉降=0.117（m）

路面竣工后，基准期内的残余沉降=0.137（m）

基准期结束时，地基沉降=0.254（m）

最终地基总沉降=1.200*0.264=0.317（m）

从计算结果可以看出，使用表层换填+水泥搅拌桩处理后，路基残余沉降为0.137m，可达到主干路设计要求。

③方案优缺点。

1）方案优点：水泥搅拌桩处理相对于换填处理，其造价较低，相对于管桩处理，不影响后期道路地下空间的开发利用。2）方案缺点：水泥搅拌桩主要针对软土路基，对于本工程中存在的杂填土，适用性差，需与表层换填的方式结合使用。且水泥搅拌桩施工管理难度较大，在实施过程中针对路基处理质量的控制难度较高，不确定性大。

采用水泥搅拌桩处理时，路基工程费用约为7956 万元，其中表层换填以及水泥搅拌桩费用约为5505 万元，填挖方以及清表费用约为2451 万元。

3.4 结论

通过上述方案分析可以得出，换填处理、预应力砼管桩处理、水泥搅拌桩（结合表层换填）处理均可达到较为理想的处理效果。其中，换填处理的费用最高，同时塘渣目前的供货也较为紧张，施工工期较长；水泥搅拌桩（结合表层换填）处理施工管理难度较大，质量控制难度高，不确定性较大，同时也存在一定的换填土方。预应力砼管桩处理造价最低，工期短，处理效果以及施工质量能得到保障，管桩一定程度上影响后期路面以下约10m 范围内地下空间的利用，但基本不影响后期地铁工程以及过街地道工程的建设。

由于本条道路为西湖大学的主要出入通道，对道路存在较高的质量要求，另外，由于目前区块尚未开发，道路建成之后，工程车辆出入较多，对道路影响较大，因此，地基处理方式建议采用效果好，造价低，质量容易控制，施工管理简单的预应力砼管桩处理。