道路深层软基处理设计方案比选及优化实例

张超

摘要 珠三角地区软土分布广泛，软基处理在道路总造价中占比较高，多达15%～30%，因此如何降低软基处理造价，同时又能保证路基质量，成为广泛研究的课题。文章以广州市黄榄快速干线（西段）工程为例，介绍了道路深层软基处理设计方案的比选、优化思路及施工验证情况，总结了相关经验，以期为类似项目提供参考。

关键词 珠三角;道路;软基处理

中图分类号 U416.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2022）10-0086-03

0 引言

黄榄快速干线（西段）工程位于广州市南沙区北部（原属番禺），沿线软土分布范围广，厚度大小不均，因此软基处理方案将直接影响该工程的投资、工期、质量以及道路建成后的行车平稳性和舒适性。在项目建设管理过程中根据软基特点，进行了多方案比选，并分析对比其优缺点及适用性，以寻求合理、经济的软基处理实施方案。

1 工程简介

1.1 工程概况

该项目是广州市高快速路网“四环十八射十五条重要公路”之一，位于广州市南沙区榄核镇、大岗镇、东涌镇，向西连接佛山市顺德区大良，是广佛同城化重点建设的城市快速路。路线总长7.57 km，设计速度80 km/h，规划红线宽80 m，双向八车道。全线深层软基处理深度4～27 m。工程总投资约16.88亿元。

1.2 地质概况

道路所处地区地貌属于珠江三角洲冲积平原，根据勘探和物探结果，该工程沿线大部分路段分布有淤泥和淤泥质土等软弱土，厚度10～30 m，局部地段厚度达30～45 m，呈流～软塑状，含水量高，具高压缩性，土质软弱，地基承载力低。同时根据有机质含量试验，属有机质土，呈欠固结状，在自重应力和附加载荷作用下，会产生较大的沉降[1]。

1.3 路基填方高度

由于道路沿线多为农田与水网，综合考虑该地区的防洪排涝规划，工程多为填方路堤，填方高度普遍为3.0～5.0 m，桥台台后最大填高为5 m。

填土高、软土地基深，经计算，若不对软土地基进行深层地基处理，则工后沉降达到60～100 cm，最深处将达到140 cm，显然不满足工后沉降控制值，因此需要实施深层地基处理。

2 深层地基处理方案介绍及比较

目前深层地基处理方法主要有排水固结法和桩体复合地基法两大类，较常用处理方法的适用范围和优缺点见表1。

3 原设计方案比选及推荐

根据地质勘察报告，结合建设工期要求及施工场地条件，通过技术经济分析和比较，分段确定软土地基处理推荐方案。

由于受工期约束，该工程不宜采用排水固结法。

3.1 软土深度在3～13m的路段

淤泥和淤泥质土等软弱土深度不超过13 m的路段，可采用常规水泥土搅拌桩和钉形水泥土双向搅拌桩，经比较，二者造价相当，推荐钉形水泥土双向搅拌桩的理由如下：

（1）其工程质量要优于常规水泥土搅拌桩，技术先进性主要体现在：双向搅拌桩体更均匀，桩体强度更高，钉形变截面受力更合理。

（2）桩体数量相对较少，施工速度快，更有利于保证工程进度和总工期。

3.2 软土深度在13～20m的路段

软土深度超过13 m但小于20 m的路段，可采用CFG桩、旋喷桩和钉形水泥土双向搅拌桩，该工程推荐钉形水泥土双向搅拌桩的理由如下：

（1）其工程造价要低于旋喷桩80%甚至更多。

（2）对于淤泥及淤泥质土地基，LCG桩和CFG桩法充盈系数大，工程量不宜控制，且易发生串孔、扩径、缩径、使桩上浮等工程质量问题。

3.3 软土深度超過20 m的路段

淤泥和淤泥质土等软弱土深度超过20 m的路段，可采用旋喷桩和预应力管桩，该工程推荐旋喷桩的理由如下：该工程软土上部覆盖的素填土和杂填土厚度一般不超过1 m，不利于管桩机械的运行和施工。

4 优化思路及建议

（1）从理论上看，设计单位提出的方案是可行的，但推荐方案未将处治功效和经济性相结合，选用的方案代价较高[2]。

（2）设计方案未吸收该地区软基处治的有效成功经验，如CFG桩、水泥搅拌桩不应轻易否定，其施工工艺成熟、应用较广，建议进一步论证其适用性。

（3）钉形水泥土双向搅拌桩是对普通水泥土搅拌桩处治工法的一种改进，其处治结果优于常规水泥搅拌桩，但此工法在该地区并无大规模采用的经验。如采用此方案，在大规模实施前应做试验段以验证其适用性。

（4）有900 m长的路段采用高压旋喷桩进行地基处理，该段软土厚度大（除少部分为26 m外，多在28～31 m），采用高压旋喷桩处治软基造价昂贵，单位面积造价超过2 000元/m2，从经济性来看显然不合理，且旋喷桩桩长超过26 m时质量不易控制，故不宜做推荐方案大面积采用。建议与预应力管桩、桥梁方案作技术经济的综合比选，择优选用。

（5）桥台台后、箱涵两侧复合地基应设过渡段协调变形，以减小差异沉降。

（6）在深厚软土条件下，挡土墙易出现不均匀沉降、倾斜、失稳及开裂等各种病害，应区别于一般路段，应加强稳定性及地基承载力验算，确保挡土墙安全。

5 优化后方案

5.1 在第四标段设置钉形水泥土双向搅拌桩试验段

第四标段软土深度在11～23 m，在第四标段设置一个钉形水泥土双向搅拌桩试验段。试验段施工能够达到预期目的后，再在第四标段全面开展钉形水泥土双向搅拌桩施工。

5.2 根据软土深度分段确定软基处理方案

对于其余四个标段，软弱土深度在3 m深以内采用换填方式;3～13 m范围采用水泥土搅拌桩;13～23 m范围采用CFG桩;对于软弱土深度在23～31 m区段，采用路改桥方案，对于不宜更改的路段采用管桩进行地基处理。A8811F88-A6BC-4B7D-B094-8FF2B468153D

5.3 桥台处、箱涵处的地基处理方案

该工程桥梁多，若桥台处软土地基处理不当，将难以满足工后沉降的控制要求，并在后期跳车严重，对道路运行极为不利。该工程采取以下方法进行控制：

（1）台后复合地基处理时，桩间距应采用变间距，形成渐变段以解决台后沉降量突变问题。以水泥土搅拌桩处理为例，桥台台后10 m引道及台前锥坡桩间距1.2 m，台后10～20 m段间距1.3 m，台后20～30 m段桩间距1.4 m。

（2）桥台施工采用反开挖法，先填筑路堤待沉降稳定时再钻桩施工桥台。

（3）桥台处的软弱土层厚度大于15 m时，台前设10 m左右的反压段，以利于桥台稳定。

对于箱涵基底，桩间距适当加密，沿道路纵向在箱涵顶设置若干层双向拉伸土工格栅，并向两侧延伸10～

15 m，以减少不均匀沉降。

5.4 悬臂式挡土墙基底处理方案

（1）软土深度不超过23 m的挡土墙基底采取钉形水泥土双向搅拌桩，上部扩大头直径1.0 m，高度3.0 m，下部桩体直径0.6 m，能保证地基的承载力和稳定性。

（2）软土深度大于23 m时，为保证悬臂式挡土墙基础的稳定，可采用预应力管桩嵌入基础处理，能有效减少不均匀沉降、倾斜、失稳及开裂等后期病害。

5.5 与旧路相接处的地基处理方案

该项目终点在下桥后接既有的顺番公路，顺番公路已经运行多年，路面质量保持良好，经过验算，填高小于2 m时不进行地基处理。填高大于2 m时需要进行地基处理，采用水泥土搅拌桩进行处理。

5.6 旋喷桩造价太高，只用于局部高度受限地段

旋喷桩为半刚性桩体，在上述工法中造价最高，但其机械低矮、灵活，适用于高度受限地段。该项目单管旋喷桩应用于电力高压线离地面高度较小处，及高架桥下净空受限处。

6 施工实际情况及反思

6.1 PHC管桩施工靠近民房发生变更

第一标段K0+880～K0+900路段软基处理方案为φ400PHC管桩，桩长27.0 m，该施工作业点离房屋最近仅5 m，管桩施工震动力大，且施工时对周边土体有较大的挤压、膨胀力，村民担忧、反对的意见很大。经协调，处理方案变更为单管旋喷桩，桩长27.0 m，桩直径0.6 m，桩距1.6 m。

反思：软基处理施工应考虑场地条件，若靠近建筑物，震动力大、对周边土体有较大的挤压的PHC管桩慎用。

排水固结法会造成地基整体沉降变形，会对处理范围外20 m宽度内产生明显的附加沉降，对建筑物基础产生不利影响，也应慎用。

6.2 第三标段CFG桩充盈系数大

第一标段施工CFG桩时情况良好，但在第三标段蕉门水道西岸施工CFG桩体时充盈系数很大，最大达到3.0。经过改进施工工艺，控制配合比、坍落度和拔管速度，经重新试桩，施工质量得以控制，但是超灌量较大，充盈系数达到1.4～1.7。经论证，由于CFG桩有较好的经济性，即使充盈系数偏大一点，仍较预应力管桩经济。施工完成后经检测，处理后地基承载力及桩身完整性均满足设计要求，没有缩径、断桩现象。

将第一、三标段的淤泥和淤泥质土的物理力学性质进行对比，见表2，可以发现三标软土的含水量、孔隙比均比一标高，导致CFG桩对于三标的适宜性比一标差。根据表2分析，若淤泥含水量大于60%，孔隙比大于1.6，应谨慎采用CFG桩，必须经现场试验及检测后方能大面积使用。

反思：根据《建筑地基处理技术规范》[3]，CFG桩适用于处理黏性土、粉土、砂土和自重固结已完成的素填土地基，对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。经以上实践，CFG桩对该地区淤泥及淤泥质土仍有适用性，由于其经济性较好仍值得推广，但当含水量、孔隙比较大时，应严格控制施工工艺及先进行试桩。

6.3 排水固结法不应轻易否定

该工程计划工期为一年，因此否定了排水固结法。但受征地拆迁、管线迁移制约，实际建设工期超过了二年。

反思：排水固结法造价约为复合地基法的30%～50%，造价最为节省，处理后沉降均匀，而往往因工期紧张原因而被否定。建议项目提早筹划，提前开展软基处理工作，为软基处理预留足够的工期，以选择技术经济性最佳的软基处理方案。

7 钉形水泥土双向搅拌桩试验段结论

经现场抽芯、标准贯入、荷载试验、无侧限抗压等各项检测，均满足设计要求。

根据试验段结果，钉形水泥土双向搅拌桩在施工质量可控性、桩身强度、搅拌均匀性等方面具有较大优势。桩身强度有离散性，但平均值较高，能够满足设计要求。桩长在13～23 m时技术经济性较好，具有明显优势。可在该地区应用推广。

8 结语

在我国近20年的基建热潮中，各种深层软基处理工法已较为成熟，技术上可行的方案有多个，应根据地质条件、施工场地条件、地区成熟经验、工期要求等综合选择，并在技术、经济、进度、环保等方面进行多方案比选，进一步优化，以期得到最为适宜的地基处理方案。

该工程软基处理设计方案优化前造价约为2.73亿元，占总建安工程费的22.7%，经优化后软基处理造价约为2.25亿元，软基处理造价节省21.3%。现在该道路已建成通车，运行情况良好，深层软基处理达到了预期效果。

参考文献

[1]武汉市政工程设计研究院有限责任公司. 黄榄快速干线（西段）工程初步设计说明[R]. 武汉， 2009.

[2]廣州市市政工程设计研究院. 黄榄快速干线（西段）工程初步设计咨询报告[R]. 广州， 2009.

[3]建筑地基处理技术规范： JGJ79—2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2013.A8811F88-A6BC-4B7D-B094-8FF2B468153D