软土地区既有道路改建设计要点分析

叶绍棠

（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

由于我国东西和南北跨度较大，在长时间的历史发展过程中，受到地质以及气候因素的影响，不同区域的土质存在着明显差异。软土地基是常见的不良地基，这类地基在含水量和抗剪强度方面的劣势十分明显，对新道路建设以及既有道路的改建设计都会产生不利影响[1]。基于此，文章以广州南沙区的现状S111 道路工程为研究对象，在分析软土地区既有道路改建设计工作基本要点的同时，就软土地基的处理技术进行研究，并提出相应的技术处理要点，以期为软土地区的道路建设以及改建提供理论参考。

1 沿线场区岩土工程条件

根据勘察结果，拟建道路沿线场地内未见滑坡、崩塌、岩溶、泥石流等不良地质作用。沿线场地内的特殊性岩土主要为填筑土及软土。

第一，填筑土。沿线场地内的填筑土多为新近堆填，主要由石块、混凝土块组成，局部夹少量碎石，松散状态，判断多为周边建筑垃圾。由于填筑土一般强度低，压缩性较高，渗透性偏大，开挖易坍塌，是基础设计及施工时应着重解决的问题。第二，软土。沿线发育有软土，根据原位测试结果及室内土工试验结果，沿线场地内的软土主要特征为天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低、渗透系数小。

2 软土地区既有道路改建设计要点分析

2.1 工程概况

广州南沙区位于我国珠江口的西岸，层状地貌特征十分明显，除去当地的山地、丘陵和台地等，冲积平原和海积平原也是当地分布广泛的地貌，相对高程在4～6m 之间[2]。当地的冲积平原主要沿水道两侧分布，淤泥和淤泥质砂也是当地冲积平原中广泛分布的沉积物，南沙地区的软土面积占当地总面积的70%～80%。

该项目为番中公路上横沥段，是当地省道S111 中的一段，累计长度为3.5km，初始设计速度为60km/h，双向2 车道+硬路肩，路基的宽度为14m。道路总体由南向北延伸，周边为村落区，两侧主要为农田、村镇等，相交现状道路包括宜安北路、大滘东街、村村通道路等；道路北段周边以农林用地及水体为主，与现状大滘涌相交，并有现状110kV 高压走廊平行于该路线走向，高压塔位置与该工程道路边线较近，因此道路施工时需做好挡土墙防护措施。因为该道路工程建成时间较早，在长时间运营的情况下，出现了明显的路基沉降与路面碎板等问题。

在该道路改建设计过程中，根据广州南沙开发区国土资源和规划局《关于提供番中公路改造工程规划设计条件的复函》（穗规南函〔2015〕197 号）要求，该道路平面设计基本沿现状番中公路道路线位走向进行，并在遵照规划线位的前提下，选用最经济、合理的线位，对道路中线进行适当调整优化。

该项目沿线建设用地目前主要为农田、香蕉地与鱼塘，根据规划设计条件的要求，道路纵断面需满足该地区的防洪、排涝要求，道路沿线竖向标高不得低于6.3m，这意味着路基填筑高差较大。

2.2 路基设计要点

必须保证在工程建设和运营期间路基不会出现整体剪切破坏或者局部剪切破坏的现象，以此满足道路工程运行稳定性需求。同时，应保证道路投入使用后，不会出现较大面积的沉降以及不均匀沉降现象，以满足道路工程强度方面的需求。因此，在路基设计环节，从路基稳定性、沉降性和路面结构承载力等多个方面进行分析，并在此基础上提出相应的软基整改方案[3]。完成软基处理工作后，还应将路面沉降和路基工程稳定性作为主要的控制指标。由此可见，在路基设计环节，既有路基范围处理、路基拼宽设计及桥头路基过渡段设计是路基设计要点。

该道路工程因为已经通行23 年，路基沉降量已经超过50cm，公路沉降已趋于稳定，既有路基范围可以不拆除原路面直接进行填筑，不需进行深层软基处理。

该道路工程原本的高程普遍控制在4.2～5.6m，新路面后高差达1.5～2.5m，为使新建之后的沥青混凝土路面结构层和原水泥混凝土路面结构之间夹层的整体稳定性及强度，建议使用石屑进行回填。

路基拼宽设计应在对既有路基进行充分调查的基础上，通过分析拼宽部分路基对既有路基变形、稳定性及防排水设施功能的影响，制订合理的技术方案，保证改扩建路基的强度和稳定性。

桥头路基处理分为台前锥坡处理区、台后处理区及过渡区，桥头引道路段往往是软基设计中的关键点，桥头引道软基处理完成后，工后沉降要控制在10cm 以内。

2.3 路面设计要点

2.3.1 车行路面

原路面为双向水泥混凝土路面结构，旧有道路平均厚度为23.4cm，道路弯拉强度平均值为4.72MPa。由于工程项目位于软土路基区域，路面出现不同程度病害，病害以纵横向裂缝、不规则裂缝和碎板为主。同时由于该项目交通量增长较快，交通荷载等级为重交通，在车辆荷载的反复作用下，路面结构疲劳破坏，导致路面性能下降。但项目填筑较高，新建路面结构层以下还需填筑1～2m 石屑垫层，已形成高强度垫层，既有路面无需病害处理，直接填筑压实后新建路面。

路面设计应考虑地区气候特点并结合交通流量，得出规划末期，一条车道的高峰小时交通量为1247pch/h/ln，日交通量为10391pcu/d/ln，一个车道上的累计当量轴次为1.47×107 次，属于重交通等级，故采用18cm 厚的沥青混凝土面层+35cm 厚5%水稳级配碎石+15cm 厚4%水泥稳定石屑+15cm 级配碎石垫层，以满足工程设计要求。

2.3.2 慢行系统

项目现状为公路性质，无配套慢行系统，道路升级改造不仅需提高行车舒适性，更应适应周边发展，建设完善的慢行系统，该项目改造人行道采用高标准花岗岩铺设，新设非机动车道，采用透水混凝土铺设。同时，围绕全要素覆盖、全方位提升、全过程管理、多方面创新开展工作，形成“4 个街道”的建设成果，从人行道铺装、装饰井盖、车止石、特色护栏、立体斑马线、慢行导向设施、多杆合一、道路附属箱体设施美化、垃圾桶等多方面入手，全面提升交通服务水平。

3 软土地基既有道路改建设计中针对软土地基的处理技术

3.1 既有路基范围处理

现状路面范围由于经过二十多年车辆荷载及沉降，路基已稳定，该路段无需进行深层软基处理，原人行道、非机动车道、绿化带拓宽为机动车道部分，因现状路基已进行过堆载预压处理，故改建施工不再进行深层软基处理，采用换填法处理，填方破除旧路面结构或清表后，向下挖除80cm 表土，换填石屑；挖方或低填浅挖路段，挖至路床顶以下80cm，换填石屑。

3.2 桥头路基处理

桥头路段路基处理分为台前锥坡处理区、台后处理区及过渡区。因桥头处填土高度大于4m，极容易产生不均匀沉降，为避免桥头跳车，台前锥坡处理区及台后处理区采用预应力管桩复合地基处理方式，桩径400mm，台前处理范围为桥台台前6m 范围内，台后处理范围为桥台台后30m 范围内。桥头过渡区路基处理采用塑料排水板堆载预压+水泥搅拌桩处理方式，搅拌桩间距为1.5m，桩径为600mm，处理范围为台后处理区以外30m 范围。桥头路基处理方案如图1 所示。

图1 桥头路基处理方案（单位：m）

3.3 路基拼宽设计

3.3.1 堆载预压

该工程一般路段现状基本为鱼塘或者农田，对于施工条件较好的路段，可采用塑料排水板预压处理方式。将砂井和塑料排水板插入地基中，随后使用堆载预压或者真空预压的方法，排除黏土中多余的水分，进一步提高软土的固结度和地基承载力[4]。结合施工经验，堆载预压一般在堆载面下设置垫层，砂垫层应在软基处理前进行铺设，砂垫层填筑时应分层压实，每层压实厚度为10～20cm，横向及台前纵向应延伸出坡脚外0.5～1m，以利于排水，并采用适当的方式临时防护，以免砂料流失。砂垫层可以作为路堤内部的地下排水层，以确保将路堤内部的水位控制在合理范围内，为重型施工机械作业提供支持[5]。

在该工程中，对于路基填方高度小于3m 处，采用塑料排水板超载预压方式处理；对于路基填方高度大于3m 处，采用塑料排水板等载预压方式处理。施工时保证排水板间距1.2m，等载面为路面标高以上0.16m，超载值预设为1m，堆载面标高为路面标高以上1.16m。该处理方式的优点是工艺成熟、方法简便，且能造价低，且可有效消除主体固结沉降。与等载预压相比，超载预压可沉降至等载面附近，这样不需要补填土方，沉降稳定后卸载即可。对于工期无特别限制，周边建筑条件好的区域，应优先考虑采用堆载预压法进行处理。

堆载过程中，应重点观测沉降情况及路基稳定性，防止路堤滑动。进行下一层填土施工的标准为：路堤中心线垂直沉降小于15mm/日（填土高度在临界高度以内），侧向位移应小于5mm/日。路堤顶面中心线处连续两个月观测沉降速度小于5mm/月时，堆载结束并卸载，堆载预压工期为8～10 个月。

3.3.2 水泥搅拌桩处理

对于条件受限，无法满足堆载预压所需周期及施工空间的区域，可采用水泥搅拌桩处理方式。该项目道路沿线存在构造物及电塔路段，为了降低地基处理对周边建筑物的影响，采用单轴双向水泥搅拌桩处理方式，以保证地基承载力满足要求。

水泥搅拌桩采用单轴双向搅拌桩，桩径50cm，正三角形布置，搅拌桩间距：一般车行道下方采用1.3m间距，其中水泥搅拌桩与桥台、隧道相接30m 范围内车行道水泥搅拌桩加密处理，间距为1.1m。平均桩长10～15m。软基处理范围至坡脚线外采用1m 间距，并保证外侧至少有1 排搅拌桩。水泥搅拌桩龄期为28d，无侧限抗压强度不小于1MPa，水泥掺量不小于70kg/m。

3.3.3 路基搭接设计

路基搭接设计的目的是消除新旧路间的沉降差异，保证路基稳定性。路基搭接设计应在对既有路基进行充分调查的基础上，通过分析拼宽部分路基对既有路基变形、稳定性及防护排水设施功能的影响，制订合理的技术方案，保证改扩建路基的强度和稳定性。

拼宽部分路基的回弹模量不应小于既有道路设计要求值，应≥40MPa。为保证路基质量，路基填料应选用与既有路基相同或较既有路基渗水性更强的填料，同时保证填料质量。填筑拼宽段路基基底前应按现行《公路路基施工技术规范》（JTG/T 3610—2019）要求进行填前碾压，压实度不小于96%。

在路基加宽宽度小于等于6m 的情况下，应在加宽部分满铺土工格栅；在路基加宽宽度大于6m 的情况下，土工格栅应伸入旧路基不小于2m，伸入加宽路基部分不小于4m。

为提高新旧路基的整体稳定性，避免或减少横向错台和纵向裂缝的产生，进行填土路基填筑加宽前，应在保证路基稳定的前提下清除旧路边坡、圬工、未经充分压实的土或其他不适用的土，并按每级台阶宽度不小于1m 开挖台阶，各台阶向内倾斜4%。台阶自下而上开挖，开挖一级及时填筑一级。

4 结语

由于我国各地区的地质条件和气候环境存在明显的差异，在道路工程施工建设及改建过程中，会面临多种类型的地质条件。对我国广州南沙区而言，因为当地软土地基分布较为广泛，且整体含水量较高，对当地的道路改建和新建会产生明显影响。因此，在道路改建设计过程中，应综合考虑当地的气候特征及各种控制因素，选择合理的软土地基处理方法，从路面处理、路基设计等方面出发，科学调整相关内容，最终形成完善的设计方案，以确保软土地基的改建设计工作满足相关标准要求。