某公路工程拓宽项目软土地基处理方案的比选

苟敏

摘要 为确定科学合理的软土地基处治方案，提高软基加固效果，保证公路使用的安全性、稳定性，文章依托某高速公路工程实践，提出CFG桩、PTC桩、泡沫轻质土三种软土路基处治方案，利用有限元分析模型，对三种软基处治方案下地基沉降变形实施比较分析。结果显示：（1）CFG桩、PTC桩、泡沫轻质土三种方案均能在一定程度上控制地基沉降，尤其当CFG桩长度为12 m及PTC桩长度为16 m时，软土地基加固效果最为显著；（2）针对新建路基段，采用PTC桩与泡沫轻质土处治方案加固效果更好，而CFG桩加固效果略差；针对新旧路基结合部位，泡沫轻质土加固效果最好。充分表明该公路拓宽项目软基处理最优方案为泡沫轻质土方案。

关键词 公路项目；软土地基；处理方案比选

中图分类号 U416.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）05-0081-03

0 引言

近年来，随着经济的不断发展，公路交通量、载重量与日俱增，越来越多的现役高速公路难以满足日益繁重的交通运输需求，积极开展道路改扩建十分必要。但高速公路拓寬施工时，通常会遇到软土路基施工处治不到位，极易造成路基沉降，引发路面开裂、沉陷等质量病害，威胁交通运输安全[1-4]。因此，如何采取科学合理的软基加固方案，提高路基整体稳定性，减小新老路基之间的不均匀沉降，已成为软土路基段道路拓宽施工的难点。现阶段，针对软土路基治理方面研究较多，但大多局限于各种桩基加固方面，而对于泡沫轻质土加固软基方面的研究较为少见。为此，该文依托某高速公路改扩建项目案例，对软土路基处治中CFG桩、PTC管桩与泡沫轻质土加固效果实施比较分析，明确了泡沫轻质土加固方案的优越性，对提高软基加固效果，保证公路稳定运营，具有重要意义。

1 工程概况

某高速公路扩建工程，施工区域内地形平缓，分布大量软土地基，承载能力较差，需进行加固处理。场区内降雨较多，其中7—10月为雨季，降雨量为420 mm，约为年降雨量60%。原公路采用双向4车道布置，时速120 km/h，路基宽25 m，高约2.5～6 m，边坡坡率1∶1.75，道路扩建采取两边同步加宽方案，每侧加宽4.25 m，加宽后路面为双向6车道，边坡坡率1∶1.5。原地勘资料表明，场区内存在较厚软土层，其厚度介于16～28 m之间，自上而下依次为淤泥层、粉黏土层、黏土层、粉砂层，厚度分别为5.5 m、7.5 m、8 m和9 m，典型断面见图1。

2 地基处理方案

依据该工程场区内软土分布状况，并结合土质、填筑高度及施工成本等各方面因素进行考量，确定该项目软土地基采取CFG桩、PTC管桩、泡沫轻质土加固方案[5-7]。

3 有限元模型

采用PLAXIS系统构建软土路基有限元模型，模型横向长度60 m，深度为地表以下30 m，共划分为427模块单元、503节点，软土路基有限元模型见图2。

为简化运算，在进行模拟分析时，将道路、土体、桩基全部视作各向同性物质，其中道路、桩基采用弹性模型进行模拟，土体为理想状态下的弹塑性介质，利用摩尔-库伦本构模型进行模拟。软土路基土体处于非饱和状态，模型边界为固定状态，模型底端与右侧进行约束，横、竖向位移保持为0，前、后方约束横向位移，竖向位移保持自由状态，路基与坡面不采取任何约束条件[8]。主要计算指标包括新路基、旧路基、粉黏土、淤质黏土、黏土及粉砂等，具体见表1。

4 结果与分析

4.1 CFG桩处理软土地基沉降分析

借助有限元模型对CFG桩加固效果实施模拟分析，桩体布设间距取2 m，桩体长度为8 m、10 m、12 m，各种桩长条件下软土路基沉降变化情况见图3。

由图3可知：

（1）相较于未加固路段，采取CFG桩加固的软土路段新老路基沉降显著降低，表明采取CFG桩对软基实施加固处理，能在一定程度上控制加宽段路基沉降。

（2）CFG桩长度越大，加宽路段路基沉降越小，当桩长为8 m、10 m、12 m时，加宽路段路基沉降下降幅度依次为24.9%、31.6%和37.3%，因此CFG桩长度越大，加固效果越好，加宽路段路基沉降越小。总体而言，当CFG桩长度为12 m时加固效果最好，加宽路段路基沉降最小，推荐采用CFG桩对软土路基加固时，其桩长控制在12 m[9]。

4.2 PTC管桩处理软土地基沉降分析

借助有限元模型对PTC桩加固效果实施模拟分析，桩体布设间距取2 m，桩体长度为12 m、14 m、16 m，各种PTC桩长度条件下软土路基沉降变化情况见图4。

由图4可知：

（1）相较于未加固路段，采取PTC桩加固的软土路段新老路基沉降显著降低，表明采取PTC桩对软基实施加固处理，能在一定程度上控制加宽段路基沉降。

（2）PTC桩长度越大，加宽路段路基沉降越小，桩长12 m、14 m、16 m条件下，对应的加宽路段路基沉降减小幅度依次为31.7%、37.3%和49.7%，因此PTC桩长度越大，加固效果越好，加宽路段路基沉降越小。总体而言，当PTC桩长度为16 m时加固效果最好，加宽路段路基沉降最小，推荐采用PTC桩对软土路基加固时，其桩长控制在16 m。

4.3 泡沫轻质土处理软土地基沉降分析

借助有限元模型对泡沫轻质土加固效果实施模拟分析，根据泡沫轻质土加固前后软土路基段新老路基沉降变化差异，对其加固效果实施评价。泡沫轻质土加固路基沉降变化情况见图5。

由图5可知：

（1）相较于未加固路段，采取泡沫轻质土加固的软土路段新老路基沉降显著降低，表明采取泡沫轻质土对软基实施加固处理，能在一定程度上控制加宽段路基沉降。

（2）原始老路基经泡沫轻质土加固处治后，其沉降变形得到有效控制，沉降量下降幅度为46.7%；新老路基交界部位，经泡沫轻质土加固处治后，其沉降量下降幅度达54.6%；而加宽段新建路基，经泡沫轻质土加固处治后，其沉降量下降幅度59.2%，充分表明采用泡沫轻质土对软基实施加固处理，能有效控制新老路基沉降，具有十分突出的加固效果。

4.4 不同地基处理方案效果分析

为确定软土路基最佳处治方案，最大限度保证地基加固质量，依次选用桩长为12 mCFG桩、桩长16 mPTC管桩和泡沫轻质土软基实施加固，并对三种方案下路基沉降量实施比较分析，具体结果见图6。

由图6可知：

（1）相较于未加固路段，三种方案加固的软土路段新老路基沉降量及沉降差值显著降低，表明三种加固方案均能在一定程度上控制加宽段路基沉降。

（2）就新路基沉降量来看，未采取加固措施路段新建路基沉降量为14.23 mm，采取CFG桩、PTC管桩、泡沫轻质土加固后，其沉降量依次减小5.27 mm、7.29 mm和8.43 mm，由此可见，泡沫轻质土加固后新路基沉降量减小幅度最大，表明其加固效果最好。

（3）就新路基沉降差来看，未采取加固措施路段沉降差为8.48 mm，采取CFG桩、PTC管桩、泡沫轻质土加固后，其沉降差依次减小4.72 mm、5.70 mm和5.86 mm，由此可见，泡沫轻质土加固后新路基沉降差减小幅度最大，表明其加固效果较好。

总体看来，针对软土地基加固处治，采用泡沫轻质土方案效果最佳。同时，对于一些地下水丰富的地区，在进行路基加固时可采取“桩基+轻质土”双重处治措施，以有效提升地基加固效果[10]。

5 结语

综上所述，该文依托某高速公路工程实践，借助有限元模型，对CFG桩、PTC桩、泡沫轻质土三种软基处治方案下地基沉降变形实施比较分析，得出如下结论：

（1）利用CFG桩对软基实施加固处理，能在一定程度上控制加宽段路基沉降，且CFG桩长度越大，加宽路段路基沉降越小，当CFG桩长度为12 m时加固效果最好，因此推荐采用12 m长CFG桩对软土路基实施加固。

（2）采取PTC桩对软基实施加固处理，能在一定程度上控制加宽段路基沉降；并且PTC桩长度越大，加宽路段路基沉降越小，当PTC桩长度为16 m时加固效果最好，因此推荐采用16 m长PTC桩对软基实施加固处理。

（3）采用泡沫轻质土对软基实施加固处理，能有效控制新老路基沉降，具有十分突出的加固效果。

（4）总体看来，针对软土地基加固处治，采用泡沫轻质土方案效果最佳，实际施工时应根据具体情况，科学进行加固处理，以有效提高路基整体稳定性，并合理优化排水系统，全面提升地基加固效果，保证公路安全稳定运营。

参考文献

[1]赵艳玲. 京哈高速公路绥中（冀辽界）至盘锦段改扩建工程软土地基处理方案比选[J]. 北方交通， 2023（6）： 25-29+34.

[2]王彩莉. 高速公路拓宽工程软土地基处理方案比选[J]. 山东交通科技， 2022（6）： 103-105.

[3]姜在田， 方磊. 高速公路软土地基拼宽方案及沉降分析研究[J]. 交通科技， 2020（1）： 58-62.

[4]刘科， 曾琨. 软土地基上高速公路路基扩建加宽中的关键问题[J]. 交通科技与管理， 2023（16）： 123-125.

[5]陈鹏宇. 公路施工中软土地基处理技术分析及应用[C]//2021年重庆市矿山学会年会优秀论文集.重庆市矿山学会， 2021：190-192.

[6]陈少林. 悬浮水泥搅拌桩在高速公路深厚软土地基处理中的应用[J]. 中国公路， 2022（1）： 93-95.

[7]張华荣. 道路软土地基处理施工技术[C]//中国智慧城市经济专家委员会. 2023年智慧城市建设论坛西安分论坛论文集. 中国智慧城市经济专家委员会.2023： 158-161.

[8]李晨. 关于软土地区高速公路拓宽项目地基处理的探讨[J]. 科技创新与应用， 2021（31）： 80-83.

[9]刁龙. 高速公路软土路基不均匀沉降处治方法及效果评价[J]. 交通世界， 2021（30）： 106-107.

[10]华俊锋， 郭亮， 余红军， 等. 长余高速公路路基差异沉降与处治措施研究[J]. 公路， 2021（1）： 370-374.